型とは何か

CPython を実例に取り, 型がどのようなもので, どう機能するのかについて解説

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1. 型とは何か?
   CPython の実装
   by @cocoatomo, written in HuiFontP
   

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2. ご結婚
   おめでとうございます!!
   • 型い愛で結ばれたお二人に
   • CPython の型のお話をプレゼント
   

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3. そもそも型とは?
   • 例を出すと
   

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4. 例えば血液型
   • A型
   • B型
   • AB型
   • O型
   

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5. 例えば軍艦
   • 金剛型
   • 陽炎型
   • 天城型
   • 利根型
   • etc…
   

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6. 「型とは値の集合である」
   • Types and Programming Languages
   • ↑型についての入門書
   • 「名古屋入国のためのパスポート」
   • 安全性 = 推進性 + 保全性
   

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7. 何の役に立つの?
   • 推進性 ⇒ 式の評価 (=計算) が値にな
   るまで実行できることが分かる
   • 保全性 ⇒ 式の評価によって型が変わら
   ない
   • ⇒ 「ある程度」ちゃんと動くことが保証さ
   れ, 結果の予想できるプログラムが書ける
   

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8. 理論は分かった
   では実際の実装は?
   • CPythonを見てみよう
   

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9. え? Python に型あるの??
   • 「動的言語だから型は弱いんじゃないの?」
   • → その発言は危険が危ない!
   

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10. Pythonにだって型はある
    !
    !
    !
    • TypeError: 型のエラー
    

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11. 混ぜるな危険
    • 「型付けルールがある」=型付き言語
    • 「値の型」と「変数の型」
    • ⇒ Python に無いのは変数の型
    • 「型チェックが『実行する』前に or 後で行
    われる」=(いわゆる) 静的とか動的とか
    • [余談] ところで「実行」の定義, 考えた
    ことありますか? (読者の宿題)
    

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12. Pythonとは
    • クラスベースオブジェクト指向プログラミング
    言語 (全てのものはobject)
    • 実行時の型チェック
    • 参照カウントGC
    • 思想: Zen of Python
    • Explicit is better than implicit.
    etc…
    

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13. CPythonとは
    • C で実装された Python
    • ⇒ C とは異なる型システムをどう実装し
    ているのか?
    

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14. ソースコード
    • https://www.python.org/ftp/python/
    3.4.0/Python-3.4.0.tar.xz にソースコー
    ドがある.
    • ↑のリンクがあるページは https://
    www.python.org/downloads/release/
    python-340/
    

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15. PyObject
    • Pythonの型階層の基底クラス object の
    C 実装
    • 「全てのものはPyObject!」
    • Include/object.h で宣言されている型
    • ⇒ 実装を見てみよう
    

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16. PyObjectの実装
    • 実体はCの「構造体」
    

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17. PyObject の型は?
    ⇒ ob_type が PyObject の型
    

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18. struct _typeobject とは?
    ⇒ CPythonの型は「構造体」で表現!
    

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19. その中身は?
    ずらっと関数ポインタが並ぶ
    

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20. PyTypeObject
    最後に PyTypeObject に typedef
    

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21. CPythonの型
    • 結局, CPythonにとっての型は関数の集ま
    り (構造体)
    • (→他の言語での型の表現方法について
    は詳しい人教えて)
    

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22. 型の判定
    • メソッドの引数チェックとかどうしてるの?
    • → さっきの「3 +’a’」の C での動きを見
    てみよう
    

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23. メソッド呼び出しとは?
    • Python では以下の3つは同じ意味
    • 「3 + ’a’」
    • =「3.__add__(‘a’)」
    • =「int.__add__(3, ‘a’)」
    

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24. C では?
    • 「int.__add__」の実装は
    • Object/abstract.c
    • にある
    • PyNumber_Add 関数
    

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25. CPython の読み方
    • CPython の命名規則ではメソッドの実
    装は
    • Object/object.c
    • にある
    • Py_
    • という名前の関数となっている
    

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26. Number 型って?
    • int, float, bool, complex の上位の
    抽象型
    • Python の protocol と呼ばれるもの
    

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27. protocol
    • Java の interface のようなもの
    • 実装すべきメソッドの集合を定めてある
    • Long は Number protocol を提供して
    いる
    • もちろんコンパイラのチェックは無い
    • ↑そもそも Python にコンパイラが無い
    

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28. 結局, 呼び出されるのは
    • PyNumber_Add から,
    • PyLong_Type->tp_as_number

    ->nb_add
    • と型構造体のメンバを辿って
    • Object/longobject.c
    • にある long_add 関数が呼ばれる
    

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29. long_add 関数
    ⇒ CHECK_BINOP に注目!
    

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30. CHECK_BINOP macro
    ⇒ ここで引数チェックをしていた!
    

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31. なんで型チェックするの?
    • long_add の引数は PyLongObject なの
    に、なんで CHECK_BINOP で型チェックす
    るの!?
    

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32. long_add の型への登録
    • PyLong_Type->tp_as_number のメンバ
    nb_add に long_add が代入される箇所
    を見ると……
    

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33. キャストされとる!
    (※この long_as_number が
    PyLong_Type->tp_as_number に代入される)
    

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34. PyObject だらけ
    • 実行時に PyObject から PyTypeObject
    (=関数の集まり) を取得し, 最初に型チェッ
    ク
    • よく見ると, せっかくの C の型情報がキャ
    ストで消えてる (引数も返り値も
    PyObject)
    • ⇒ これが「動的」と言われる所以
    

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35. Python/C API
    • ここらへんの内容は, Python 公式ドキュ
    メントの C API の項に載ってる
    • http://docs.python.jp/3.3/c-api/
    index.html
    

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36. 公式ドキュメント
    • 言語仕様, チュートリアル, 標準ライブラリ
    の解説……が載っている文書
    • 日本語訳もあるよ
    • 私を含めチームで3.3を翻訳中
    • ⇒ I needs you
    • https://code.google.com/p/python-
    doc-ja/
    

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37. まとめ
    • CPython の型オブジェクトは構造体
    • CPython の実行時の型チェックは、型オ
    ブジェクトを毎回調べる
    • Python 3.3 ドキュメント翻訳中!
    

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