Perlでも関数の型をチェックしたい

by ybrliiu

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Perl でも関数の型をチェックしたい Japan.pm 2021 id: ybrliiu

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自己紹介 ● id: _ybrliiu / mp0liiu ● 所属 : 株式会社モバイルファクトリー ● 普段はPerl書いています ● 最近は古くなったフロントエンドのエコシステムをアップデートする仕事をしています

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突然ですが次のコードを見てどう思いますか？

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インスタンス変数の型にサブルーチンリファレンスの型を指定

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コールバックに渡される引数、期待する返り値が何なのかわからん！

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期待していないような値を返すコールバックが渡されたらどうしよう？

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コールバック関数に型がついてほしい

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このようになってほしい

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このようになってほしいコールバックに渡される引数、期待する返り値が明示されている

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Perlにおける型制約事情 ● 動的型付け言語なので型チェックは動的に行われる ● 外部にインターフェースを公開する部分はしばしば型チェックが行われている ○ インスタンス変数や関数の引数の型など ○ 型制約を設けることによるメリットが多い

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具体例 1. クラスビルダーによる型チェック 2. 引数バリデーターによる型チェック 3. 型制約ライブラリ

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クラスビルダーによる型チェック ● クラスビルダー ○ オブジェクト指向関連の実装を簡単に記述できるライブラリ ○ e.g.) C::A::L, Moose, Mouse, Dios, Zydeco, etc... ● 組み込みで型制約システムを持っているクラスビルダーがある ● アトリビュートを作るとインスタンス変数の型をチェックしてくれる

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Mooseによるインスタンス変数の型チェックの例

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引数バリデーターによる型チェック ● CPAN には引数をチェックする様々なモジュールがある ○ e.g.) Params::Validate, Data::Validator, Smart::Args, Type::Params, Function::Parameters etc... ● クラスビルダー組み込みの型制約システムや、型制約ライブラリと組み合わせて使うことで引数の型をチェックできる

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Smart::Args による引数の型チェックの例

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型制約ライブラリ ● 型チェックする機能だけを提供するモジュール ○ e.g.) Type::Tiny, Specio ● 再利用性が高い ● 最近は Type::Tiny とクラスビルダーや引数バリデーターと組み合わせて使うことがトレンド ● 同梱の Types::Standard で提供されている型でほとんどのユースケースをカバーできる

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Type::Tiny による型チェックの例

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Perlの関数型の現状 ● どの型制約ライブラリやクラスビルダーを探しても、コードリファレンスであるかをチェックする CodeRef 型しか存在しない ● 関数の引数の型や返り値の型をチェック / 明示したくてもできない ○ 他の型をしっかり書いていても関数の部分だけ割れ窓になる

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ないなら実装するぞ！！！

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実装するにあたって必要なもの ● 関数の型情報を付与 / 取得できる仕組み ● 2つの関数の型情報を比較する仕組み ● 関数の型情報を比較する型

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関数の型情報を付与 / 取得できる仕組みへの要求 ● CodeRef の引数の型と返り値の型情報を付与し、それらをチェックする ● 後から引数の型と返り値の型情報を取得できるようにする ● 引数の型と返り値の型情報は CodeRef のスコープが外れたら破棄して欲しい ● 実行時のオーバーヘッドをなるべく減らしたい

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Sub::WrapInType の実装 ● 前述の要求を満たすものがなかったので実装 ● wrap_sub 関数に CodeRef、引数の型、返り値の型を与えると、与えられた CodeRef を引数の型と返り値の型をチェックする処理でラップしたCodeRefを返す

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Sub::WrapInType の利用例

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● wrap_sub で生成される CodeRef は bless されたオブジェクト ○ 関数の型の情報はスコープが外れたら破棄される ○ CodeRef をそのまま実行できる ■ ハッシュベースのクラスで演算子オーバーロードする場合と比べてコード実行時のオーバーヘッドが少ない ● Inside-out object というテクニックでクラスを実装 Sub::WrapInType の実装

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実装するにあたって必要なもの ● 関数の型情報を付与 / 取得できる仕組み ● 2つの関数の型情報を比較する仕組み ● 関数の型情報を比較する型

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2つの関数の型情報を比較する仕組み Sub::Meta を利用する

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実装するにあたって必要なもの ● 関数の型情報を付与 / 取得できる仕組み ● 2つの関数の型情報を比較する仕組み ● 関数の型情報を比較する型

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関数の型情報を比較する型の実装 ● Sub::WrapInType で関数の型の情報を付与した CodeRef を Sub::Meta で比較する型を実装する ● ポータビリティを考慮し Type::Tiny で型を実装する ○ 様々なクラスビルダーや引数バリデーターと組み合わせて利用できる

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Type::Tiny での独自型の実装 ● Type::Tiny のコンストラクタに値をチェックする処理、親にあたる型、型名、型強制する場合の処理などを渡して実装する ○ Type::Utils のユーティリティ関数を用いれば簡単 ● 型オブジェクトを返す関数を作ってエクスポートする ○ Type::Library を利用すると簡単

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Type::Tiny での独自型の実装例

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総称型 ● 関数の型情報を比較する型は関数の型情報をパラメータにとる総称型になる ● 総称型とは ○ 抽象化された型で、型パラメータを渡すと具体化する ○ Type::Tiny でいう ArrayRef[T], HashRef[T] など

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Type::Tiny での総称型の実装 ● 独自の総称型を簡単に実装できるユーティリティは存在しない ● 型パラメータが渡されたとき型名、型制約、型強制がどのように具体化されるかを定義する ○ name_generator, constraint_generator, coercion_generator ● 上記のパラメータを Type::Tiny に渡してインスタンスを生成 ● 型パラメータリストを ArrayRef で取り型を具体化する関数を作る

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Type::Tiny での総称型の実装例

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Type::Tiny での総称型の実装例

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Type::Tiny での総称型の実装例

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実装するにあたって必要なもの ● 関数の型情報を付与 / 取得できる仕組み ● 2つの関数の型情報を比較する仕組み ● 関数の型情報を比較する型

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関数の型をチェックする型 Types::TypedCodeRef が完成！

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Perlで関数の型チェックを実現

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この型を使って最初のコードを書き換えてみましょう

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どんなコールバック関数を渡せばいいかひと目でわかる！！！

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型強制もできる

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型強制もできる CodeRef を渡すと Types::TypedCodeRef の型情報を使い Sub::WrapInType でラップしてくれる

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DEMO

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今後の展望 ● inline 化してパフォーマンス良くしたい ○ 型チェックするコードを文字列化して結合し eval することで、関数呼び出しのオーバーヘッドがなくなる ● エラーメッセージをわかりやすくしたい ○ 現状急に「型チェックに失敗した！」みたいなエラーがでてくるので何が原因でエラーになったのかわかりにくい