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annotate slide.md @ 12:58cd4dd86896
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| author | anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp> |
|---|---|
| date | Fri, 19 Apr 2019 19:07:07 +0900 |
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1 title: Perl6の内部表現 |
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2 author: Takahiro Shimizu |
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6 ## このセッションの内容 |
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7 |
| 1 | 8 - Perl6の主要な実装であるRakudoの内部構造を探ります |
| 9 - Rakudoの内部で利用されているVMや， Perl6のサブセットなどについて探索します | |
| 3 | 10 - スクリプト言語で主に使われているバイトコードインタプリタの気持ちになります |
| 1 | 11 |
| 9 | 12 ## 内容 |
| 13 - Perl6とは? | |
| 14 - スクリプト言語処理系の動き | |
| 15 - Perl6の内部構造 | |
| 16 - NQP | |
| 17 - MoarVM | |
| 18 - MoarVMのバイトコード実行 | |
| 19 - まとめ | |
| 20 | |
| 1 | 21 ## Perl6とは |
| 22 - 当初Perl5の時期バージョンとして開発されていたプログラミング言語 | |
| 9 | 23 - 現在は別の言語として開発がそれぞれ進んでいる |
| 1 | 24 - 仕様と実装が分離しており， 現在はテストが仕様となっている |
| 9 | 25 - 実装は歴史上複数存在しているが，主流な実装はRakudo |
| 26 - 言語的にはスクリプト言語であり， 漸進的型付き言語 | |
| 27 - 動作環境は、独自のVMのMoarVM, JVM、一部JavaScript上で動作する | |
| 1 | 28 |
| 2 | 29 <img src="2000px-Camelia.svg.png" alt="" style="width: 31%; height: auto;"> |
| 1 | 30 |
| 9 | 31 ## 現在のPerl6 |
| 32 | |
| 33 - 現在のバージョンは `6.d` | |
| 34 - [ブラウザ上で実行可能な環境](https://perl6.github.io/6pad/)が存在する | |
| 35 - [IDE](https://commaide.com/)が開発されている | |
| 36 - WebApplicationFrameworkなども開発されており、 Perl5のモジュールを移行したものがいくつか存在する | |
| 37 - 日本では趣味のプロダクト以外社会では使用されていない | |
| 38 - 海外では実際に使われているケースも存在する | |
| 39 - 処理速度では一部Perl5に勝っているが、それでも大分遅い | |
| 40 | |
| 41 ## [参考]Perl5のソースコード | |
| 42 | |
| 43 - Perl5時代 | |
| 44 − スカラ、配列、ハッシュの3種類 | |
| 45 - それぞれの変数への参照であるリファレンスが使用可能 | |
| 46 | |
| 47 ```perl | |
| 48 use ustrict; | |
| 49 use warnings; | |
| 50 | |
| 51 my $scalar_value = "hello!"; | |
| 52 print "$scalar_value\n"; | |
| 53 | |
| 54 my @array = (1..10); | |
| 55 print "$array[0]\n"; | |
| 56 | |
| 57 my %hash = ( this_is_key => "this_is_value"); | |
| 58 print "$hash{this_is_key}\n"; | |
| 59 | |
| 60 my $hash_ref = \%hash; | |
| 61 print "$hash_ref->{this_is_key}\n"; | |
| 62 ``` | |
| 63 | |
| 1 | 64 ## Perl6のソースコード概要 |
| 65 | |
| 66 - Perl5の文法とは比較的変更が多い | |
| 9 | 67 - 雰囲気は似ている |
| 1 | 68 - 変数がオブジェクトと化した事により， 変数からsayメソッドを呼ぶことが可能 |
| 69 | |
| 70 ``` | |
| 71 my $str_value = 'hello world!'; | |
| 72 $str_value.say; # hello world! | |
| 73 ``` | |
| 74 | |
| 75 - Perl5と同様に，変数にはデフォルトでは型がないような振る舞いをする | |
|
0
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anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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|
76 |
| 1 | 77 ``` |
| 78 my $sample_value = 'hello world!'; | |
| 79 $sample_value.say; # hello world! | |
| 80 | |
| 81 $sample_value = '31'; | |
| 82 $sample_value.say; # 31 | |
| 83 | |
| 84 say($sample_value * 3); | |
| 85 ``` | |
| 86 | |
| 87 ## Perl6の言語的な特徴 | |
| 88 | |
| 89 - 漸進的型付き言語である為， 型を強制することも可能となる | |
| 90 | |
| 91 ``` | |
| 92 my Int $int_value = 31; | |
| 93 $int_value = "hello"; # Compile error! | |
| 94 ``` | |
| 95 | |
| 7 | 96 ``` |
| 97 $ perl6 type_invalid.p6 | |
| 98 Type check failed in assignment to $int_value; expected Int but got Str ("hello") | |
| 99 in block <unit> at type_invalid.p6 line 4 | |
| 100 ``` | |
| 101 | |
| 4 | 102 ## Perl6の言語的な特徴 |
| 103 | |
| 104 - 型を独自に定義することも可能 | |
| 105 - 入力の型によって実行する関数を変える事などができる | |
| 106 | |
| 107 ```perl6 | |
| 108 my subset Fizz of Int where * %% 3; | |
| 109 my subset Buzz of Int where * %% 5; | |
| 110 my subset FizzBuzz of Int where Fizz&Buzz; | |
| 111 my subset Number of Int where none Fizz|Buzz; | |
| 112 | |
| 113 proto sub fizzbuzz ($) { * } | |
| 114 multi sub fizzbuzz (FizzBuzz) { "FuzzBuzz" } | |
| 115 multi sub fizzbuzz (Fizz) { "Fizz" } | |
| 116 multi sub fizzbuzz (Buzz) { "Buzz" } | |
| 117 multi sub fizzbuzz (Number $number) { $number } | |
| 118 | |
| 119 fizzbuzz($_).say for 1..15; | |
| 120 ``` | |
| 9 | 121 |
| 122 - 型を利用したFizzBuzz | |
| 123 | |
| 124 ## スクリプト言語 | |
| 125 - Perl6は現状コンパイルすることはできない | |
| 126 - スクリプト言語の分類 | |
| 127 | |
| 128 - 現在広く使われているスクリプト言語(Perl,Python,Ruby...)などとPerl6の構成は類似している | |
| 129 - 今回はPerl6の実装を追いながら、最近のスクリプト言語処理系の大まかな実装を理解する | |
| 130 | |
| 7 | 131 ## スクリプト言語処理系 |
| 132 - スクリプト言語は入力として与えられたソースコードを、 直接評価せずにバイトコードにコンパイルする形式が主流となっている | |
| 133 - その為スクリプト言語の実装は大きく2つで構成されている | |
| 134 - バイトコードに変換するフロントエンド部分 | |
| 135 - バイトコードを解釈する仮想機械 | |
| 136 | |
| 137 <img src="fig/bytecode_sample_generally_lang.svg" width="80%"> | |
| 4 | 138 |
| 9 | 139 |
| 140 ## Perl6以外のスクリプト言語 | |
| 141 | |
| 142 - 現在使われているプロセスVMは言語に組み込まれているものが多い | |
| 143 - JVMやElixirなどのVMは複数の言語で使用されている | |
| 144 - Java | |
| 145 - JVM | |
| 146 - Ruby | |
| 147 - YARV | |
| 148 - Python | |
| 149 - PythonVM | |
| 12 | 150 - Erlang |
| 9 | 151 - Elixir |
| 152 - BEAM | |
| 153 | |
| 1 | 154 ## Perl6の処理系の構成 |
| 155 | |
| 9 | 156 - Perl6の処理系で現在主流なものはRakudoと呼ばれる実装である(歴史上複数存在する) |
| 2 | 157 - Rakudoは3つのレイヤーから構成されている |
| 158 - Perl6インタプリタ | |
| 159 - Perl6インタプリタを記述するPerl6のサブセットNQP | |
| 160 - Perl6のバイトコードを解釈するMoarVM | |
| 9 | 161 - Perl6/NQPがフロントエンドに相当し、MoarVMがバックエンドに相当する |
| 162 | |
| 163 ## Rakudoの構成図 | |
| 2 | 164 |
| 9 | 165  |
| 7 | 166 |
| 9 | 167 (http://brrt-to-the-future.blogspot.com/2015/03/advancing-jit-compiler.html) |
| 7 | 168 |
| 2 | 169 ## Perl6とNQP |
| 170 | |
| 9 | 171 - NQP(NotQuitPerl Perl) |
| 172 - Perl6のサブセット。Perl6っぽい言語 | |
| 173 - Perl6、 NQP自体がNQPで記述されている | |
| 2 | 174 - NQPもNQPで記述されている為、 セルフビルド(自分自身で自分自身をコンパイルする)を行う |
| 175 - NQPはPerl6の文法をベースにしているが、 制約がいくつか存在する | |
| 9 | 176 - 元々はPerl6の主力実装がParrotだった時代に登場 |
| 177 - 文法がアップデートされており、当時の資料は古くなっている | |
| 178 | |
| 179 ``` | |
| 180 my $value := "hello!"; | |
| 181 say($value); | |
| 182 ``` | |
| 183 | |
| 184 ## NQPスクリプト | |
| 185 | |
| 186 - 変数は束縛 `:=` を使う | |
| 187 − 関数の間に空白を入れてはいけない | |
| 188 - 再帰呼び出しを使うフィボナッチ数列 | |
| 2 | 189 |
| 4 | 190 ``` |
| 191 #! nqp | |
| 192 sub fib($n) { | |
| 193 $n < 2 ?? $n !! fib($n-1) + fib($n - 2); | |
| 194 } | |
| 195 | |
| 196 my $N := 29; | |
| 197 | |
| 198 my $z := fib($N); | |
| 199 | |
| 200 nqp::say("fib($N) = " ~ fib($N)); | |
| 9 | 201 ``` |
| 202 | |
| 203 ## NQPスクリプト(nまでの整数の和) | |
| 204 | |
| 205 ```perl6 | |
| 206 sub add_test($n){ | |
| 10 | 207 my $sum := 0; |
| 9 | 208 while ( $n > 1) { |
| 209 $sum := $sum + $n; | |
| 210 --$n; | |
| 211 } | |
| 212 return $sum; | |
| 213 } | |
| 214 | |
| 215 say(add_test(10000)); | |
| 4 | 216 ``` |
| 217 | |
| 10 | 218 ## NQP |
| 9 | 219 |
| 220 - NQPはPerl6の中で一番レイヤーが低い言語 | |
| 221 - その為、 実行するVMのオペコード(処理単位)を使用することができる | |
| 10 | 222 - NQPオペコードは、 Perl6の内部の抽象構文木でも使用されている |
| 223 - また、 Perl6と同様に型を指定することが可能 | |
| 9 | 224 |
| 10 | 225 ```perl6 |
| 226 sub add_test(int $n){ | |
| 227 mu $sum := 0; | |
| 228 while nqp::isgt_i($n,1) { | |
| 229 $sum := nqp::add_i($sum,$n); | |
| 230 $n := nqp::sub_i($n,1); | |
| 231 } | |
| 232 return $sum; | |
| 233 } | |
| 234 ``` | |
| 7 | 235 |
| 9 | 236 ## NQPとMoarVM |
| 237 - NQPそのものは実行することはできない | |
| 238 - NQPの実行にはMoarVM/JVMが必要となる | |
| 239 - NQPコンパイラが各VMに対応したバイトコードに変換する | |
| 240 | |
| 241 ## Perl6のVM | |
| 242 - MoarVM, JVM , JavaScriptが選択可能 | |
| 243 - メインで開発されているのはMoarVMであり、 他のVMは機能が実装されていないものが存在する | |
| 244 - `rakudo-star` というPerl6のパッケージ環境では、 MoarVMがデフォルトでインストールされる | |
| 245 | |
| 246 ## MoarVM | |
| 247 - C言語で記述されているPerl6専用の仮想機械 | |
| 7 | 248 - レジスタマシン |
| 249 - 型情報を持つレジスタに対しての演算として処理される | |
| 9 | 250 - Rubyなどはスタックマシンとして実装されている |
| 7 | 251 - LuaJITなどを利用したJITコンパイルなども可能 |
| 252 - Perl6やNQPは、MoarVMに対してライブラリなどを設定して起動する | |
| 253 | |
| 10 | 254 |
| 255 | |
| 7 | 256 ## バイトコード |
| 3 | 257 - Perl6も、Rakudo/NQPはバイトコードに変換され、 バイトコードをVMが実行する |
| 10 | 258 - Perl6/NQPはバイトコードにコンパイルすることが可能 |
| 259 - 直接実行することはできない | |
| 260 | |
| 261 ``` | |
| 262 $nqp --target=mbc --output=fib.moarvm fib.nqp | |
| 263 ``` | |
| 264 | |
| 12 | 265 ## バイトコード |
| 266 - バイナリ形式で表現される為、 VMがどのように読み取るかでバイトコードの意味が異なる | |
| 267 - スクリプト言語で重要なバイトコード表現は、「仮想機械がどの命令を実行するか」のバイトコード | |
| 268 - CPUに対するアセンブラの命令に対応する | |
| 269 - どういった構成なのかは仮想機械によって異なる | |
| 270 | |
| 271 | |
| 10 | 272 ## バイトコードとMoarVM |
| 273 | |
| 274 | |
| 275 - MoarVMバイトコードはMoarVMの実行バイナリ `moar` でディスアセンブルすることが可能 | |
| 276 | |
| 277 | |
| 278 ``` | |
| 279 annotation: add_test.nqp:1 | |
| 280 00003 const_i64_16 loc_2_int, 0 | |
| 281 00004 hllboxtype_i loc_3_obj | |
| 282 00005 box_i loc_3_obj, loc_2_int, loc_3_obj | |
| 283 00006 set loc_1_obj, loc_3_obj | |
| 284 label_1: | |
| 285 00007 decont loc_3_obj, loc_0_obj | |
| 286 00008 smrt_numify loc_4_num, loc_3_obj | |
| 287 00009 const_i64_16 loc_2_int, 1 | |
| 288 00010 coerce_in loc_5_num, loc_2_int | |
| 289 00011 gt_n loc_2_int, loc_4_num, loc_5_num | |
| 290 00012 unless_i loc_2_int, label_2(00031) | |
| 291 00013 osrpoint | |
| 292 annotation: add_test.nqp:3 | |
| 293 00014 decont loc_3_obj, loc_1_obj | |
| 294 00015 smrt_numify loc_5_num, loc_3_obj | |
| 295 00016 decont loc_3_obj, loc_0_obj | |
| 296 00017 smrt_numify loc_4_num, loc_3_obj | |
| 297 00018 add_n loc_4_num, loc_5_num, loc_4_num | |
| 298 00019 hllboxtype_n loc_3_obj | |
| 299 00020 box_n loc_3_obj, loc_4_num, loc_3_obj | |
| 300 00021 set loc_1_obj, loc_3_obj | |
| 301 00022 decont loc_3_obj, loc_0_obj | |
| 302 00023 smrt_numify loc_4_num, loc_3_obj | |
| 303 00024 coerce_ni loc_6_int, loc_4_num | |
| 304 00025 const_i64_16 loc_7_int, 1 | |
| 305 00026 sub_i loc_7_int, loc_6_int, loc_7_int | |
| 306 00027 hllboxtype_i loc_3_obj | |
| 307 00028 box_i loc_3_obj, loc_7_int, loc_3_obj | |
| 308 00029 set loc_0_obj, loc_3_obj | |
| 309 00030 goto label_1(00007) | |
| 310 ``` | |
| 311 | |
| 312 ## NQPとバイトコードの対応 | |
| 313 | |
| 314 ``` | |
| 315 say(add_test(10000)); | |
| 316 ``` | |
| 2 | 317 |
| 10 | 318 ``` |
| 319 annotation: add_test.nqp:1 | |
| 320 label_1: | |
| 321 00020 getlex_no loc_7_obj, '&say' | |
| 322 00021 decont loc_7_obj, loc_7_obj | |
| 323 00022 const_s loc_3_str, '&add_test' | |
| 324 00023 getlexstatic_o loc_8_obj, loc_3_str | |
| 325 00024 decont loc_8_obj, loc_8_obj | |
| 326 00025 const_i64_16 loc_5_int, 10000 | |
| 327 00026 prepargs Callsite_1 | |
| 328 00027 arg_i 0, loc_5_int | |
| 329 00028 invoke_o loc_8_obj, loc_8_obj | |
| 330 00029 prepargs Callsite_0 | |
| 331 00030 arg_o 0, loc_8_obj | |
| 332 00031 invoke_v loc_7_obj | |
| 333 00032 null loc_7_obj | |
| 334 00033 return_o loc_7_obj | |
| 335 ``` | |
| 336 | |
| 337 - Perl6の変数は直接実態を参照せず、中身が入っているコンテナを参照するようになっている。 | |
| 338 - その為 `decont` 命令で、コンテナの中身をレジスタに設定する必要がある | |
| 339 - `const_i64_16` などは64bitの数という意味で、 `int` 型としてレジスタに登録している | |
| 340 - `prepargs` で引数の確認を行い, `invoke_o` で実際にサブルーチンに移行する | |
| 341 | |
| 342 ## NQPとバイトコードの対応 | |
| 343 | |
| 344 ``` | |
| 345 my $sum := 0; | |
| 346 ``` | |
| 347 | |
| 348 ``` | |
| 349 annotation: add_test.nqp:1 | |
| 350 00003 const_i64_16 loc_2_int, 0 | |
| 351 00004 hllboxtype_i loc_3_obj | |
| 352 00005 box_i loc_3_obj, loc_2_int, loc_3_obj | |
| 353 00006 set loc_1_obj, loc_3_obj | |
| 354 ``` | |
| 355 | |
| 356 - まず `loc_2` レジスタをint型の整数0で初期化する | |
| 357 - 変数 `$sum` はint型の指定がないので、 obj型で登録しなければならない | |
| 358 - その為, 整数として登録された `loc_2` から、 obj型に一旦キャストし、 `loc_3` レジスタに設定したものを、 `loc_1` レジスタに設定する | |
| 359 | |
| 360 ## NQPとバイトコードの対応 | |
| 361 | |
| 362 ``` | |
| 363 while ( $n > 1) { | |
| 364 ``` | |
| 365 | |
| 366 ``` | |
| 367 label_1: | |
| 368 00007 decont loc_3_obj, loc_0_obj | |
| 369 00008 smrt_numify loc_4_num, loc_3_obj | |
| 370 00009 const_i64_16 loc_2_int, 1 | |
| 371 00010 coerce_in loc_5_num, loc_2_int | |
| 372 00011 gt_n loc_2_int, loc_4_num, loc_5_num | |
| 373 00012 unless_i loc_2_int, label_2(00031) | |
| 374 00013 osrpoint | |
| 375 ``` | |
| 376 | |
| 377 - 変数 `$n` と 整数 `1` を大小比較する為、 まず `$n` から値を取り出す | |
| 378 − 比較にもint型の指定がない為、 `num` 型にキャストし、 `num` 型のレジスタでの大小を比較する | |
| 379 - 比較命令は `gt_n` であり、 結果により `unless_i` 命令で、別のラベルにジャンプする |