Qt × Reactive Extensions

Qt × Reactive Extensions
2019-02-20 C++ MIX #2
Tetsuro Matsumura

目次
1. Reactive Extensionsの紹介
2. Observableを作る
3. Qtの紹介
4. SignalからObservableへ
5. RxQtの内側
1

Reactive Extensionsの紹介
2

Reactive Extensions(Rx)とは
3
The Reactive Extensions for C++ (RxCpp) is
a library of algorithms for values-distributed-in-time.
The Range-v3 library does the same for values-distributed-in-space.
ReactiveX/RxCpp
ReactiveX is a combination of the best ideas from the Observer pattern, the
Iterator pattern, and functional programming
ReactiveX

values-distributed-in-space vs time
4
values-distributed-in-space
(メモリー)空間上に広がった値。
string, array, vector, list, mapなど。
values-distributed-in-time
時間軸上に広がった値。
イベントなど。
'C' '+' '+' 0
a[0] a[1] a[2] a[3]
C + +

Range is composable
5
vector v = {1,2,3};
auto twice = [](auto x){ return x => x*2; };
v | reverse; // 3,2,1
v | transform(twice); // 2,4,6
v | transform(twice) | reverse; // 6,4,2
C++では、空間上に広がった値をRangeとして扱うことができる。
Rangeはアダプターによってさまざまに組み合わせられる。
Reactive Extensions(Rx)は、これの時間軸バージョン。
時間軸に広がった値をコンポーザブルに扱うライブラリ。

Observable
6
// マウスイベントの定義
struct MouseEvent { Point pos; Button button; …… };
observable<MouseEvent> clicked;
// clickedイベントを処理する
clicked | subscrive([](MouseEvent e){ cout << e.pos << '¥n'; });
Rxでは、時間軸に広がった値をObservableという型で扱う。
Observableに配送されてきた値をSubscribeで受け取る。
＊紙面の都合で引数がconst参照でないことがあります
＊ |>演算子が欲しい

Observable is composable
7
// マウスイベントの定義
struct MouseEvent { Point pos; Button button; …… };
observable<MouseEvent> clicked;
// 先にposを取り出す
clicked
| map([](MouseEvent e){ return e.pos; })
| subscrive([](Point p){ cout << p << '¥n'; });
// クリックした1秒後に表示する
clicked
| map([](MouseEvent e){ return e.pos; })
| delay(millisecond(1000))
| subscrive([](Point p){ cout << p << '¥n'; });
ObservableはRxのオペレーターで様々に組み合わせられる。

Run Loop
8
C++では妥当なメインループというものが考えにくいので、
RxCppの利用者が各自でメインループを回す必要がある。
// run_loopオブジェクトを1つ作っておく
rxcpp::schedulers::run_loop run_loop;
// 一定間隔で実行して溜まったイベントを処理する
// どうやって一定間隔で実行するかは様々
while(!run_loop.empty() && run_loop.peek().when < run_loop.now()) {
run_loop.dispatch();
}

Rxを使うと何が嬉しいのか
9
 イベントをコンポーザブルに扱うことができる。
 特に、遅延、バッファリングなど、時間に関するオペレーターが豊富。
 エラー処理や完了処理の方法が統一されている。
 他の言語でもほぼ同じように使える。
 Rxが移植されている言語:
C#, C++, Clojure, Dart, Elixir, Go, Groovy, Java, JavaScript, Kotlin, Lua,
PHP, Python, Ruby, Scala, Swift

ReactiveX http://reactivex.io/
10
言語横断的なRxのドキュメント。
オペレーターの一覧やそれぞれの図解がわかりやすい。

Observableを作る
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auto print = [](const auto& x){ cout << x << endl; };
// 1から10をすぐに表示
observable<>::range(1, 11) | subscribe<int>(print);
observable<>::range(1) | take(10) | subscribe<int>(print);
Rxに用意されているファクトリー関数を使ってObservableを作る。
1 2 3
// 1から10をゆっくり表示
const auto period = chrono::milliseconds(500);
observable<>::interval(period) | take(10) | subscribe<int>(print);
1
2
3

Observableを作る 2
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auto print = [](const auto& x){ cout << x << endl; };
// subscribeされたときのコールバックで手続き的に生成
auto on_subscribe = [](subscriber<char> s) {
s.on_next('C'); s.on_next('+'); s.on_next('+’); s.on_complete();
};
observable<>::create<char>(on_subscribe) | subscribe<char>(print);
// 何かのコールバック関数内でon_nextを呼べば、
// どんなイベントでもobservableにできる
observable<>::create<T>([](subscriber<T> s){
on_something([](T t){ s.on_next(t); });
});
外部のイベントもObservableに

Qtとは
16
クロスプラットフォームなGUIライブラリ。
最近ではStackOverflowでも「C++でGUIライブラリと言えば？」と質問が上がると
9割は「Qt」という答えが返ってくる。
C++日本語リファレンス
 イベント処理のシグナル/スロット機構が有名。
 付属コードジェネレーターの利用がほぼ前提となっている。
 シグナルを作るには必須。
 他にも色々C++を拡張している（プロパティ、リフレクションなど）。

シグナル/スロット
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QPushButton* exitButton;
QApplication* app;
// ボタンをクリックしたら終了
connect(exitButton, &QPushButton::clicked, app, &QApplication::quit);
シグナル関数を呼ぶと、接続しているスロット関数が一斉に呼ばれる。
QLineEdit* editor;
QLabel* label1, label2;
// 編集したらラベルに反映
connect(editor, &QLineEdit::textChanged, label1, &QLabel::setText);
connect(editor, &QLineEdit::textChanged, label2, &QLabel::setText);
引数も転送される。

シグナル/スロットの問題
18
 Composabilityが低い
 シグナルは必ずメンバー関数で、実装はコード生成される。
 新しいシグナルを追加するにはクラス定義の変更または派生が必要。
 一応、スロットの代わりに関数オブジェクトに接続できるが……
 時間が絡むとコールバック地獄になりやすい。
 GUIでは時間が絡む処理がよくある（連打防止など）

SignalからObservableへ
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シグナル関数からObservableを構築すればcomposabilityの大幅な向上が期待できる
QLineEdit* lineedit;
auto on_subscribe = [lineedit](subscriber<QString> s){
// textChangedがemitされたときにラムダ式を実行
QObject::connect(
lineedit,
&QLineEdit::textChanged,
// emitされた値をsubscriberに渡す
[s](const QString& v){ s.on_next(v); }
);
};
auto textChanged = observable<>::create<QString>(on_subscribe);

RxQt
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Signal/Observable変換を毎回書くと大変なので、ライブラリ化した。
https://github.com/tetsurom/rxqt
QLineEdit* lineedit; QLable* label;
// 普通のconnect
connect(editor, &QLineEdit::textChanged, label, &QLabel::setText);
// connectと同じ動作
rxqt::from_signal(lineedit, &QLineEdit::textChanged)
| subscribe([](const QString& s){ label->setText(s); });
// 500ms以上変更が無かったらラベルに反映
| debounce(milliseconds(500))

RxQt
22
// connectと同じ動作
// 500ms以上変更が無かったらラベルに反映
| debounce(milliseconds(500))

RxQtの機能
23
 QtシグナルからObservableを構築
 QtイベントからObservableを構築
 QTimerベースのrun_loopの提供
シンプルなヘッダーオンリーライブラリとして提供中。
https://github.com/tetsurom/rxqt

ObservableとSignalの差の吸収
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Signalは0個以上のパラメーターを持てる一方、Observableのパラメーターは必ず1個。
 0個のときはon_nextされた回数をパラメーターにする
 1個のときはそのまま
 2個以上のときはtupleに入れる
Signal Observable
signal(void) observable<long>
signal(T) observable<T>
signal(Ts...) observable<tuple<Ts...>>
この分岐は部分的特殊化で行う。

型引数の省略
26
QtのConnectでは、Signalのパラメーターの型は書かなくてよい。
template <class P, class Q, class R, class ...Args>
auto from_signal(const P* qobject, R(Q::*signal)(Args...))
{ …… }
この関数テンプレートでシグナルの引数リストの型を得ることができる。
connect(editor, &QLineEdit::textChanged, label, &QLabel::setText);
Observableを構築するときも書かなくていいようにしたい。

Observable構築(汎用版)
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using value_type = tuple<remove_cv_t<remove_reference_t<Args>>...>;
template <class S>
static observable<value_type>
create(const Q* qobject, S signal) {
if(!qobject) return never<value_type>();
return observable<>::create<value_type>(
[qobject, signal](const subscriber<value_type>& s){
QObject::connect(qobject, signal, [s](const Args&... values){
s.on_next(make_tuple(values...));
});
QObject::connect(qobject, &QObject::destroyed, [s](){
s.on_completed();
});
}
);
}
QObjectは破棄するとdestroyedシグナルをemitするので、observableを完了できる。

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まとめ
 Rxを使うとイベントなどをコンポーサブルに取り扱うことができる
 Rx以外の既存イベントソースからObservableを構築できる
 QtのシグナルをObservableに変換するライブラリ RxQt 公開中

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