rakulangで実装する! RubyVM

by AnaTofuZ

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rakulangで実装する! RubyVM 八雲アナグラ id:anatofuz 2024/02/10 YAPC::Hiroshima 2024 1

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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

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$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

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【PR】来週は推しのイベントです 4

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目次 5 ● Rakulangについて ● RubyVMとは ● 実際にやってみた

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6 Rakulangについて

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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

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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

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Raku 最近単独カンファレンスが行われたりしてる 9

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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

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Webっぽい 11

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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

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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

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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

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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

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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

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17 RubyVM

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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

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こういうヤツ 19

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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29 RakulangでRubyVM を作るぞ!!

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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

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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

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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

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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

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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

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class RubyVM 35 https://docs.ruby-lang.org/ja/latest/class/RubyVM.html

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RubyVM::InstructionSequence 36 https://docs.ruby-lang.org/ja/latest/class/RubyVM=3a=3aInstructionSequence.html

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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

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HelloWorld 40

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HelloWorld 41 アドレス

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HelloWorld 42 アドレスオペコード (命令)

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HelloWorld 43 アドレスオペコード (命令) オペランド (引数)

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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

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HelloWorld 45 今回はスルー

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HelloWorld 46 スタックに文字列をpush

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HelloWorld 47 スタックに文字列をpush

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HelloWorld 48 スタックに文字列をpush momojiru

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HelloWorld 49 メソッド呼び出し(今回はputs) momojiru

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HelloWorld 50 メソッド呼び出し(今回はputs) momojiru 引数が取られる

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HelloWorld 51 return

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ヒアドキュメントでコードをコピペ 52

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ヒアドキュメントでコードをコピペ 53

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3ブロックに分解する 54

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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

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3ブロックに分解する 56 素朴に空白で 3分割

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3ブロックに分解する 57 ハッシュを作る

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最初なのでputstringでputsしちゃう 58

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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

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62 2024

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63 2024 2

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64 0

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66 0 0

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67 true

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68 true 0017にjumpすると終わる

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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

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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

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そろそろ命令をちゃんと管理する 71

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実行する命令のclass導入 72

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実行する命令のclass導入 73 hasでインスタンス変数

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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

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77 スタックとプログラムカウンタ導入

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78 実行処理 (public method)

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79 loopで無限ループ

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80 アドレスに該当する命令を持ってくる

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81 !をつけると private method

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82 given-whenでパターンマッチ (Opcode型）

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83 今回は真面目に stack操作する

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84 今回は真面目に stack操作する

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85 stackの値を使って演算

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86 stackの値がfalse ならjump

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87 どうせsayだけなので手抜き

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88 ここで終了

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90 if文実装成功!!!

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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

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94 !?!?!?!?

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95 無限ループからの脱出なので...

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96 無限ループからの脱出なので...

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98 💪

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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