ギークもどきの日記帳

雑多な知識が垂れ流される場所。ほとんど無害。

GHCでFizzBuzz

GHCFizzBuzzを書いた。

gen_nats(Max, Ns) :-
    true |
    gen_integers(1, Max, Ns).

gen_integers(N, Max, Is) :-
    N =< Max |
    Is = [N | Is1],
    N1 := N + 1,
    gen_integers(N1, Max, Is1).

gen_integers(N, Max, Is) :-
    N > Max |
    Is = [].

map([], Fs) :-
    true |
    Fs = [].

map([N|Ns], Fs) :-
    N mod 15 =:= 0 |
    Fs = [fizzbuzz|Fs1],
    map(Ns, Fs1).

map([N|Ns], Fs) :-
    N mod 3 =:= 0, N mod 5 =\= 0 |
    Fs = [fizz|Fs1],
    map(Ns, Fs1).

map([N|Ns], Fs) :-
    N mod 3 =\= 0, N mod 5 =:= 0 |
    Fs = [buzz|Fs1],
    map(Ns, Fs1).

map([N|Ns], Fs) :-
    N mod 3 =\= 0, N mod 5 =\= 0 |
    Fs = [N|Fs1],
    map(Ns, Fs1).

print([S|Ss], IOs) :-
    true |
    IOs = [write(S), nl | IOs1],
    print(Ss, IOs1).

print([], IOs) :-
    true |
    IOs = [].

コードの見た目はPrologに近いが、逐次性が無い、ガード節がある、などの理由でPrologで書いたものとはかなり異なる…はず。

実行はこんな感じ

?- ghc genNats(10, Ns), map(Ns, Fs), print(Fs, Os), outstream(Os).
1
2
fizz
4
buzz
fizz
7
8
fizz
buzz
Ns = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9|...],
Fs = [1, 2, fizz, 4, buzz, fizz, 7, 8, fizz|...],
Os = [write(1), nl, write(2), nl, write(fizz), nl, write(4), nl, write(...)|...].

GHCつながりでHaskell版も書いてみた。GHC版と似せるためにちょっと変な書き方をしている。

module Main where

genNats :: Int -> [Int]
genNats m = genIntegers 1 m

genIntegers :: Int -> Int -> [Int]
genIntegers n m | n <= m = n : genIntegers (n + 1) m
                | otherwise  = []

map' :: [Int] -> [String]
map' [] = []
map' (n:ns) | n `mod` 15 == 0 = "fizzbuzz" : map' ns
            | n `mod` 3 == 0  = "fizz" : map' ns
            | n `mod` 5 == 0  = "buzz" : map' ns
            | otherwise       = show n : map' ns

main :: IO ()
main = mapM_ putStrLn (map' (genNats 10))

実行するとこんな感じ

1
2
fizz
4
buzz
fizz
7
8
fizz
buzz

GHCのコードはHaskellに似ている(これが言いたかっただけ)。

GHC(Guarded Horn Clauses)のインストール

GHCとは

https://ja.wikipedia.org/wiki/Guarded_Horn_Clauses/

インストール方法

今回は、SWI-Prolog上に実装されたGHCの処理系をインストールする。

SWI-PrologSWI-Prolog からインストールできる。

次に、 Software from UEDA Lab. から GHC system running on top of SWI-Prolog をダウンロード、展開する。

展開したディレクトリに移動し、

$ swipl
Welcome to ~...

?- ['ghcswi.pl'].
Warning ~...
true.

?- 

これでGHCプログラムを実行できる様になった。

GHCプログラムのコンパイルghccompile/1で行う

?- ghccompile('fib.ghc').
go/1', 'fibonacci/2', 'fib/4', 'outterms/2', ''END.'
true.

実行は

?- ghc go(10).
1
1
2
3
5
8
false.

fib.ghcはこんな感じ

go(Max) :- true |
           fibonacci(Max, Fs),
           outterms(Fs, Os), outstream(Os).

fibonacci(Max, Ns) :- true |
                      fib(Max, 0, 1, Ns).

fib(Max, N1, N2, Ns0) :- N2 =< Max |
                         Ns0 = [N2 | Ns1],
                         N3 := N1 + N2, fib(Max, N2, N3, Ns1).

fib(Max, N1, N2, Ns0) :- N2 > Max |
                         Ns0 = 0.

outterms([X|Xs1], Os0) :- true |
                          Os0 = [write(X), nl | Os1],
                          outterms(Xs1, Os1).

outterms([],      Os0) :- true |
                          Os0 = [].

"int main(void) { return 0; }"のLLVM IRを読んだメモ

とりあえずの学習メモとして残す。 理解が怪しいところは?や(?)などをつけている。 理解が進んだ後に整理したものを書きたい。

int main (void) {
  return 0;
}

このプログラムはCにおける(多分)最小のプログラムで、単にステータスコード0を返すだけのプログラム。

これをclang -S -emit-llvmLLVM IRに変換するとこうなった。(macOSで吐いた)

; ModuleID = 'hello.c'
source_filename = "hello.c"
target datalayout = "e-m:o-i64:64-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-apple-macosx10.12.0"

; Function Attrs: noinline nounwind ssp uwtable
define i32 @main() #0 {
  %1 = alloca i32, align 4
  store i32 0, i32* %1, align 4
  ret i32 0
}

attributes #0 = { noinline nounwind ssp uwtable "correctly-rounded-divide-sqrt-fp-math"="false" "disable-tail-calls"="false" "less-precise-fpmad"="false" "no-frame-pointer-elim"="true" "no-frame-pointer-elim-non-leaf" "no-infs-fp-math"="false" "no-jump-tables"="false" "no-nans-fp-math"="false" "no-signed-zeros-fp-math"="false" "no-trapping-math"="false" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="penryn" "target-features"="+cx16,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+sse3,+sse4.1,+ssse3,+x87" "unsafe-fp-math"="false" "use-soft-float"="false" }

!llvm.module.flags = !{!0}
!llvm.ident = !{!1}

!0 = !{i32 1, !"PIC Level", i32 2}
!1 = !{!"clang version 4.0.0 (tags/RELEASE_400/final)"}

まず、';‘から始まる行はコメントなのでプログラムとしては無視する。

source_filename = "hello.c"は見ての通り元のソースファイルの名前で、プロファイル時にユニークなローカル関数の識別子を生成するために使っているらしい。

target datalayout = "e-m:o-i64:64-f80:128-n8:16:32:64-S128"はメモリ上のデータレイアウトを記述している。

  • ‘-'が区切り文字。
  • ‘e'はリトルエンディアン。
  • ’m:o'は名前修飾の方法を指定している。'o'なので'Mach-O'式の名前修飾を行う。
  • ‘i64:64'は64bit整数のアライメントを64に指定している。この場合は64の倍数?
  • ‘f80:128'も浮動小数点数であること以外は上に同様
  • ‘n8:16:32:64'はありうる整数のbitを指定している。これはx86-64の場合。
  • ‘S128'はスタックのアライメント。
define i32 @main() #0 {
    %1 = alloca i32, align 4
    store i32 0, i32* %1, align 4
    ret i32 0
}

今回のプログラムの本体がここ。 LLVM IRはこのようにC+アセンブラっぽい文法で書かれている。

‘i32'は32bit整数。LLVMのドキュメントに様々な型について詳細な情報がある。Rustっぽい。

‘%1'のように’%‘で始まるものがローカル識別子。 この場合、%1はアライメント4, 32bit整数のレジスタとして定義されている。

‘store i32 0, i32* %1, align 4'で、%1に0を代入している。alignは%1のものと一致するように指定される(?)。

‘ret i32 0'はC言語の'return 0;'に対応する。

%1の意味は… 最適化のせいかと考えたが、-O0でも結果は変わらず。あとで調べる。 (2017 6/20追記) よく考えたら-Sだと-O0の結果が出力されてる。 clang -emit-llvm -S -01で出力させると削除される。

define i32 @main() local_unnamed_addr #0 {
  ret i32 0
}

(追記ここまで)

attributes #0 = { noinline nounwind ssp uwtable "correctly-rounded-divide-sqrt-fp-math"="false" "disable-tail-calls"="false" "less-precise-fpmad"="false" "no-frame-pointer-elim"="true" "no-frame-pointer-elim-non-leaf" "no-infs-fp-math"="false" "no-jump-tables"="false" "no-nans-fp-math"="false" "no-signed-zeros-fp-math"="false" "no-trapping-math"="false" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="penryn" "target-features"="+cx16,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+sse3,+sse4.1,+ssse3,+x87" "unsafe-fp-math"="false" "use-soft-float"="false" }

この一行は#0という名前のattribute groupを宣言している。先程のmain() #0の'#0'の部分へ代入されるっぽい。

#0#1という2つのattribute groupがあるとき、#0 #1と書くと2つが接続される。

!llvm.module.flags = !{!0}
!llvm.ident = !{!1}

!0 = !{i32 1, !"PIC Level", i32 2}
!1 = !{!"clang version 4.0.0 (tags/RELEASE_400/final)"}

ここではモジュール全体のメタデータを定義している。

もう少し複雑なプログラムについてはまた今度。

「最新コンパイラ構成技法」でハマったところのツイまとめ 5/3

RoswellでCommon Lisp環境をセットアップする

(2018-11-30 追記) この記事の内容は古くなっている可能性があります。

Roswellとは (ざっくりと)

Common Lispの処理系やQuicklisp、SLIMEなどのインストール、処理系ごとのオプションの違いの吸収などを行うすごい便利なツール。 Common Lisperなら使って損はない。

インストール

参照Wiki

Home · roswell/roswell Wiki · GitHub

Arch Linux

AURに登録されているので、yaourtでインストールできる。

$ yaourt -S roswell

Homebrew

$ brew install roswell

Windows

Home · roswell/roswell Wiki · GitHub

使っているOSのbitに合わせて、32bitならRoswell-i686.zip、64bitならRoswell-x86_64.zipをダウンロードし解凍、PATHを通す。

ソースからビルド

INSTALL.md参照。

Replの起動

ros runコマンドでREPLが起動する。

$ ros run
* (+ 1 2)

3
* (quit)
$ 

また、roswellはデフォルトでsbcl-1.2.11のバイナリ版を使う。 他の処理系や最新版のsbclを使いたいときは、以下の手順でインストールする。

処理系のインストール (例: Clozure CL)

$ ros install ccl-bin

処理系の切り替え (例: Clozure CL)

$ ros use ccl-bin
$ ros run
Welcome to Clozure Common Lisp Version 1.11-r16635  (DarwinX8664)!

CCL is developed and maintained by Clozure Associates. For more information
about CCL visit http://ccl.clozure.com.  To enquire about Clozure's Common Lisp
consulting services e-mail info@clozure.com or visit http://www.clozure.com.

? 

インストールできる処理系のリストは、ros list versionsで確認できる。

$ ros list version
candidates for ros list versions [impl] are:

abcl-bin
allegro
ccl-bin
clasp
clisp
cmu-bin
ecl
quicklisp
sbcl-bin
sbcl

インストールできるバージョンは、ros list versions [処理系の名前]で確認できる。

$ ros list versions sbcl
Installable versions for sbcl:
Checking version to install....
1.3.15
1.3.14
1.3.13
1.3.12
1.3.11
1.3.10
1.3.9
1.3.8
1.3.7
1.3.6

SLIME

みんなだいすきSLIMEも簡単に使える。 ros emacsで、.emacs.dの設定なしにSLIMEを使えるemacsが起動する。すごい便利。

普通のemacsで使うには以下の手順を踏む。

$ ros install slime

続いて~/.emacs.d/init.elに次の行を追記する。

(load (expand-file-name "~/.roswell/helper.el"))

より詳しい設定方法は、

Home · roswell/roswell Wiki · GitHub

を参照のこと。

Roswell Script

Common LispではRubyPythonと異なり、プログラムをロードしたREPLを用いることが多い。 スクリプト言語のようにバッチ処理を実行するには、処理系ごとに異なった方法を取らねばならず少し不便を感じる。

その点を解決するため、RoswellにはRoswell Scriptという仕組みがある。 ros init <ファイル名>で、Roswellがインストールされている環境上で、単体で実行できるCommon Lispが生成される。

$ ros init fact
Successfully generated: fact.ros

$ cat fact.ros
#!/bin/sh
#|-*- mode:lisp -*-|#
#| <Put a one-line description here>
exec ros -Q -- $0 "$@"
|#
(progn ;;init forms
  (ros:ensure-asdf)
  ;;#+quicklisp (ql:quickload '() :silent t)
  )

(defpackage :ros.script.fact.ros.3698230850
  (:use :cl))
(in-package :ros.script.fact.ros.3698230850)

(defun main (&rest argv)
  (declare (ignorable argv)))
;;; vim: set ft=lisp lisp:

このファイルはEmacsVimの両方でCommon Lispソースコードとして認識される。

main関数がエントリーポイントとなる。main関数の引数には、適切にパースされたコマンドライン引数が渡される。 例えば、引数の階乗を返すコマンドは下のようになる。

#!/bin/sh
#|-*- mode:lisp -*-|#
#| <Put a one-line description here>
exec ros -Q -- $0 "$@"
|#
(progn ;;init forms
  (ros:ensure-asdf)
  ;;#+quicklisp (ql:quickload '() :silent t)
  )

(defpackage :ros.script.fact.ros.3698230850
  (:use :cl))
(in-package :ros.script.fact.ros.3698230850)

(defun fact (n)
  (if (zerop n)
        1
              (* n (fact (1- n)))))

(defun main (n &rest argv)
  (declare (ignorable argv))
  (format t "~&Factorial ~D = ~D~%" n (fact 
  (parse-integer n)))
  0 ; 終了ステータス
)
;;; vim: set ft=lisp lisp:

実行例

$ ./fact.ros 3
Factorial 3 = 6

$ ./fact.ros 10
Factorial 10 = 3628800

さらに、Roswellがインストールされていない環境でも(おそらく)動作するexecutableも作れる。 ただし、処理系やライブラリのイメージを含むため、ファイルサイズが50MiBぐらい大きくなる。レッツブルジョア!!

$ time ./fact.ros 10
Factorial 10 = 3628800
./fact.ros 10  0.43s user 0.09s system 98% cpu 0.530 total

$ ros build fact.ros

$ time ./fact 10
Factorial 10 = 3628800
./fact 10  0.00s user 0.01s system 89% cpu 0.018 total

$ du -ah
 54M     ./fact
4.0K     ./fact.ros

割りと速くなった。気がする。もっと計算量の多い処理だと大きく変わるかも。

気が向き次第に更新、追記する予定です。

Common Lispのライブラリ事情

ANSI Common Lispでは、ライブラリのフォーマットについてあまりちゃんとした仕様が存在しません。

当然、ライブラリを扱えないのは不便極まりないことですから、その点をカバーするためのシステムが存在します。

  • REQUIRE, PROVIDE 現在非推奨の、ANSI Common Lispに存在する唯一のライブラリ管理システムです。

  • ASDF デファクトスタンダードのライブラリ管理システムです。

  • QuickLisp ASDFを使用したライブラリのコレクションです。 Rubyにおけるgem、HaskellにおけるHackageのような立ち位置です。

  • Roswell Common Lispの開発環境を管理するためのツールです。 ASDFの機能を拡張し、GithubからのライブラリDLなど、モダンな機能が追加されています。

REQUIRE, PROVIDE

ANSI Common Lispに存在するライブラリ管理システムです。 ‘(require :hoge)'でファイルを読み込み、そのファイルで’(provide :hoge)‘されていれば、2回目以降の’(require :hoge)‘では何も行われません。

これは無駄なロードを防ぐための仕組みです。

しかし、REQUIREがどこのファイルを読みにいくかは処理系の実装に依存しています。 処理系ポータブルなコードを書くには非常に不便です。

そこで、Common Lispでは主に"ASDF"というシステムをつかってライブラリを管理します。

ASDF

ASDFは、Common Lispソースコードをsystemとしてまとめ、ビルドし、ロードするためのツールです。

例えば、Makefile的なものを、(systemname).asdとして書いてASDFのロードパス下においておくと、

(in-package :cl-user)
(asdf:defsystem :foobar ;; 定義するsystem名
    :description "A sample Lisp system."
    :version "0.0.1"
    :author "Joe <joe@example.com>"
    :licence "Public Domain"
    :depends-on (:alexandria :serapeum) ;; 依存するパッケージ
    :components ((:file "foobar" :depends-on ("utils")) ;; systemに含まれる.lispファイルを、(systemname).asdからみた相対パスで
                 (:file "utils")))

次のようにロードすることができます。

* (require 'asdf)
* (require 'foobar)

require, ASDF, quicklispを正しく使う | κeenのHappy Hacκing Blog独学Common Lisp に詳しい内容があるので、そちらも参照することをおすすめします。

packageとsystemの違い

Packages, systems, modules, libraries - WTF?

TODO: ちゃんと書く

Quicklisp

Quicklispは、Rubyにおけるgem、HaskellにおけるHackageのようなシステムです。 次のようにsystemをロードできます。

* (ql:quickload :alexandria)
* (ql:quickload '(cl-annot trivia))

また、(ql:system-apropos substring)で検索、(ql:update-all-dists)でアップデート、(ql:update-client)でQuicklisp本体のアップデートができます。

QuickdocsにはQuicklispでロードできるすべてのsystemのドキュメント、プロジェクトページへのリンクなどが掲載されています。

TODO: Quicklispへ自分のsystemを追加する方法

Roswell

Roswellには、コマンドラインでQuicklispからライブラリやソフトウェアをダウンロードする機能があります。

$ ros install qlot        # Quicklispからダウンロードします。
$ ros install fukamachi/qlot # Githubからダウンロードします。

TODO: ASDFのdepends-onとかにもgithubリポジトリを指定できる様になったはずだけど試してないので試して書く

参考文献

Clozure CLをちょっと早くする

Clozure CLのLispの部分をコンパイルしてうんたらかんたらして起動とかを早くする。

? (ccl:compile-ccl)

フィボナッチ数の20番目を計算してテスト

#!/bin/sh
#|-*- mode:lisp -*-|#
#| <Put a one-line description here>
exec ros -Q -- $0 "$@"
|#
(progn ;;init forms
  (ros:ensure-asdf)
  ;;#+quicklisp (ql:quickload '() :silent t)
  )

(defpackage :ros.script.fib.3691033179
  (:use :cl))
(in-package :ros.script.fib.3691033179)

(defun fib (n)
  (case n
    ((0 1) 1)
    (t (+ (fib (- n 1)) (fib (- n 2))))))

(defun main (&rest argv)
  (declare (ignorable argv))
  (princ (fib 20))
  (terpri))
;;; vim: set ft=lisp lisp:

起動時間も見たいのでRoswell scriptで

$ ros build fib.ros
$ #ビルド前
$ time ./fib.ros
10946
./fib.ros  1.51s user 0.14s system 98% cpu 1.671 total
$ #ビルド後
$ time./fib.ros
10946
./fib.ros  0.37s user 0.09s system 96% cpu 0.482 total