rakulangで実装する! RubyVM

2024年2月10日のYAPC::Horoshima 2024でのトークです。
https://fortee.jp/yapc-hiroshima-2024/proposal/522f01e9-7af5-4c2c-9294-6a16764ad6a6

Transcript

1. rakulangで実装する! RubyVM 八雲アナグラ id:anatofuz 2024/02/10 YAPC::Hiroshima 2024 1
2. このトークの対象者 • 令和最新版Rakulangの最新情報を知りたい方 • 特に明日すぐに役に立たない話を聞きたい方 • ノリと勢い 2
3. $self 3 • 八雲アナグラ(@AnaTofuZ) • 株式会社はてな ノベルチーム • 沖縄から引っ越して今は京都は宇治にいます • 普段はPerlとTypeScriptを書いてます • 推しは宝灯桃汁です
4. 【PR】 来週は推しのイベントです 4
5. 目次 5 • Rakulangについて • RubyVMとは • 実際にやってみた
6. 6 Rakulangについて
7. Raku • かつてのPerl6 ◦ Python2とPython3の違いではない ▪ むしろJavaとJavaScriptの関係だった ◦ 2019年にRakuに改名 • 仕様と実装が分離している ◦ テストスイート(仕様)に合格したら”Raku” ◦ 歴史的にはPugs, Pallot, Yapsi, Nieczaなど ◦ 今はRakudo一択 7
8. Raku 8 • マスコットはCamelia ◦ Perl6からのマスコット • 海外ではWebでも使われてる ◦ Cro ▪ Rakuでよく使われてるヤツ ▪ Edument社からRakuコミュニティ移管 ◦ Humming-Bird ▪ Sinatraっぽいやつ
9. Raku 最近単独 カンファレンスが 行われたりしてる 9
10. 世界観 • シジルがある ◦ 1要素も@%を使う • 型も書ける • .でメソッドが呼び出 せる • オブジェクト指向 • Perlとは似てるが 微妙に異なる 10
11. Webっぽい 11
12. Rakudo • ナウでヤングなRaku処理系 ◦ MoarVM (実行環境) ◦ NQP (NotQuitPerl, Rakuのサブセット) ◦ Raku自身 ▪ RakuはNQPとRakuで書かれてる • だいたい月イチでリリース ◦ https://github.com/rakudo/rakudo/releases • JVMで動くバージョンもある ◦ …が、MoarVMに比べてバグりがち 12
13. インストール方法 13 • rakudo-star(*)がオススメ ◦ $brew install rakudo-star • env系もいろいろ ◦ rakudobrew ◦ rakuenv ◦ asdf-raku ▪ mise(rtx)でも入るぜ
14. コーディング支援系 • RakuNavigator ◦ https://github.com/bscan/RakuNavigator ◦ RakuのLSP ◦ PerlNavigatorインスパイア作品 ◦ VSCode使うならオススメ 14
15. 簡単にわかる! Rakulang 15 アレ Perl5 Rakulang 実行コマンド perl raku ファイル拡張子 *.pl *.raku モジュール拡張子 *.pm *.rakumod テスト *.t *.rakutest
16. モジュール • zef コマンドでいれられる ◦ cpanm的なヤツ ◦ かつてはpandaというのもあったが... • https://raku.land/ でモジュールを探せる ◦ landだけに土アイコン!!!! • 歴史的にエコシステムが2つある ◦ fez (zefで使われてるヤツ・主流) ◦ p6c (歴史的にいるヤツ・fezに移行中) 16
17. 17 RubyVM
18. 18 …の前にプログラミング言語について • コンピューターはCPUが命令を 実行することで処理がすすむ • CPUの命令(機械語) • 機械語に対応したプログラミング言語に CPUの種類に応じたアセンブラがある
19. こういうヤツ 19
20. 20 コンパイル言語 Cやgolangはコンパイルをして ソースコードを機械語に変換する ソースコード コンパイル 機械語をCPUが実行
21. 21 スクリプト言語 RubyやPerlはコンパイルをして ソースコードをバイトコードに変換する ソースコード コンパイル バイトコードをVMが 実行 VM
22. コンパイル vs スクリプト • 最近の言語は両方ともコンパイルする • 実行するヤツが違う ◦ コンパイル ▪ 直接CPU ◦ スクリプト ▪ プロセスVM経由でCPUが実行 ▪ JITがあると直接CPUが実行する(ので早いぜ) 22
23. プロセスVM • OS上のプロセスとして動くVM ◦ OSを動かす目的なVMではない • VMさえハードウェアに対応すれば動くソフト はハードウェアの制約がない • JVM,MoarVMもこの一種 • RubyはYARVが該当 23
24. プロセスVMを実装する • 複雑ではあるがソフトウェアであるので何か しらの言語で再実装が可能 • 極端なことを言うと巨大なfor文とif文を実装 すればOK ◦ バイトコードな命令セットを特定の条件で読む(for) ◦ 命令セットに応じた処理をする(if文) 24
25. 言語開発系の鉄則 • いきなり頑張らない • 無理をしない • インクリメンタルに開発する 25
26. いきなり頑張らない • 初手バイトコードを読みに行ったりしない ◦ 普段しないことなので大変 ◦ バイトコードの読解から実行まで距離がある • 次から次へと新情報がやってくるので全部真 面目に最初からやろうとすると疲れて飽きる ◦ 最初は普段のプログラミングに近いところから行く 26
27. 無理をしない • 関数定義とかは一旦おいておこう ◦ 意外とFizzBuzzまで行くのがムズい • HelloWorldとIF文が動けば優勝 ◦ ここまで動くと楽しくなってくる 27
28. インクリメンタルに開発する 28 • ちょっとずつ実装する ◦ まずはHello Worldから • 命令セット全部移植しようとしない • 完全にうまくやろうとしない ◦ 面倒なところは諦める ◦ 仕事のコードではない
29. 29 RakulangでRubyVM を作るぞ!!
30. RubyVM 30 • Rubyバイトコードを実際に実行する処理系 • YARV ◦ C言語で実装されているいわゆるCRuby ◦ 最近はRustで書かれたYJITもあるがここでは割愛 • スタックマシン
31. スタックマシン vs レジスタマシン • スタックマシン ◦ クソデカスタックを使って計算をする ▪ push, popみたいな動作が主 ◦ こっちの方が実装が簡単(とされている) • レジスタマシン ◦ 現実のCPUと同じようにレジスタ(変数)を持つ ▪ レジスタ同士で計算する • なんと今日2つ出てきます 31
32. 実装するぞ!!! 1. Rakuで実行したいRubyのコードを書く 2. バイトコードを取り出す 3. バイトコードを実行するRakuを書く 32
33. 実装するぞ!!! 1. Rakuで実行したいRubyのコードを書く 2. バイトコードを取り出す 3. バイトコードを実行するRakuを書く たいへん!!! 33
34. 実装するぞ!!! 1. Rakuで実行したいRubyのコードを書く 2. バイトコードを取り出す 3. バイトコードを人間が読める形式にする 4. 人間が読める形式の文字列をRakuで評価する なのでバイト列は今回はノータッチ!!! 34
35. class RubyVM 35 https://docs.ruby-lang.org/ja/latest/class/RubyVM.html
36. RubyVM::InstructionSequence 36 https://docs.ruby-lang.org/ja/latest/class/RubyVM=3a=3aInstructionSequence.html
39. RubyVMの命令セット • RubyVM::InstructionSequenceのdisasmを 使うといい感じに命令を見ることが出来る • それぞれどういった意味の命令かは調べる必 要がある ◦ C言語のソースコードを読む ◦ ググって有識者の解説を確認する ◦ フィーリング ▪ 仕事じゃないので動けばよかろう 39
40. HelloWorld 40
41. HelloWorld 41 アドレス
42. HelloWorld 42 アドレス オペコード (命令)
43. HelloWorld 43 アドレス オペコード (命令) オペランド (引数)
44. RubyVMの雰囲気 • 上から順に命令を実行していけばだいたいOK • HelloWorldではアドレスは無視する 44
45. HelloWorld 45 今回はスルー
46. HelloWorld 46 スタックに文字 列をpush
47. HelloWorld 47 スタックに文字 列をpush
48. HelloWorld 48 スタックに文字 列をpush momojiru
49. HelloWorld 49 メソッド呼び出 し(今回はputs) momojiru
50. HelloWorld 50 メソッド呼び出 し(今回はputs) momojiru 引数が取られる
51. HelloWorld 51 return
52. ヒアドキュメントでコードをコピペ 52
53. ヒアドキュメントでコードをコピペ 53
54. 3ブロックに分解する 54
55. 3ブロックに分解する 55 行単位で分割 しながら配列に 変換
56. 3ブロックに分解する 56 素朴に空白で 3分割
57. 3ブロックに分解する 57 ハッシュを作る
58. 最初なのでputstringでputsしちゃう 58
59. HelloWorld • 完全にエミュレートしてるわけではないがそ れっぽく動いた • 次はif文にチャレンジする 59
62. 62 2024
63. 63 2024 2
64. 64 0
65. 65 0
66. 66 0 0
67. 67 true
68. 68 true 0017にjumpす ると終わる
69. RubyVMの雰囲気 • 上から順に命令を実行していけばだいたいOK • HelloWorldではアドレスは無視する • IF文では分岐が必要 ◦ True/Falseで実行する命令を変える必要がある • このためにはアドレスを見て処理していく必 要がある ◦ プログラムカウンタを導入 69
70. RubyVMの雰囲気 • 上から順に命令を実行していけばだいたいOK • HelloWorldではアドレスは無視する • IF文では分岐が必要 ◦ True/Falseで実行する命令を変える必要がある • このためにはアドレスを見て処理していく必 要がある ◦ プログラムカウンタを導入 70 今実行しているア ドレスを保持する 変数
71. そろそろ命令をちゃんと管理する 71
72. 実行する命令のclass導入 72
73. 実行する命令のclass導入 73 hasでインス タンス変数
74. 実行する命令のclass導入 74 次のアドレスを計 算するために命令 の長さを出す
77. 77 スタックとプログ ラムカウンタ導入
78. 78 実行処理 (public method)
79. 79 loopで無限ループ
80. 80 アドレスに 該当する命令を 持ってくる
81. 81 !をつけると private method
82. 82 given-whenで パターンマッチ (Opcode型）
83. 83 今回は真面目に stack操作する
84. 84 今回は真面目に stack操作する
85. 85 stackの値を使って 演算
86. 86 stackの値がfalse ならjump
87. 87 どうせsayだけなの で手抜き
88. 88 ここで終了
90. 90 if文実装成功!!!
91. 91 if文実装成功!!! if-elseを導入する • 今のままだとif文の条件分岐が動いてなくて も正常に動作した(ように見える)のでelseを 導入してみる
94. 94 !?!?!?!?
95. 95 無限ループからの脱出なので...
96. 96 無限ループからの脱出なので...
98. 98 💪
99. まとめ • Rakulang普通にプログラミングできる • RubyVMはまずは文字列から攻めるとわかり やすい • 気楽にやっていこう 99