Lisp Tutorial for Pythonista Day 6
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Lisp Tutorial最終回。コンパイラとかパッケージングとか、実際にツールを作ってう時に必須になりそうな部分を解説します。あと、おまけで賛否両論なloopマクロについてちょこっとまとめ。最後にお勧めの書籍とか紹介してからおしまいです。
![型宣言の効果
● 特に型宣言していない場合
(defun fact (x)
(do ((result 1 (* result x))
(x x ( x 1)))
((= x 1) result)))
● 生成されるマシンコードを見ると
; 917: 4C8D1C25CD020020 LEA R11, [#x200002CD] ; GENERIC*
; 91F: 41FFD3 CALL R11
; 922: 480F42E3 CMOVB RSP, RBX
; 926: 488955F0 MOV [RBP16], RDX
; 92A: 488B55F8 MOV RDX, [RBP8]
; 92E: BF08000000 MOV EDI, 8
; 933: 4C8D1C2556020020 LEA R11, [#x20000256] ; GENERIC
; 93B: 41FFD3 CALL R11
; 93E: 480F42E3 CMOVB RSP, RBX
; 942: 488B5DF0 MOV RBX, [RBP16]
; 946: 488955F8 MOV [RBP8], RDX
; 94A: L1: 48895DF0 MOV [RBP16], RBX
; 94E: 488B55F8 MOV RDX, [RBP8]
; 952: BF08000000 MOV EDI, 8
; 957: 488D0C25AF040020 LEA RCX, [#x200004AF] ; GENERIC=
; 95F: FFD1 CALL RCX
; 961: 488B5DF0 MOV RBX, [RBP16]](https://image.slidesharecdn.com/20110223-lispforpythonista-06-110223022501-phpapp02/85/Lisp-Tutorial-for-Pythonista-Day-6-10-320.jpg)
![型宣言の効果
● 型宣言してみた場合
(defun declaredfact (x)
(declare (type fixnum x))
(do ((result 1 (* result x)))
((= x 1) result)
(declare (type integer result))
(decf x)))
; 1B1: 4C8D1C2590050020 LEA R11, [#x20000590] ; ALLOCSIGNEDBIGNUMINRAX
; 1B9: 41FFD3 CALL R11
; 1BC: L1: A807 TEST AL, 7
; 1BE: 753C JNE L3
; 1C0: 488BD8 MOV RBX, RAX
; 1C3: 48895DF8 MOV [RBP8], RBX
; 1C7: 488BD1 MOV RDX, RCX
; 1CA: 488BFB MOV RDI, RBX
; 1CD: 4C8D1C25CD020020 LEA R11, [#x200002CD] ; GENERIC*
; 1D5: 41FFD3 CALL R11
; 1D8: 480F42E3 CMOVB RSP, RBX
; 1DC: 488BCA MOV RCX, RDX
; 1DF: 488B5DF8 MOV RBX, [RBP8]
; 1E3: L2: 4883FB08 CMP RBX, 8
; 1E7: 75B7 JNE L0
; 1E9: 488BD1 MOV RDX, RCX
; 1EC: 488BE5 MOV RSP, RBP
掛け算の結果が bignum になるかもと推定してる！カコイイ！](https://image.slidesharecdn.com/20110223-lispforpythonista-06-110223022501-phpapp02/85/Lisp-Tutorial-for-Pythonista-Day-6-11-320.jpg)
![カウントしながら繰り返し
● 最もよくあるパターンかも
(loop :for 変数 [:from N] [:to N] [:by N] 〜 )
[:upfrom N] [:upto N]
[:downfrom N] [:downto N]
[:below N]
[:above N]
● from : 始まりの値 省略時は 0 デクリメントの時は省略不可
● to : 上限または下限の指定
● by : 増分 省略時は 1 もしくは -1](https://image.slidesharecdn.com/20110223-lispforpythonista-06-110223022501-phpapp02/85/Lisp-Tutorial-for-Pythonista-Day-6-26-320.jpg)
![コレクションに対して繰り返し
● Python のシーケンスに対する繰り返しっぽい
:for 変数 :in リスト [by ステップ関数 ] 〜
:on リスト
:across ベクタ
● hash-table に対しての繰り返し
:for 変数 being the hashkeys :in ハッシュ [using (hashvalue 変数 )] 〜 )
hashvalues hashkey
(loop :for key being the hashkeys in MAP using (hashvalue value)
:collect (cons key value))](https://image.slidesharecdn.com/20110223-lispforpythonista-06-110223022501-phpapp02/85/Lisp-Tutorial-for-Pythonista-Day-6-28-320.jpg)
![変数を更新しながら繰り返し
● 単純なカウントループじゃないときに
:for 変数 = 初期化式 [then 更新式 ] 〜
● 複数の変数を更新したい時は
(loop :for x = 1 :then (+ x 1)
●
:for y = 10 :then ( y 1) 〜](https://image.slidesharecdn.com/20110223-lispforpythonista-06-110223022501-phpapp02/85/Lisp-Tutorial-for-Pythonista-Day-6-29-320.jpg)
![値を集める
● 色々な集約処理ができる
:collect 式 [into 変数 ]
:append
:nconc
:count
:sum
:maximize
:minimize
collect : 式の評価値をリストにまとめる
append : 式の評価値をリストとみなし、結合する
nconc : 破壊的にリストを結合する
count : 式の評価値が真とみなせるものの数を数える
sum : 式の評価値の和を取る
maximize : 最大値を得る
minimize : 最小値を得る](https://image.slidesharecdn.com/20110223-lispforpythonista-06-110223022501-phpapp02/85/Lisp-Tutorial-for-Pythonista-Day-6-31-320.jpg)
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- 4. 言語＆ライブラリリファレンス 枕の下に常備しましょう
- 5. Common Lisp Reference ● Common Lisp the Language, 2nd Edition ● 日本語訳本は高いけど Amazon で買えるよ ● 仕様書なので、はっきり言って超読みづらい ● その仕様が決定された背景の話とかも書いてあるので、読みづらさ の壁を突破すれば、けっこう楽しく読める ● 英語版ならオンラインで読める – http://www.cs.cmu.edu/Groups/AI/html/cltl/cltl2.html ● Common Lisp Quick Reference ● もう持ってるよね！超便利！ ● http://clqr.berlios.de/download.php ● 印刷 > 折り紙 > ステープラなう！
- 6. Common Lisp HyperSpec ● HTML 形式のまとめられた CL の仕様書 ● http://www.lispworks.com/documentation/commonlisp.html ● LispWorks の中の人が作ってくれている ● 関数毎にちょっとしたサンプルコードが載っててこれが参考になる ● 英語だ！ – 文学的な表現なんて無いから、怖がらずに挑戦してみて！ ● SLIME との連携が素晴らしい ● emerge hyperspec ● emerge w3m ● emerge emacs-w3m ● (setq commonlisphyperspecroot (concat "file://" (expandfilename "/usr/share/doc/hyperspec7.0/HyperSpec/"))) ● (setq commonlisphyperspecsymboltable (expandfilename "/usr/share/doc/hyperspec7.0/HyperSpec/Data/Map_Sym.txt")) ● (setq browseurlbrowserfunction 'w3mbrowseurl) ● ● C-c C-d H : カーソルがある部分について HyperSpec を索く
- 7. コンパイラとのお付き合い 実行効率 UP のための Tips
- 8. Common Lisp はコンパイラ言語！ ● REPL もあるし動的だしでインタプリタ感覚だけど ● SBCL の場合、 REPL で入力した式とかも、その場でコンパイルさ れて、実際にはネイティブコードを実行してる ● 変数とか関数の型宣言もできる ● 型宣言をしない場合はコンパイラが型を推定してコンパイルする ● 型情報はプログラムの流れとかから分析するけど、よくわからない ときは Generic な処理をするルーチンを呼ぶようなコードになる ので実行効率が悪い ● 適切に型宣言すると、なかなか素敵なコードにコンパイルされる ● 型宣言しすぎるとコードの可読性が落ちることがあるので注意 ● アルゴリズムが一番重要 ● なんだかんだチューニングしても、最終的には効率のいいアルゴリ ズムでプログラムを書くことが一番大切
- 9. 型宣言の方法 ● declare を使う ● (declare (type 型名 変数名 1 変数名 2 ... )) ● ● 標準的な型名は Quick Reference の 30p 参照 ● 複合型の場合とか (defun printubyte8arrayelements (targetarray) (declare (type (array (unsignedbyte 8)) targetarray)) (loop :for index :from 0 :below (length targetarray) :do (print (aref targetarray index)))) (printubyte8arrayelements (makearray 3 :elementtype '(unsignedbyte 8) :initialcontents '(1 2 3))) これは型エラーになる (printubyte8arrayelements '(1 2 3))
- 10. 型宣言の効果 ● 特に型宣言していない場合 (defun fact (x) (do ((result 1 (* result x)) (x x ( x 1))) ((= x 1) result))) ● 生成されるマシンコードを見ると ; 917: 4C8D1C25CD020020 LEA R11, [#x200002CD] ; GENERIC* ; 91F: 41FFD3 CALL R11 ; 922: 480F42E3 CMOVB RSP, RBX ; 926: 488955F0 MOV [RBP16], RDX ; 92A: 488B55F8 MOV RDX, [RBP8] ; 92E: BF08000000 MOV EDI, 8 ; 933: 4C8D1C2556020020 LEA R11, [#x20000256] ; GENERIC ; 93B: 41FFD3 CALL R11 ; 93E: 480F42E3 CMOVB RSP, RBX ; 942: 488B5DF0 MOV RBX, [RBP16] ; 946: 488955F8 MOV [RBP8], RDX ; 94A: L1: 48895DF0 MOV [RBP16], RBX ; 94E: 488B55F8 MOV RDX, [RBP8] ; 952: BF08000000 MOV EDI, 8 ; 957: 488D0C25AF040020 LEA RCX, [#x200004AF] ; GENERIC= ; 95F: FFD1 CALL RCX ; 961: 488B5DF0 MOV RBX, [RBP16]
- 11. 型宣言の効果 ● 型宣言してみた場合 (defun declaredfact (x) (declare (type fixnum x)) (do ((result 1 (* result x))) ((= x 1) result) (declare (type integer result)) (decf x))) ; 1B1: 4C8D1C2590050020 LEA R11, [#x20000590] ; ALLOCSIGNEDBIGNUMINRAX ; 1B9: 41FFD3 CALL R11 ; 1BC: L1: A807 TEST AL, 7 ; 1BE: 753C JNE L3 ; 1C0: 488BD8 MOV RBX, RAX ; 1C3: 48895DF8 MOV [RBP8], RBX ; 1C7: 488BD1 MOV RDX, RCX ; 1CA: 488BFB MOV RDI, RBX ; 1CD: 4C8D1C25CD020020 LEA R11, [#x200002CD] ; GENERIC* ; 1D5: 41FFD3 CALL R11 ; 1D8: 480F42E3 CMOVB RSP, RBX ; 1DC: 488BCA MOV RCX, RDX ; 1DF: 488B5DF8 MOV RBX, [RBP8] ; 1E3: L2: 4883FB08 CMP RBX, 8 ; 1E7: 75B7 JNE L0 ; 1E9: 488BD1 MOV RDX, RCX ; 1EC: 488BE5 MOV RSP, RBP 掛け算の結果が bignum になるかもと推定してる！カコイイ！
- 12. 関数の型宣言 ● declaim を使って引数と戻り値の型を指定する (declaim (ftype (function ( 引数の型 1 引数の型 2 ... ) 戻り値の型 ) 関数名 )) ● 関数の戻り値の型が指定できるので、コンパイラはより良い型推論 ができるようになる。 ● 型宣言の例 (declaim (ftype (function (fixnum fixnum) fixnum) fixnumadd)) (defun fixnumadd (x y) (+ x y)) (declaim (ftype (function (fixnum fixnum) (array fixnum)) makefixnumarray)) (defun makefixnumarray (x y) (makearray 2 :elementtype 'fixnum :initialcontents (list x y)))
- 13. コンパイラへの指示 ● 最適化とかについての指示ができる ●(declaim (optimize (compilationspeed 1) (debug 1) ● (safety 1) (space 1) ● (speed 1)) ● 数値は 0 〜 3 で指定する ● 数値が大きいほど重要であることを示す ● compilation-speed コンパイル速度 ● debug デバッグ情報の埋め込みっぷり ● safety 実行時型チェックとかのエラーチェックの厳密度 ● space 生成コードサイズと実行時メモリサイズを小さくする speed 実行速度
- 14. 実行可能ファイルの作り方 ● 事前準備 コードの先頭方面で (defvar *standaloneexecute* t) とかしておいて、ケツで (if *standaloneexecute* (pushnew (lambda () (main) (quit)) sbext:*inithooks*) (progn (main) (quit))) としておく ( エントリポイントは main 関数っていう前提ね ) ● 普段は *standaloneexecute* を nil にしておいて、プログラ ムが完成して実行形式を作りたくなったら t にする。
- 15. コンパイル用スクリプト ● こんな shell script を作る #!/bin/bash sbcl eval "(progn (load "${1}.lisp") (sbext:savelispanddie "./ ${1}" :purify t :executable :t))" sbcc とか名前付けてパーミッションも +x しとく ● foo.lisp をコンパイルして実行可能ファイルを作るとき $ sbcc foo ● カレントディレクトリに foo という実行可能ファイルが出来る ● ./foo とやれは実行できる ● foo には Lisp 環境が全部詰まってるので超巨大 ● ldd v foo とかすればわかるが依存ライブラリはほとんどない – つまり SBCL がインスコされてないマシンでも実行可能だ。
- 17. Common Lisp のパッケージ ● Python で言うところのモジュールに近いけど… ● 名前空間の分離 – これは機能的にほぼ同じ – 明示的に export しなくちゃいけない – export してないシンボルも強制的に参照できる手段もあって… ● いわゆる import とかがメンドクサイ – ASDF を使うのが今のところ現実的 ● ライブラリとかコンポーネントを作りたい時には避けて通れない
- 18. ASDF でできること ● 一定のルールでモジュールを定義する ● asd ファイル ● package.lisp ファイル ● 実際のプログラムが書かれてる lisp ファイル ● ルールに従うことで得ることができるご利益 ● 自動コンパイル ● 簡単ロード ● 依存関係解決 gentoo で emerge sbcl してれば asdf は組み込まれた状態になっているので、特 になにか準備するとかの必要は無い。 ちなみに、今まで使ってきた QuickLisp も低レベル部分は asdf を使ってるので、 QuickLisp 経由でインストールしたモジュール asdf で単独ロードできる。
- 19. 超簡単な例 ● ライブラリ置き場のディレクトリを適当に作る ● mkdir ~/Temp/mycllib ● 環境変数をセット ● export CL_SOURCE_REGISTRY=~/Temp/mycllib ● 以下の３つのファイルを作成する ● helloworld.asd ● packages.lisp ● helloworld.lisp
- 20. helloworld.lisp ● これがモジュールの本体 ● (inpackage :helloworld) ● (defun greeting (name) ● (format t " こんにちわ ~a~%" (clsql:sql ● (if (or (null name) (string= name "")) ● " 名無しさん " name)))) ● 先頭の in-package でカレントパッケージを指定しておく ● その他の部分は普通に書けばいい ● 他のモジュールを使いたい場合、明示的にロードする必要は無い ● ASDF が依存関係を解決して自動ロードしてくれる なんか無理やり clsql に依存させてるけど、気にするな。これは練習だ。
- 21. packages.lisp ● パッケージ名と依存関係を定義する (inpackage :cluser) (defpackage helloworld (:use :cl :clsql) (:export :greeting)) ● 最初に in-package で :cl-user をカレントにしておく ● :use の部分で依存するパッケージを列挙しておく – cl パッケージへの依存設定を忘れないように！ ● :export の部分で外部に公開する関数とか変数を列挙する
- 22. helloworld.asd ● asdf に対するモジュール属性の定義 ● (defpackage :helloworldsystem (:use :asdf)) (inpackage :helloworldsystem) ● (defsystem helloworld ● :name "helloworld" :author "Foo Bar <[email protected]>" ● :version "0.1" ● :maintainer "Ham Spam <[email protected]>" :license "GNU GPL Version 2" ● :components ((:file "packages") (:file "helloworld" :dependson ("packages"))) ● :dependson ("clsql")) ● :components – モジュールを構成するファイル間の依存関係を定義する。コンパイル＆ロード 順序に影響するのでちゃんと設定しよう。 ● :depends-on – 依存する外部モジュール名を列挙する
- 23. モジュールのロード ● 3 点セットが出来たらロードしてみる (asdf:oos 'asdf:loadop 'helloworld) ● うまく行けば下のように使えるようになる (helloworld:greeting "Foo Bar") (usepackage :helloworld) (greeting "Foo Bar")
- 24. ライブラリを作るときのディレクトリ ● 例えば下のようにしておくといいかも drwxrxrx 5 ransui strategy 120 Feb 1 12:51 ../ drwxrxrx 2 ransui techteam 192 Feb 10 18:41 ASD/ drwxrxrx 2 ransui techteam 176 Feb 1 12:47 xlisbz2/ drwxrxrx 2 ransui techteam 272 Feb 10 19:04 xlisdatetime/ drwxrxrx 2 ransui techteam 272 Feb 10 18:15 xlisdbi/ drwxrxrx 2 ransui strategy 256 Feb 1 13:15 xlisremoralog $ ls al ASD lrwxrwxrwx 1 ransui techteam 24 Feb 10 18:24 xlisbz2.asd > ../xlisbz2/xlisbz2.asd lrwxrwxrwx 1 ransui techteam 34 Feb 10 18:41 xlisdatetime.asd > ../xlisdatetime/xlisdatetime.asd lrwxrwxrwx 1 ransui techteam 24 Feb 10 18:07 xlisdbi.asd > ../xlisdbi/xlisdbi.asd lrwxrwxrwx 1 ransui techteam 36 Feb 10 16:50 xlisremoralog.asd > ../xlisremoralog/xlisremoralog.asd ● ASD ディレクトリに各モジュールの asd ファイルへのシンボリッ クリンクをまとめておく ● こうしておくと CL_SOURCE_REGISTRY 環境変数に ASD ディレ クトリだけを指定しておけば、全部のモジュールが ASDF でロー ドしたりできるようになる。
- 25. loop マクロ 黒魔術扱いされることも多いけど 実際のプログラミングで使いこなせば超便利
- 26. カウントしながら繰り返し ● 最もよくあるパターンかも (loop :for 変数 [:from N] [:to N] [:by N] 〜 ) [:upfrom N] [:upto N] [:downfrom N] [:downto N] [:below N] [:above N] ● from : 始まりの値 省略時は 0 デクリメントの時は省略不可 ● to : 上限または下限の指定 ● by : 増分 省略時は 1 もしくは -1
- 27. 単純繰り返し ● カウンタ変数が要らない場合 (loop :repeat N 〜 ) ● (dotimes (x N) 〜 ) とかでもイイけど変数使うし、 declare ignore するのメンドクサイ時に。
- 28. コレクションに対して繰り返し ● Python のシーケンスに対する繰り返しっぽい :for 変数 :in リスト [by ステップ関数 ] 〜 :on リスト :across ベクタ ● hash-table に対しての繰り返し :for 変数 being the hashkeys :in ハッシュ [using (hashvalue 変数 )] 〜 ) hashvalues hashkey (loop :for key being the hashkeys in MAP using (hashvalue value) :collect (cons key value))
- 29. 変数を更新しながら繰り返し ● 単純なカウントループじゃないときに :for 変数 = 初期化式 [then 更新式 ] 〜 ● 複数の変数を更新したい時は (loop :for x = 1 :then (+ x 1) ● :for y = 10 :then ( y 1) 〜
- 30. ループ終了条件の指定 ● コレクションとかいじってる時によく使う (loop :for element in '("hello" "end" "world") :until (string= key "end") 〜) (loop :for line = (readline *standardinput* nil nil) :then (readline *standardinput* nil nil) :while line 〜)
- 31. 値を集める ● 色々な集約処理ができる :collect 式 [into 変数 ] :append :nconc :count :sum :maximize :minimize collect : 式の評価値をリストにまとめる append : 式の評価値をリストとみなし、結合する nconc : 破壊的にリストを結合する count : 式の評価値が真とみなせるものの数を数える sum : 式の評価値の和を取る maximize : 最大値を得る minimize : 最小値を得る
- 32. 条件分岐 ● ループ内で条件分岐できる :if 条件式 〜 :unless CLUSER> (loop :for x :from 1 :to 10 :if (evenp x) :collect x) (2 4 6 8 10)
- 33. ループの中断 ● break みたいな機能 (loop :named outer for y :from 0 :below 16 (loop :for x :from 0 :below 16 :do (if (null (dosomething x y)) (returnfrom outer (list x y))))) ● 名前をつけないループの名前は nil ● (return 式 ) とした場合は現在の名前の無いループから抜ける
- 34. ループ内変数 ● ループ内で有効なローカル変数を定義する CLUSER> (loop :with inloopvar = 10 :for x :from 0 :to 9 :collect (/ x inloopvar)) (0 1/10 1/5 3/10 2/5 1/2 3/5 7/10 4/5 9/10)
- 35. ループ内に任意の処理を記述する ● :do を使って書く ● ループをネストするときによく使う (defun makemazemap (mazeimage) (let ((result '())) (loop :for y :from 1 :to 6 :do (loop :for x :from 1 :to 6 :do (when (ispassage mazeimage x y) (let ((position (list x y nil)) (movablepositions '())) (loop :for (dx dy) :in '((0 1) (1 0) (0 1) (1 0)) :do (when (ispassage mazeimage (+ x dx) (+ y dy)) (push (list (+ x dx) (+ y dy)) movablepositions))) (push (list position movablepositions) result))))) (reverse result)))
- 36. その他のトピック ● マクロ ● Lisp を Lisp たらしめる機能 ● 簡単なツールとかの範囲では、知らなくてもあまり困らない。 ● なんだが「難しい」とか「超すごい」とか言われるけど、結局の S 式を弄りまわしてるだけ。基本は難しくもなんともない。 ● 使いどころが重要。何でもかんでもマクロってのは良くない。 ● 入出力系 ● 標準入出力的な物以外は、ほとんど拡張機能で処理系依存！ ● なので実際に処理系のマニュアル読みながらやるしかない。 ● 差異を吸収するライブラリがいくつかあるので、それを使う ● スレッド ● もう、処理系毎に違いすぎ… ● でも使いこなすと Lisp の関数的な性質との相性はイイ。
- 37. さらに勉強するために こんないい加減なチュートリアルで満足せずに 次のステップへ進もう
- 38. お勧めの本とか ● これまでの知識があれば、迷うことなく読める 実際に使えるツールをベースにしているのでかな りお勧め。最初はこれから始めるのがいい。 Lisp のパワーとマクロについ学べる ２冊目に マクロを極めたい人へ
- 39. お勧めの本とか 教科書として優秀。実践的な例は少ないけれど 基礎をしっかり学びたい人向け。 Common Lisp に限定していないけれど、 「 Lisp の心」を知るための良書。軽快な語り口だが 奥が深い。 Common Lisp の仕様書 内容的にちょっと古い部分もあるけれど、 本格的に Common Lisp を使うようになったときには 座右の書になるはず。値段が…
- 40. Happy Hacking with Common Lisp !