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author anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
date Fri, 19 Apr 2019 18:53:12 +0900
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<!DOCTYPE html>
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   <title>Perl6の内部表現</title>

   <meta name="generator" content="Slide Show (S9) v4.1.0 on Ruby 2.6.3 (2019-04-16) [x86_64-darwin17]">
   <meta name="author"    content="Takahiro Shimizu" >

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</head>
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  <div id="header"></div>
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    <div align="right">
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    </div>
  </div>
</div>

<div class="presentation">

  <div class='slide cover'>
    <table width="90%" height="90%" border="0" align="center">
      <tr>
        <td>
          <div align="center">
              <h1><font color="#808db5">Perl6の内部表現</font></h1>
          </div>
        </td>
      </tr>
      <tr>
        <td>
          <div align="left">
              Takahiro Shimizu
              
            <hr style="color:#ffcc00;background-color:#ffcc00;text-align:left;border:none;width:100%;height:0.2em;">
          </div>
        </td>
      </tr>
    </table>
  </div>



<div class='slide'>
  
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="このセッションの内容">このセッションの内容</h2>

<ul>
  <li>Perl6の主要な実装であるRakudoの内部構造を探ります</li>
  <li>Rakudoの内部で利用されているVMや， Perl6のサブセットなどについて探索します</li>
  <li>スクリプト言語で主に使われているバイトコードインタプリタの気持ちになります</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="内容">内容</h2>
<ul>
  <li>Perl6とは?</li>
  <li>スクリプト言語処理系の動き</li>
  <li>Perl6の内部構造
    <ul>
      <li>NQP</li>
      <li>MoarVM</li>
    </ul>
  </li>
  <li>MoarVMのバイトコード実行</li>
  <li>まとめ</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6とは">Perl6とは</h2>
<ul>
  <li>当初Perl5の時期バージョンとして開発されていたプログラミング言語
    <ul>
      <li>現在は別の言語として開発がそれぞれ進んでいる</li>
    </ul>
  </li>
  <li>仕様と実装が分離しており， 現在はテストが仕様となっている</li>
  <li>実装は歴史上複数存在しているが，主流な実装はRakudo</li>
  <li>言語的にはスクリプト言語であり， 漸進的型付き言語</li>
  <li>動作環境は、独自のVMのMoarVM, JVM、一部JavaScript上で動作する</li>
</ul>

<p><img src="2000px-Camelia.svg.png" alt="" style="width: 31%; height: auto;" /></p>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="現在のperl6">現在のPerl6</h2>

<ul>
  <li>現在のバージョンは <code>6.d</code></li>
  <li><a href="https://perl6.github.io/6pad/">ブラウザ上で実行可能な環境</a>が存在する</li>
  <li><a href="https://commaide.com/">IDE</a>が開発されている</li>
  <li>WebApplicationFrameworkなども開発されており、 Perl5のモジュールを移行したものがいくつか存在する</li>
  <li>日本では趣味のプロダクト以外社会では使用されていない
    <ul>
      <li>海外では実際に使われているケースも存在する</li>
    </ul>
  </li>
  <li>処理速度では一部Perl5に勝っているが、それでも大分遅い</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="参考perl5のソースコード">[参考]Perl5のソースコード</h2>

<ul>
  <li>Perl5時代
    <ul>
      <li>スカラ、配列、ハッシュの3種類</li>
      <li>それぞれの変数への参照であるリファレンスが使用可能</li>
    </ul>
  </li>
</ul>

<pre><code class="language-perl">use ustrict;
use warnings;

my $scalar_value = "hello!";
print "$scalar_value\n";

my @array = (1..10);
print "$array[0]\n";

my %hash = ( this_is_key =&gt; "this_is_value");
print "$hash{this_is_key}\n";

my $hash_ref = \%hash;
print "$hash_ref-&gt;{this_is_key}\n";
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6のソースコード概要">Perl6のソースコード概要</h2>

<ul>
  <li>Perl5の文法とは比較的変更が多い
    <ul>
      <li>雰囲気は似ている</li>
    </ul>
  </li>
  <li>変数がオブジェクトと化した事により， 変数からsayメソッドを呼ぶことが可能</li>
</ul>

<pre><code>my $str_value = 'hello world!';
$str_value.say; # hello world!
</code></pre>

<ul>
  <li>Perl5と同様に，変数にはデフォルトでは型がないような振る舞いをする</li>
</ul>

<pre><code>my $sample_value = 'hello world!';
$sample_value.say; # hello world!

$sample_value = '31';
$sample_value.say; # 31

say($sample_value * 3);
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6の言語的な特徴">Perl6の言語的な特徴</h2>

<ul>
  <li>漸進的型付き言語である為， 型を強制することも可能となる</li>
</ul>

<pre><code>my Int $int_value  = 31;
$int_value = "hello"; # Compile error!
</code></pre>

<pre><code>$ perl6 type_invalid.p6
Type check failed in assignment to $int_value; expected Int but got Str ("hello")
  in block &lt;unit&gt; at type_invalid.p6 line 4
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6の言語的な特徴-1">Perl6の言語的な特徴</h2>

<ul>
  <li>型を独自に定義することも可能</li>
  <li>入力の型によって実行する関数を変える事などができる</li>
</ul>

<pre><code class="language-perl6">my subset Fizz of Int where * %% 3;
my subset Buzz of Int where * %% 5;
my subset FizzBuzz of Int where Fizz&amp;Buzz;
my subset Number of Int where none Fizz|Buzz;

proto sub fizzbuzz ($) { * }
multi sub fizzbuzz (FizzBuzz) { "FuzzBuzz" }
multi sub fizzbuzz (Fizz) { "Fizz" }
multi sub fizzbuzz (Buzz) { "Buzz" }
multi sub fizzbuzz (Number $number) { $number }

fizzbuzz($_).say for 1..15;
</code></pre>

<ul>
  <li>型を利用したFizzBuzz</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="スクリプト言語">スクリプト言語</h2>
<ul>
  <li>Perl6は現状コンパイルすることはできない
    <ul>
      <li>スクリプト言語の分類</li>
    </ul>
  </li>
  <li>現在広く使われているスクリプト言語(Perl,Python,Ruby…)などとPerl6の構成は類似している</li>
  <li>今回はPerl6の実装を追いながら、最近のスクリプト言語処理系の大まかな実装を理解する</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="スクリプト言語処理系">スクリプト言語処理系</h2>
<ul>
  <li>スクリプト言語は入力として与えられたソースコードを、 直接評価せずにバイトコードにコンパイルする形式が主流となっている</li>
  <li>その為スクリプト言語の実装は大きく2つで構成されている
    <ul>
      <li>バイトコードに変換するフロントエンド部分</li>
      <li>バイトコードを解釈する仮想機械</li>
    </ul>
  </li>
</ul>

<p><img src="fig/bytecode_sample_generally_lang.svg" width="80%" /></p>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6以外のスクリプト言語">Perl6以外のスクリプト言語</h2>

<ul>
  <li>現在使われているプロセスVMは言語に組み込まれているものが多い</li>
  <li>JVMやElixirなどのVMは複数の言語で使用されている</li>
  <li>Java
    <ul>
      <li>JVM</li>
    </ul>
  </li>
  <li>Ruby
    <ul>
      <li>YARV</li>
    </ul>
  </li>
  <li>Python
    <ul>
      <li>PythonVM</li>
    </ul>
  </li>
  <li>Elixir
    <ul>
      <li>BEAM</li>
    </ul>
  </li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6の処理系の構成">Perl6の処理系の構成</h2>

<ul>
  <li>Perl6の処理系で現在主流なものはRakudoと呼ばれる実装である(歴史上複数存在する)</li>
  <li>Rakudoは3つのレイヤーから構成されている
    <ul>
      <li>Perl6インタプリタ</li>
      <li>Perl6インタプリタを記述するPerl6のサブセットNQP</li>
      <li>Perl6のバイトコードを解釈するMoarVM</li>
    </ul>
  </li>
  <li>Perl6/NQPがフロントエンドに相当し、MoarVMがバックエンドに相当する</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="rakudoの構成図">Rakudoの構成図</h2>

<p><img src="fig/Rakudo_System_overview.png" alt="" /></p>

<p>(http://brrt-to-the-future.blogspot.com/2015/03/advancing-jit-compiler.html)</p>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6とnqp">Perl6とNQP</h2>

<ul>
  <li>NQP(NotQuitPerl Perl)
    <ul>
      <li>Perl6のサブセット。Perl6っぽい言語</li>
    </ul>
  </li>
  <li>Perl6、 NQP自体がNQPで記述されている</li>
  <li>NQPもNQPで記述されている為、 セルフビルド(自分自身で自分自身をコンパイルする)を行う</li>
  <li>NQPはPerl6の文法をベースにしているが、 制約がいくつか存在する</li>
  <li>元々はPerl6の主力実装がParrotだった時代に登場
    <ul>
      <li>文法がアップデートされており、当時の資料は古くなっている</li>
    </ul>
  </li>
</ul>

<pre><code>my $value := "hello!";
say($value);
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="nqpスクリプト">NQPスクリプト</h2>

<ul>
  <li>変数は束縛 <code>:=</code> を使う</li>
  <li>関数の間に空白を入れてはいけない</li>
  <li>再帰呼び出しを使うフィボナッチ数列</li>
</ul>

<pre><code>#! nqp
sub fib($n) {
    $n &lt; 2 ?? $n !! fib($n-1) + fib($n - 2);
}

my $N := 29;

my $z  := fib($N);

nqp::say("fib($N) = " ~ fib($N));
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="nqpスクリプトnまでの整数の和">NQPスクリプト(nまでの整数の和)</h2>

<pre><code class="language-perl6">sub add_test($n){
    my $sum := 0;
    while ( $n &gt; 1) {
        $sum := $sum + $n;
        --$n;
    }
    return $sum;
}

say(add_test(10000));
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="nqp">NQP</h2>

<ul>
  <li>NQPはPerl6の中で一番レイヤーが低い言語</li>
  <li>その為、 実行するVMのオペコード(処理単位)を使用することができる</li>
  <li>NQPオペコードは、 Perl6の内部の抽象構文木でも使用されている</li>
  <li>また、 Perl6と同様に型を指定することが可能</li>
</ul>

<pre><code class="language-perl6">sub add_test(int $n){
    mu $sum := 0;
    while nqp::isgt_i($n,1) {
        $sum := nqp::add_i($sum,$n);
        $n   := nqp::sub_i($n,1);
    }
    return $sum;
}
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="nqpとmoarvm">NQPとMoarVM</h2>
<ul>
  <li>NQPそのものは実行することはできない</li>
  <li>NQPの実行にはMoarVM/JVMが必要となる
    <ul>
      <li>NQPコンパイラが各VMに対応したバイトコードに変換する</li>
    </ul>
  </li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="perl6のvm">Perl6のVM</h2>
<ul>
  <li>MoarVM, JVM , JavaScriptが選択可能
    <ul>
      <li>メインで開発されているのはMoarVMであり、 他のVMは機能が実装されていないものが存在する</li>
    </ul>
  </li>
  <li><code>rakudo-star</code> というPerl6のパッケージ環境では、 MoarVMがデフォルトでインストールされる</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="moarvm">MoarVM</h2>
<ul>
  <li>C言語で記述されているPerl6専用の仮想機械</li>
  <li>レジスタマシン
    <ul>
      <li>型情報を持つレジスタに対しての演算として処理される</li>
      <li>Rubyなどはスタックマシンとして実装されている</li>
    </ul>
  </li>
  <li>LuaJITなどを利用したJITコンパイルなども可能</li>
  <li>Perl6やNQPは、MoarVMに対してライブラリなどを設定して起動する</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="バイトコード">バイトコード</h2>
<ul>
  <li>Perl6も、Rakudo/NQPはバイトコードに変換され、 バイトコードをVMが実行する</li>
  <li>Perl6/NQPはバイトコードにコンパイルすることが可能
    <ul>
      <li>直接実行することはできない</li>
    </ul>
  </li>
</ul>

<pre><code>$nqp --target=mbc --output=fib.moarvm fib.nqp
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="バイトコードとmoarvm">バイトコードとMoarVM</h2>

<ul>
  <li>MoarVMバイトコードはMoarVMの実行バイナリ <code>moar</code> でディスアセンブルすることが可能</li>
</ul>

<pre><code>     annotation: add_test.nqp:1
00003      const_i64_16       loc_2_int, 0
00004      hllboxtype_i       loc_3_obj
00005      box_i              loc_3_obj, loc_2_int, loc_3_obj
00006      set                loc_1_obj, loc_3_obj
     label_1:
00007      decont             loc_3_obj, loc_0_obj
00008      smrt_numify        loc_4_num, loc_3_obj
00009      const_i64_16       loc_2_int, 1
00010      coerce_in          loc_5_num, loc_2_int
00011      gt_n               loc_2_int, loc_4_num, loc_5_num
00012      unless_i           loc_2_int, label_2(00031)
00013      osrpoint
     annotation: add_test.nqp:3
00014      decont             loc_3_obj, loc_1_obj
00015      smrt_numify        loc_5_num, loc_3_obj
00016      decont             loc_3_obj, loc_0_obj
00017      smrt_numify        loc_4_num, loc_3_obj
00018      add_n              loc_4_num, loc_5_num, loc_4_num
00019      hllboxtype_n       loc_3_obj
00020      box_n              loc_3_obj, loc_4_num, loc_3_obj
00021      set                loc_1_obj, loc_3_obj
00022      decont             loc_3_obj, loc_0_obj
00023      smrt_numify        loc_4_num, loc_3_obj
00024      coerce_ni          loc_6_int, loc_4_num
00025      const_i64_16       loc_7_int, 1
00026      sub_i              loc_7_int, loc_6_int, loc_7_int
00027      hllboxtype_i       loc_3_obj
00028      box_i              loc_3_obj, loc_7_int, loc_3_obj
00029      set                loc_0_obj, loc_3_obj
00030      goto               label_1(00007)
</code></pre>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="nqpとバイトコードの対応">NQPとバイトコードの対応</h2>

<pre><code>say(add_test(10000));
</code></pre>

<pre><code>     annotation: add_test.nqp:1
     label_1:
00020      getlex_no          loc_7_obj, '&amp;say'
00021      decont             loc_7_obj, loc_7_obj
00022      const_s            loc_3_str, '&amp;add_test'
00023      getlexstatic_o     loc_8_obj, loc_3_str
00024      decont             loc_8_obj, loc_8_obj
00025      const_i64_16       loc_5_int, 10000
00026      prepargs           Callsite_1
00027      arg_i              0, loc_5_int
00028      invoke_o           loc_8_obj, loc_8_obj
00029      prepargs           Callsite_0
00030      arg_o              0, loc_8_obj
00031      invoke_v           loc_7_obj
00032      null               loc_7_obj
00033      return_o           loc_7_obj
</code></pre>

<ul>
  <li>Perl6の変数は直接実態を参照せず、中身が入っているコンテナを参照するようになっている。</li>
  <li>その為 <code>decont</code> 命令で、コンテナの中身をレジスタに設定する必要がある</li>
  <li><code>const_i64_16</code> などは64bitの数という意味で、 <code>int</code> 型としてレジスタに登録している</li>
  <li><code>prepargs</code> で引数の確認を行い, <code>invoke_o</code> で実際にサブルーチンに移行する</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="nqpとバイトコードの対応-1">NQPとバイトコードの対応</h2>

<pre><code>my $sum := 0;
</code></pre>

<pre><code>     annotation: add_test.nqp:1
00003      const_i64_16       loc_2_int, 0
00004      hllboxtype_i       loc_3_obj
00005      box_i              loc_3_obj, loc_2_int, loc_3_obj
00006      set                loc_1_obj, loc_3_obj
</code></pre>

<ul>
  <li>まず <code>loc_2</code> レジスタをint型の整数0で初期化する</li>
  <li>変数 <code>$sum</code> はint型の指定がないので、 obj型で登録しなければならない</li>
  <li>その為, 整数として登録された <code>loc_2</code> から、 obj型に一旦キャストし、 <code>loc_3</code> レジスタに設定したものを、 <code>loc_1</code> レジスタに設定する</li>
</ul>



</div>

<div class='slide'>
  <!-- _S9SLIDE_ -->
<h2 id="nqpとバイトコードの対応-2">NQPとバイトコードの対応</h2>

<pre><code>    while ( $n &gt; 1) {
</code></pre>

<pre><code>     label_1:
00007      decont             loc_3_obj, loc_0_obj
00008      smrt_numify        loc_4_num, loc_3_obj
00009      const_i64_16       loc_2_int, 1
00010      coerce_in          loc_5_num, loc_2_int
00011      gt_n               loc_2_int, loc_4_num, loc_5_num
00012      unless_i           loc_2_int, label_2(00031)
00013      osrpoint
</code></pre>

<ul>
  <li>変数 <code>$n</code> と 整数 <code>1</code> を大小比較する為、 まず <code>$n</code> から値を取り出す</li>
  <li>比較にもint型の指定がない為、 <code>num</code> 型にキャストし、 <code>num</code> 型のレジスタでの大小を比較する</li>
  <li>比較命令は <code>gt_n</code> であり、 結果により <code>unless_i</code> 命令で、別のラベルにジャンプする</li>
</ul>

</div>


</div><!-- presentation -->
</body>
</html>