do Notation Equivalents in JVM languages: Scala, Kotlin, Clojure 1

のシニアエンジニア スタートアップの起業家と投資家のための業務効 率化 連携プラットフォームを開発している 主要技術スタック の運営企業 などの関数型⾔語と関数型プログ ラミングの実践が好き と ⾔語での開発実務 に⻑く取り組んできた lagénorhynque カマイルカ 株式会社スマートラウンド 2

での発表テーマ JJUG CCC 2024 Fall map関数の内部実装から探るJVM⾔語のコレクション 3

Haskellの do 記法 4

モナドを扱い始めると >>= (bind)演算⼦がネストして いく(⼀種のcallback hell) 先⾏する計算の⽂脈を引き継ぐという意味では⾃然な 表現かも 読み書きにはあまり優しくないが λ> :{ λ| -- 例としてMaybe λ| Just 2 >>= \x -> λ| Just 10 >>= \y -> λ| return $ x ^ y λ| :} Just 1024 it :: Num b => Maybe b 5

簡潔に書き換える構⽂として do 記法がある のように ネストしたコードではなく 命令型の プログラム⾵のフラットなコードになる λ> :{ λ| do λ| x <- Just 2 λ| y <- Just 10 λ| return $ x ^ y λ| :} Just 1024 it :: Num b => Maybe b λ> :{ -- リストに対しても同様に λ| do λ| x <- [1, 2, 3] λ| y <- [4, 5] λ| return $ x * y λ| :} [4,5,8,10,12,15] it :: Num b => [b]

Scalaの場合 7

モナドに相当する構造を扱い始めると flatMap, map がネストしていく // 例としてOption scala> Some(2).flatMap(x => | Some(10).map(y => | scala.math.pow(x, y).toInt | ) | ) val res0: Option[Int] = Some(1024) 8

簡潔に書き換える構⽂として for 式がある scala> for | x <- Some(2) | y <- Some(10) | yield scala.math.pow(x, y).toInt val res1: Option[Int] = Some(1024) // Seqに対しても同様に scala> for | x <- Seq(1, 2, 3) | y <- Seq(4, 5) | yield x * y val res2: Seq[Int] = List(4, 5, 8, 10, 12, 15) 9

Kotlinの場合 10

nullable (nullになりうる値)に対して >>> import kotlin.math.pow >>> (2.0 as Double?)?.let { x -> ... (10.0 as Double?)?.let { y -> ... x.pow(y).toInt() ... } ... } res1: kotlin.Int = 1024 11

Iterableに対して >>> listOf(1, 2, 3).flatMap { x -> ... listOf(4, 5).map { y -> ... x * y ... } ... } res2: kotlin.collections.List = [4, 5, 8, 10, 12, 15] 12

ライブラリ の 関数を利⽤する Arrow nullable import arrow.core.raise.nullable import kotlin.math.pow nullable { val x = (2.0 as Double?).bind() val y = (10.0 as Double?).bind() x.pow(y).toInt() } 13

ライブラリでの実例 らしく関数型の設計パターンを実装し ているライブラリ 関数 関数 関数 関数 関数 モナドライブラリ 関数 14

Clojureの場合 15

nilable (nilになりうる値)に対して user> (when-let [x 2] (when-let [y 10] (long (clojure.math/pow x y)))) 1024 16

seqable (シーケンス化できる値)に対して ;; mapcat (= map + concat)とmap user> (mapcat (fn [x] (map (fn [y] (* x y)) [4 5])) [1 2 3]) (4 5 8 10 12 15) ;; forマクロ(内包表記) user> (for [x [1 2 3] y [4 5]] (* x y)) (4 5 8 10 12 15) 17

モナドをプロトコルとして抽象化してみる (defprotocol Monad (return [this x]) (bind [this f m])) 18

do記法相当の構⽂をマクロとして定義する (defmacro mlet [monad bindings & body] (if-some [[sym m & bindings] (seq bindings)] `(bind ~monad (fn [~sym] (mlet ~monad ~bindings ~@body)) ~m) `(return ~monad (do ~@body)))) 19

Monad プロトコルのメソッドに対する実装を与える ;; nilableに対する実装 (def nilable-monad (reify Monad (return [_ x] (identity x)) (bind [_ f m] (when (some? m) (f m))))) ;; seqableに対する実装 (def seqable-monad (reify Monad (return [_ x] (list x)) (bind [_ f m] (mapcat f m)))) 20

mlet マクロを使ってみる ;; nilable値の場合 do-notation> (mlet nilable-monad [x 2 y 10] (long (clojure.math/pow x y))) 1024 ;; seqable値の場合 do-notation> (mlet seqable-monad [x [1 2 3] y [4 5]] (* x y)) (4 5 8 10 12 15) 21

mlet マクロを使った式を展開してみる do-notation> (clojure.walk/macroexpand-all '(mlet ...省略...)) (do-notation/bind nilable-monad (fn* ([x] (do-notation/bind nilable-monad (fn* ([y] (do-notation/return nilable-monad (do (long (clojure.math/pow x y)))))) 10))) 2) 22

ライブラリでの実例 の 実装 マクロ モナドライブラリ マクロ モナドを含む 圏論に由来する抽象 を扱うライブラリ マクロ 23

の 記法、 の 式が他⾔語でも たまにほしくなる メタプログラミングによる 構築は楽しい 24

Further Reading Haskell Scala 25

Kotlin 26

Clojure ドクセル 27