BigInt あれこれ / overview about BigInt

Node学園 30時限目の発表資料です
https://nodejs.connpass.com/event/83639/

Transcript

1. BIGINT あれこれ
   BIGINT あれこれ
   (2018/04/27)
   (2018/04/27)
   小田島 太郎 / @shimataro
   NODE学園 30時限目
   NODE学園 30時限目
   

   View Slide

2. 自己紹介
   自己紹介
   ウェブリオ株式会社所属（京都）
   サーバサイドエンジニア
   趣味は手品
   前回も参加しました:
   小田島 太郎
   shimataro@GitHub
   odashima.taro@Facebook
   shimataro999@Twitter
   dynamic import あれこれ
   

   View Slide

3. この発表について
   この発表について
   対象: Number型じゃ物足りない人
   技術レベル: 初級〜中級
   ↓スライドはこちら↓
   https://speakerdeck.com/shimataro
   https://shimataro.github.io/slides/
   

   View Slide

4. 目次
   目次
   背景
   さっそく使ってみる
   速度検証
   Numberとの速度比較
   本番環境で使うには？
   まとめ
   

   View Slide

5. 始める前に
   始める前に
   

   View Slide

6. 【慶】NODE学園 30回【祝】
   【慶】NODE学園 30回【祝】
   今後も盛り上げていきましょう！
   

   View Slide

7. 【慶】4/25 NODE.JS V10リリース【賀】
   【慶】4/25 NODE.JS V10リリース【賀】
   

   View Slide

8. 【拝】4/20 関西NODE学園 開校【賀】
   【拝】4/20 関西NODE学園 開校【賀】
   お互い盛り上げていきましょう！
   

   View Slide

9. それでは始めます
   それでは始めます
   

   View Slide

10. 背景
    背景
    

    View Slide

11. 背景
    背景
    Number型
    64bit（ただし 整数部は53bitまで ）
    9007199254740991 （約9千兆）が限界
    もっと大きな整数を扱いたい！
    全世界の負債総額は 2京円以上 だってさ
    TwitterのIDも53bitでは表現しきれない
    時代は64bit
    DBにも64bit整数とかあるよね
    

    View Slide

12. 背景
    背景
    BigInt 登場！
    現在はStage3
    Node v10 でサポート
    ただし --harmony-bigint が必要
    64bitではなく 任意精度
    https://tc39.github.io/proposal-bigint/
    

    View Slide

13. さっそく使ってみる
    さっそく使ってみる
    

    View Slide

14. さっそく使ってみる
    さっそく使ってみる
    まずはビルド
    正式リリースされたから公式ページからインストール！
    $ git clone --depth 1 https://github.com/nodejs/node.git
    $ cd node
    $ ./configure
    $ make -j4 # 並列ジョブ数はCPUのコア数に合わせる
    $ ./node -v # バージョン確認！
    v10.0.0-pre
    https://nodejs.org/
    

    View Slide

15. さっそく使ってみる
    さっそく使ってみる
    BigIntの生成
    100n, 0x100n
    BigInt(100), BigInt("100"), BigInt("0x100")
    型変換: Number(100n), 100n.toString()
    小数点以下は切り捨てられる: (1n / 2n) === 0n
    Number型との共演はNG
    ビットシフトすら 1n << 10n と書く
    文字列結合は "a" + 1n でOK
    

    View Slide

16. 速度検証
    速度検証
    

    View Slide

17. 速度検証
    速度検証
    現在最大の （2^77232917 - 1)
    超速い！
    メルセンヌ素数
    $ time node --harmony-bigint -e "2n ** 77232917n - 1n"
    real 0m0.110s ←0.11秒！！
    user 0m0.094s
    sys 0m0.016s
    

    View Slide

18. 速度検証
    速度検証
    底を変えてみる
    $ time node --harmony-bigint -e "3n ** 77232917n - 1n"
    real 124m47.252s ←2時間！？
    user 124m43.277s
    sys 0m0.260s
    $ time node --harmony-bigint -e "4n ** 77232917n - 1n"
    real 0m0.161s ←0.16秒！
    user 0m0.132s
    sys 0m0.029s
    

    View Slide

19. 速度検証
    速度検証
    10進文字列に変換してみる
    16進文字列に変換してみる
    $ time node --harmony-bigint -e "(2n ** 77232917n - 1n).toString(
    real 473m33.712s ←8時間！！
    user 473m32.767s
    sys 0m0.208s
    $ time node --harmony-bigint -e "(2n ** 77232917n - 1n).toString(
    real 0m0.165s ←0.16秒！
    user 0m0.125s
    sys 0m0.040s
    

    View Slide

20. 速度検証
    速度検証
    結果
    2進数で簡単に計算できるものは速い
    2の累乗、4の累乗
    16進文字列への変換
    逆に、2進数で時間がかかるものは遅い
    3の累乗
    10進文字列への変換
    考察: 内部的には2進数ベースで計算している？
    （考察じゃなくてソース読めよ…）
    

    View Slide

21. NUMBER型との速度比較
    NUMBER型との速度比較
    

    View Slide

22. NUMBER型との速度比較
    NUMBER型との速度比較
    雑なベンチマーク
    let i, j, k, val;
    for(i = 1; i <= 100; i++) {
    for(j = 1; j <= 100; j++) {
    for(k = 1; k <= 100; k++) {
    for(l = 1; l <= 100; l++) {
    val = i;
    val += j;
    val *= k;
    val %= l;
    }
    }
    }
    }
    

    View Slide

23. NUMBER型との速度比較
    NUMBER型との速度比較
    Number
    BigInt（数値に n を追加）
    Number型で収まる範囲の演算でも、BigIntだと遅い
    ⇒Numberを使えるなら使ったほうがいい
    real 0m0.381s ←0.38秒
    user 0m0.352s
    sys 0m0.029s
    real 0m22.087s ←22秒！
    user 0m24.116s
    sys 0m0.355s
    

    View Slide

24. 本番環境で使うには？
    本番環境で使うには？
    

    View Slide

25. 本番環境で使うには？
    本番環境で使うには？
    本番環境ではLTSを使いたい
    10月まで待つ？
    本番環境は --harmony とかあまり使いたくない
    v12まで待つ？
    v12のLTSリリースは来年の10月？
    待ってられん！
    

    View Slide

26. 本番環境で使うには？
    本番環境で使うには？
    Babelはどうよ
    https://babeljs.io/blog/2017/09/12/planning-for-
    7.0#stage-3-bigint-new-un nished
    

    View Slide

27. 本番環境で使うには？
    本番環境で使うには？
    多分こういうこと
    ↓バベるとこうなる（多分）↓
    全部の演算子を置き換えなきゃアカン
    a += b; // a, bがBigInt型かどうかわからない
    class BigInt { ... } // ラップ用のクラス
    if (typeof a === "BigInt") {
    a = a.plus(b);
    } else {
    a += b;
    }
    

    View Slide

28. 本番環境で使うには？
    本番環境で使うには？
    今はまだ big-integer パッケージを使おう
    10進数ベースの演算
    10000000 単位でパックしている
    意外と速い
    $ npm i -S big-integer
    const BigInteger = require("big-integer");
    // "150"
    const strValue = BigInteger(100)
    .plus(50)
    .toString();
    

    View Slide

29. まとめ
    まとめ
    Node v10で BigInt に対応したよ
    ただし --harmony-bigint が必要だよ
    2進表現で高速に計算できるものは速いよ
    Numberよりはかなり遅いよ
    現時点では big-integer を使おう
    関西Node学園もよろしく！
    登壇者大募集！
    手品に興味があったら声をかけてね！
    

    View Slide

30. ありがとうございました
    ありがとうございました
    

    View Slide

31. おまけ
    おまけ
    ここまで見てくれてありがとう( *´艸｀)
    

    View Slide

32. BIGINT VS BIG-INTEGER 2番勝負
    BIGINT VS BIG-INTEGER 2番勝負
    

    View Slide

33. ROUND 1: 雑ベンチ再び
    ROUND 1: 雑ベンチ再び
    big-integer版
    const BigInteger = require("big-integer");
    let i, j, k, val;
    for(i = 1; i <= 100; i++) {
    for(j = 1; j <= 100; j++) {
    for(k = 1; k <= 100; k++) {
    for(l = 1; l <= 100; l++) {
    val = BigInteger(i);
    val = val.plus(j);
    val = val.multiply(k);
    val = val.mod(l);
    }
    }
    }
    }
    

    View Slide

34. ROUND 1: 雑ベンチ再び
    ROUND 1: 雑ベンチ再び
    計測結果
    BigIntの結果（再掲）
    BigIntより速くね？
    実は、big-integerはNumberに収まる範囲の演算はその
    まま計算するので速い
    real 0m7.587s
    user 0m8.001s
    sys 0m0.362s
    real 0m22.087s
    user 0m24.116s
    sys 0m0.355s
    

    View Slide

35. ROUND 2: 場外乱闘
    ROUND 2: 場外乱闘
    …というわけで、Number型の範囲外でもう一度挑戦して
    みます。
    

    View Slide

36. ROUND 2: 場外乱闘
    ROUND 2: 場外乱闘
    big-integer版
    const BigInteger = require("big-integer");
    let i, j, k, val;
    for(i = 1; i <= 100; i++) {
    for(j = 1; j <= 100; j++) {
    for(k = 1; k <= 100; k++) {
    for(l = 1; l <= 100; l++) {
    val = BigInteger(Number.MAX_SAFE_INTEGER).plus(i)
    val = val.plus(j);
    val = val.multiply(k);
    val = val.mod(l);
    }
    }
    }
    }
    real 0m41.659s
    user 0m42.663s
    sys 0m0.932s
    

    View Slide

37. ROUND 2: 場外乱闘
    ROUND 2: 場外乱闘
    BigInt版
    let i, j, k, val;
    for(i = 1n; i <= 100n; i++) {
    for(j = 1n; j <= 100n; j++) {
    for(k = 1n; k <= 100n; k++) {
    for(l = 1n; l <= 100n; l++) {
    val = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER) + i;
    val += j;
    val *= k;
    val %= l;
    }
    }
    }
    }
    real 0m30.764s
    user 0m33.004s
    sys 0m0.343s
    

    View Slide

38. ROUND 2: 場外乱闘
    ROUND 2: 場外乱闘
    BigIntのほうが1.3倍速かった
    変換と加算が増えてBigIntさんも遅くなったけどね
    

    View Slide

39. 結論
    結論
    Numberに収まるときもある場合はbig-integerも検討の
    価値あり
    収まらないことが明確な場合はBigIntのほうがいい
    

    View Slide

40. View Slide