Clojure コレクションで探る immutable で persistent な世界

lagénorhynque 🐬 カマイルカ (defprofile lagénorhynque :id @lagenorhynque :readings ["/laʒenɔʁɛ̃ k/" "ラジェノランク"] :aliases ["カマイルカ" " 🐬 "] :languages [Java Japanese ; native languages Clojure Haskell ; functional languages English français] ; European languages :interests [programming language-learning law politics mathematics])

1. 改めて関数型プログラミング( 言語) とは? 2. Java とClojure のコレクションを調べてみよう 3. Clojure コレクションの全体像 4. 局所的にミュータビリティがほしいとき 5. 独自コレクションを実装しよう

改めて関数型プログラミング ( 言語 ) とは ?

定義例 関数型プログラミング(functional programming; FP) 副作用を可能な限り避ける( 局所化する) プログラ ミングスタイル 関数型プログラミング言語(functional programming language; FPL) 関数型プログラミングが実践しやすいように設計 されている言語

再代入不可な変数が定義可能であればFPL? const, final, val, etc. それを活用していればFP していることになる? ラムダ式があり高階関数が豊富に提供されていれば FPL? filter, map, reduce, etc. それを活用していればFP していることになる?

確かにFP/FPL に近づいている感じがする。 でも、それで満足?

私🐬が期待する実用的なFPL のイメージ: 不変で永続的なデータ構造(immutable persistent data structures) が豊富に提供さ れ、容易に定義可能 そうでないデータ構造は非中心的な位置付け i.e. immutable でpersistent がデフォルト FP も できる言語をFPL と呼びたくはない

永続的 (persistent) 関数型データ構造を更新する際には、更新前と更新 後のバージョンが両方ともその後の処理で利用でき ることを期待する 複数のバージョンをサポートするデータ構造は永続 的(persistent) ←→ 同時に1 つのバージョンしか許さないデータ 構造は刹那的(ephemeral) FPL はすべてのデータ構造が自然と永続的になると いう興味深い性質を持つ 命令型データ構造は概して刹那的 (p. 13) 『純粋関数型データ構造』

Java と Clojure のコレクションを調べてみよう

Java オブジェクト指向・非関数型言語 静的型付き言語 JVM 言語 関数型プログラミング関連機能が充実してきた // メソッドの定義 jshell> void hello(Object x) { ...> System.out.println("Hello, %s!".formatted(x)); ...> } | created method hello(Object) // メソッドの呼び出し jshell> hello("Java") Hello, Java!

Clojure 非オブジェクト指向・関数型言語 動的型付き言語 JVM 言語 オブジェクト指向を嫌い関数型を志向したLisp ;; 関数の定義 user=> (defn hello [x] (println (str "Hello, " x "!"))) #'user/hello ;; 関数の呼び出し(適用) user=> (hello "Clojure") Hello, Clojure! nil

参考 : Scala オブジェクト指向・関数型言語 静的型付き言語 JVM 言語 オブジェクト指向に関数型が溶け込んだ言語 // メソッドの定義 scala> def hello(x: Any): Unit = | println(s"Hello, $x!") def hello(x: Any): Unit // メソッドの呼び出し scala> hello("Scala") Hello, Scala!

[Java] の実装のひとつ mutable でephemeral な可変長配列 java.util.ArrayList user=> (def xs (java.util.ArrayList.)) #'user/xs user=> xs [] user=> (def ys ; ysに束縛 #_=> (doto xs #_=> (.add 1) ; 破壊的に要素追加 #_=> (.add 2) #_=> (.add 3))) #'user/ys user=> ys [1 2 3] user=> (identical? xs ys) ; オブジェクトの同一性を確認 true java.util.List

[Java] unmodifiable (view) list user=> (def xs #_=> (doto (java.util.ArrayList.) #_=> (.add 1) #_=> (.add 2) #_=> (.add 3))) #'user/xs user=> xs [1 2 3] user=> (def ys (java.util.Collections/unmodifiableList xs)) ; 変 #'user/ys user=> (.add ys 4) ; 破壊的更新操作はできない Execution error (UnsupportedOperationException) at java.util.Col modifiableCollection/add (Collections.java:1067). null

コレクション( ここではList) に対する変更不可能な ビュー もとのコレクションやその要素がmutable なら immutable ではない もとのコレクションが( 実質的に) immutable であ る、もしくはこのビューを介してのみ操作できる 状態であれば実質的にimmutable cf. user=> (.add xs 4) ; もとのリストは破壊的更新操作ができる true user=> xs [1 2 3 4] user=> ys ; 変更不可能なビューにも波及する [1 2 3 4] java.util.Collection

[Clojure] の実装 immutable でpersistent な可変長配列 の一種 ベクター (vector) user=> (def xs []) ; 初期化 #'user/xs user=> xs [] user=> (def ys (conj xs 1 2 3)) ; 要素追加してysに束縛(破壊的更新操作 #'user/ys user=> ys [1 2 3] user=> (identical? xs ys) ; オブジェクトの同一性を確認 false clojure.lang.IPersistentVector HAMT (hash array mapped trie)

Clojure コレクションの全体像

Clojure コレクションに関するインターフェース ref. (p. 38) Clojure Applied

参考 : Scala 不変コレクションのトレイト Traversable Iterable Seq Set Map IndexedSeq LinearSeq SortedSet SortedMap BitSet ref. 可変コレクションおよび不変コレクション | Collections | Scala Documentation

Clojure コレクションの性能特性 ref. Clojure Performance Guarantees

Scala 不変コレクション ( 列型 ) の性能特性 ref. 性能特性 | Collections | Scala Documentation

Clojure のデータ構造の応用について気になったら 書籍 を読もう Clojure Applied

Further Reading

Clojure Clojure Clojure - Data Structures Clojure - Sequences Clojure - Transient Data Structures Clojure - Datatypes: deftype, defrecord and reify Clojure Applied: From Practice to Practitioner Clojure Performance Guarantees [Stefan Tilkov’s Blog] clojure/core.rrb-vector: RRB-Trees in Clojure

Scala Java Scala 可変コレクションおよび不変コレクション | Collections | Scala Documentation 性能特性 | Collections | Scala Documentation Java SE 17 & JDK 17 The Collections Framework (Java SE 17 & JDK 17)

Kotlin JavaScript Python Kotlin/kotlinx.collections.immutable: Immutable persistent collections for Kotlin immutable-js/immutable-js: Immutable persistent data collections for Javascript which increase efficiency and simplicity. tobgu/pyrsistent: Persistent/Immutable/Functional data structures for Python