Perl6の内部表現

このセッションの内容

• Perl6の主要な実装であるRakudoの内部構造を探ります
• 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
• 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

Perl6とは

• 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
• 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
• 実装は複数存在しているが，現在主流な実装はRakudoとなっている
• 言語的にはスクリプト言語であり， 漸進的型付き言語となっている
• MoarVM, JVMで動作する

Perl6のソースコード概要

• Perl5の文法とは比較的変更が多い
• 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

my $str_value = 'hello world!';
$str_value.say; # hello world!

• 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

my $sample_value = 'hello world!';
$sample_value.say; # hello world!

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

say($sample_value * 3);

Perl6の言語的な特徴

• 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

my Int $int_value  = 31;
$int_value = "hello"; # Compile error!

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

Perl6の言語的な特徴

• 型を独自に定義することも可能
• 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

my subset Fizz of Int where * %% 3;
my subset Buzz of Int where * %% 5;
my subset FizzBuzz of Int where Fizz&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;

スクリプト言語処理系

• 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
• 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
  • バイトコードに変換するフロントエンド部分
  • バイトコードを解釈する仮想機械

Perl6の処理系の構成

• Perl6の処理系は現在はRakudoと呼ばれる(歴史上複数存在する)
• Rakudoは3つのレイヤーから構成されている
  • Perl6インタプリタ
  • Perl6インタプリタを記述するPerl6のサブセットNQP
  • Perl6のバイトコードを解釈するMoarVM
• このうちPerl6インタプリタとNQPはNQP自身で記述されている
• MoarVMはC言語で記述されている

Perl6とNQP

• NQP(NotQuitPerl Perlっぽい別の言語)でRakudoを記述している
• 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
• 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

#! nqp
sub fib($n) {
    $n < 2 ?? $n !! fib($n-1) + fib($n - 2);
}

my $N := 29;

my $t0 := nqp::time_n();
my $z  := fib($N);
my $t1 := nqp::time_n();

nqp::say("fib($N) = " ~ fib($N));
nqp::say("time    = " ~ ($t1-$t0));

プログラミング言語とVM

• 最近のスクリプト言語は、 ソースコードを直接解釈せず、バイトコードに変換しVMが評価する
  • 全体的な処理速度の向上の為
  • 実装を分離することでの見通しの良さ
• 言語処理系の実行にのみ動作するVM(プロセスVM)
• 他言語の環境
  • Java
    • JVM
  • Ruby
    • YARV
  • Python
    • PythonVM
  • Elixir
    • BEAM

Perl6のVMの構成

• MoarVMと呼ばれるVM
• C言語で記述されている
• レジスタマシン
  • 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
• LuaJITなどを利用したJITコンパイルなども可能
• 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

バイトコード

• 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
• バイトコード実行部分は、 命令に対応するバイト列を読み込み、 解釈し、 次の命令を読み取ることを繰り返す