A Proposal for an Interactive Shell Based on a Typed Lambda Calculus IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui / 松井 幸治 (k@kekyo.net) The Open University of Japan /放送大学大学院 文化科学研究科 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3)

Agenda 1. シェルシステムの課題 2. 研究の概要 3. 静的型付けの方法 4. 型による拡張と連携 5. まとめ IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui 2

3 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

シェルシステムの課題 Bash等の既存のシェルシステムの特徴 ⚫ 理解しやすく、簡便に記述出来る構文 ⚫ コマンドの組み合わせが容易に可能 ⚫ 即時実行可能 ⚫ インタラクティブ性 4 echo "abc def ghi" | wc IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

シェルシステムの課題 Bash等の既存のシェルシステムの特徴 5 シェルシステム 簡便な構文 コマンド連携 即時実行 インタラクティブ性 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

シェルシステムの課題 解決出来ない、又は難しい課題 6 シェルシステム 簡便な構文 コマンド連携 即時実行 インタラクティブ性 複雑な処理の実現 バイトストリーム コード検査 サードパーティ ライブラリ利用 メタデータ利用 IDE連携 バイナリ生成 課題(1) 課題(2) IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

シェルシステムの課題 解決出来ない、又は難しい課題 (1) ⚫ 複雑な処理をシェルシステム内だけで実現することは難しい ⚫ シェルではなく、他の処理系を使う ⚫ バイトストリーム前提の連携 ⚫ データ構造の検査は行われない ⚫ コードの事前検査が難しい ⚫ インタプリタ言語 ⚫ 静的型システムではない 7 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

シェルシステムの課題 解決出来ない、又は難しい課題 (2) ⚫ 第三者が作成したスクリプトの流用 ⚫ スクリプトファイルをコピーして準備 ⚫ リッチなテキストエディタ環境の整備 ⚫ 文脈に基づく自動的な構文の色付け ⚫ インラインヘルプ、サジェスト機能 ⚫ コマンドの意味を解釈した自動補完 ⚫ 自動補完スクリプトは手動で記述 ⚫ スクリプトのコンパイル ⚫ 高速化や、デプロイの単純化 8 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

シェルシステムの課題 解決出来ない、又は難しい課題 9 シェルシステム 簡便な構文 コマンド連携 即時実行 インタラクティブ 複雑な処理の実現 バイトストリーム コード検査 サードパーティ ライブラリ利用 メタデータ利用 IDE連携 バイナリ生成 本研究の注視部分 課題(1) 課題(2) IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

研究の概要 既存のシェルシステムと同様に振る舞う言語処理系を考え、ラ ムダ計算に基づく静的型付け処理を導入する方法を模索した。 ⚫ 静的型付けを行うことで、既存のコマンドとメソッドや関数 を、型検査を行いつつシームレスに連携させることが出来る。 ⚫ コマンドや演算子を関数と見立て、統一した手法で連携、拡 張することが出来る。 ⚫ 実際に機能するかどうか、シェルシステムを実装して確認す る。 10 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

研究の概要 11 シェルシステム 簡便な構文 コマンド連携 即時実行 インタラクティブ 複雑な処理の実現 バイトストリーム コード検査 ライブラリ活用 型システム 静的型検査 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

研究の概要 12 シェルシステム 簡便な構文 コマンド連携 即時実行 インタラクティブ ライブラリ活用 型システム 静的型検査 幅広い応用を可能にする (.NETライブラリを使用) ラムダ計算を基礎として 柔軟な記述を可能にする 型検査で静的解析 型情報を取得可能 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

13 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

echo "abc def ghi" | wc 静的型付けの方法 ⚫ トークン(単語)のうち、識別子を関数として扱う: 14 echo関数 文字列 wc関数 パイプライン演算子(関数) IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

静的型付けの方法 ⚫ トークン(単語)のうち、識別子を関数として扱う: 15 識別子 関数定義 (疑似) 型 echo echo(string sentence): string string -> string | (パイプライン演算子) | a:τ0 f:τ0 ->τ1 : τ1 τ0 -> (τ0 -> τ1 ) -> τ1 wc wc(string words): string string -> string echo "abc def ghi" | wc ⚫ (τ0 -> τ1 ) = echo = (string -> string) ⚫ τ0 = string, τ1 = string 型推論にて、 型変数τ0を導出 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

静的型付けの方法 ⚫ トークン(単語)のうち、識別子を関数として扱う: 16 ((echo "abc def ghi") |) wc echo "abc def ghi" | wc (| (echo "abc def ghi")) wc 初期の解釈 中置演算子を入れ替えて 関数とみなす IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

静的型付けの方法 ⚫ すべてのトークンを関数として扱う: 17 wc (echo "abc def ghi") : string(1) function: | a:τ0 f:τ0 -> τ1 = f(a) : τ0 -> (τ0 -> τ1 ) -> τ1 | (echo "abc def ghi") wc パイプライン演算子の疑似定義: 型を保ってaとfを入れ替える関数 下段のように推論出来る 結果は静的に型検査されている IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui string(0) -> string(1) string -> string(0)

18 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

型による拡張と連携 19 ⚫ 本研究の言語処理系を.NETランタイム上に構築。 ⚫ .NETの既存の資産(ライブラリ)を活用する事を考える。 ⚫ ライブラリはOOPによる実装が行われている。 ⚫ クラス、構造体にメソッドが定義されている。 ⚫ メソッドは以下の構造を持つ: IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui メソッド 関数定義 (疑似) 型 Convert.ToInt32 Convert.ToInt32(string value): int string -> int Convert.ToInt32 Convert.ToInt32(string value, IFormatProvider fp): int string -> IFormatProvider-> int メソッドのオーバーロード（多重定義） メソッドの関数型で区別される

型による拡張と連携 20 ⚫ .NETライブラリの型を型推論の計算に使用し、ラムダ計算 全体で型推論が機能するようにする。 echo "12345" | Convert.ToInt32 Convert.ToInt32(echo "12345") IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui string(0) -> τ1 string -> string(0) 型 string -> int string -> IFormatProvider -> int 戻り値の型のバリエーション τ1 : int | IFormatProvider -> int 数値型を返すメソッドを選択 (ConstantTerm)

型による拡張と連携 21 ⚫ 外部コマンド、.NETライブラリの使用、又は両方の組み合 わせの、どの方法でも同じ記法を使える。 ⚫ 静的型検査が行われる。 echo "12345" | Convert.ToInt32 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui echo "abc def ghi" | wc

型による拡張と連携 22 ⚫ 適用する型によって、構造的な意味のあるデータを連携させる ことが出来る。 コマンド 関数定義 (疑似) 型 cat cat(string file): string string -> string cat cat(string file): TextReader string -> TextReader cat cat(string file): Stream string -> Stream cat "sample.csv" ⚫ 外部コマンドは、オーバーロード定義を持ち得る。 文字列の列挙 (n行) 文字列 バイト ストリーム IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

型による拡張と連携 23 ⚫ CSVファイルの集計操作を行う: 行列構造を担保しながら計算 1. 各行の先頭カラムを抽出 2. 一意化する cat "sample.csv" | pcsv | Enumerable.ElementAt 0 | Enumerable.Distinct 文字列をCSVとみなし、パースして 行列構造に変換する関数 行列の型付けされた式 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

型による拡張と連携 24 ⚫ 構造を持ったデータを型付けしつつ、連携させることが出来る。 cat "sample.csv" | pcsv | Enumerable.ElementAt 0 | Enumerable.Distinct IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui 関数/メソッド 疑似関数定義 型 pcsv pcsv(TextReader tr): seq string[] TextReader -> seq string[] Enumerable.ElementAt ElementAt(this seq τ0 xs, int index): τ0 int -> τ0 -> seq τ0 Enumerable.Distinct Distinct(this seq τ0 xs): τ0 seq τ0 -> seq τ0 m個文字列のシーケンス (m個×n行) n個文字列 nd 個文字列 (出力) シェルがフォーマットする 文字列 (テキスト)

25 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

まとめ 26 シェルシステム 簡便な構文 コマンド連携 即時実行 インタラクティブ ライブラリ活用 型システム 静的型検査 幅広い応用を可能にする (.NETランタイムを使用) ラムダ計算を基礎として 柔軟な記述を可能にする 型検査で静的解析 型情報を取得可能 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui

今後の展望 課題の解決と、実用レベルへの磨き上げ 27 シェルシステム 簡便な構文 コマンド連携 即時実行 インタラクティブ 複雑な処理の実現 バイトストリーム コード検査 サードパーティ ライブラリ利用 メタデータ利用 IDE連携 バイナリ生成 課題(1) 課題(2) IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui ソースコード: https://github.com/kekyo/Favalon

28 IPSJ SIGPRO 2020-4-(3) Kouji Matsui