歌舞伎座.tech #9 で使用したスライドです。JVM 版 Haskell であるプログラミング言語 Frege について、モナドを利用した Java ライブラリの呼び出し方に焦点を当てて紹介しています。なお、このプレゼンで触れ「なかった」話題についてはブログ記事 http://ccvanishing.hateblo.jp/entry/2016/03/22/020302 を参照のこと。

1. すごい Frege たのしく学ぼう！
Learn You a Frege for Great Good!
チェシャ猫 (@y_taka_23)
歌舞伎座.tech #9 (2016/03/20)

2. 自己紹介
● 名前 : チェシャ猫
○ Twitter: @y_taka_23
○ GitHub: y-taka-23
● 好きなもの
○ Haskell
○ 形式手法 (Coq, Alloy, SPIN etc...)
● 自称 Frege エバンジェリスト

3. “Frege is a Haskell for JVM”

4. 本日の内容
● Frege とはどんな言語なのか？
○ 基本的な特徴
○ Haskell との比較
● JVM 言語としての Frege
○ 非純粋性の取り扱い
○ Java ライブラリの呼び出し

5. 1. Frege とはどんな言語なのか？

6. Frege のエッセンス
● 純粋・非正格評価な関数型言語
● 強い静的型付けと Hindley-Milner 型推論
● エレガントな Java の呼び出しが可能

7. Haskell による Hello, World
module Hello where
greeting :: String -> String
greeting name = “Hello, ” ++ name
main :: IO ()
main = do
putStrLn $ greeting “World”

8. Frege による Hello, World
module Hello where
greeting :: String -> String
greeting name = “Hello, ” ++ name
main :: [String] -> IO ()
main args = do
putStrLn $ greeting “World”

9. ほとんど一緒！

10. 『すごい Haskell』翻訳実験
● 全サンプルコードを Frege に
○ https://github.com/y-taka-23/learn-you-a-frege
● だいたい丸写しでコンパイルが通る

11. Haskell との互換性
● 文法、標準ライブラリはほぼ完全に互換
● ただし実用上の機能が使えない
○ 外部ライブラリ
○ 大部分の GHC 拡張
○ Template Haskell
● Java ライブラリの呼び出しが鍵

12. 2. JVM 言語としての Frege

13. JVM 言語としてのアドバンテージ
● プラットフォーム非依存
○ コンパイルすると Java ソースコードに
● 既存の Java ライブラリが呼び放題
○ しかし副作用に関するスタンスが異なる
■ Frege : 純粋
■ Java : 非純粋、オブジェクトが状態を持つ

14. Frege の純粋性を保ちつつ
うまいこと Java を呼びたい

15. Java の非純粋性の 3 つのレベル
● イミュータブル
○ ？？？
● ミュータブルだが入出力なし
○ ？？？
● 入出力あり
○ ？？？

16. Java の非純粋性の 3 つのレベル
● イミュータブル
○ そのまま Frege のデータ型になる
● ミュータブルだが入出力なし
○ ？？？
● 入出力あり
○ ？？？

17. イミュータブルなクラス
data JBigInt =
pure native java.math.BigInteger where
pure native new :: String -> JBigInt
pure native add :: JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 :: JBigInt -> JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 n1 n2 n3 = (n1.add n2).add n3

18. イミュータブルなクラス
data JBigInt =
pure native java.math.BigInteger where
pure native new :: String -> JBigInt
pure native add :: JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 :: JBigInt -> JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 n1 n2 n3 = (n1.add n2).add n3
Frege で使う際の型名

19. イミュータブルなクラス
data JBigInt =
pure native java.math.BigInteger where
pure native new :: String -> JBigInt
pure native add :: JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 :: JBigInt -> JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 n1 n2 n3 = (n1.add n2).add n3
イミュータブルなら pure native

20. イミュータブルなクラス
data JBigInt =
pure native java.math.BigInteger where
pure native new :: String -> JBigInt
pure native add :: JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 :: JBigInt -> JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 n1 n2 n3 = (n1.add n2).add n3
Java での完全修飾クラス名

21. イミュータブルなクラス
data JBigInt =
pure native java.math.BigInteger where
pure native new :: String -> JBigInt
pure native add :: JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 :: JBigInt -> JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 n1 n2 n3 = (n1.add n2).add n3
コンストラクタは new

22. イミュータブルなクラス
data JBigInt =
pure native java.math.BigInteger where
pure native new :: String -> JBigInt
pure native add :: JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 :: JBigInt -> JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 n1 n2 n3 = (n1.add n2).add n3
Java の BigInteger#add

23. イミュータブルなクラス
data JBigInt =
pure native java.math.BigInteger where
pure native new :: String -> JBigInt
pure native add :: JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 :: JBigInt -> JBigInt -> JBigInt
-> JBigInt
add3 n1 n2 n3 = (n1.add n2).add n3
ドットでメソッド呼び出し

24. Java の非純粋性の 3 つのレベル
● イミュータブル
○ そのまま Frege のデータ型になる
● ミュータブルだが入出力なし
○ ？？？
● 入出力あり
○ IO モナドになる

25. 入出力を伴うクラス
data JFReader =
mutable native java.io.FileReader where
native new :: String -> IO JFReader
native read :: JFReader -> IO Int
readOneFrom :: String -> IO Int
readOneFrom filename = do
fr <- JFReader.new filename
fr.read

26. 入出力を伴うクラス
data JFReader =
mutable native java.io.FileReader where
native new :: String -> IO JFReader
native read :: JFReader -> IO Int
readOneFrom :: String -> IO Int
readOneFrom filename = do
fr <- JFReader.new filename
fr.read
入出力用なら mutable native

27. 入出力を伴うクラス
data JFReader =
mutable native java.io.FileReader where
native new :: String -> IO JFReader
native read :: JFReader -> IO Int
readOneFrom :: String -> IO Int
readOneFrom filename = do
fr <- JFReader.new filename
fr.read
戻り値は IO モナド

28. 入出力を伴うクラス
data JFReader =
mutable native java.io.FileReader where
native new :: String -> IO JFReader
native read :: JFReader -> IO Int
readOneFrom :: String -> IO Int
readOneFrom filename = do
fr <- JFReader.new filename
fr.read
IO モナドとして使用

29. Java の非純粋性の 3 つのレベル
● イミュータブル
○ そのまま Frege のデータ型になる
● ミュータブルだが入出力なし
○ ？？？
● 入出力あり
○ IO モナドになる

30. 「表向き純粋」なメソッド
public String greeting(String name) {
StringBuilder sb =
new StringBuilder(“Hello, ”);
sb.append(name);
return sb.toString();
}

31. 「表向き純粋」なメソッド
public String greeting(String name) {
StringBuilder sb =
new StringBuilder(“Hello, ”);
sb.append(name);
return sb.toString();
}
インスタンスの破壊的更新

32. 「表向き純粋」なメソッド
public String greeting(String name) {
StringBuilder sb =
new StringBuilder(“Hello, ”);
sb.append(name);
return sb.toString();
}
ただし引数と戻り値の関係は一定

33. ST モナドを使おう！

34. Java の非純粋性の 3 つのレベル
● イミュータブル
○ そのまま Frege のデータ型になる
● ミュータブルだが入出力なし
○ ST モナドになる
● 入出力あり
○ IO モナドになる

35. ST (State Transformer) モナド
● 破壊的更新を局所化できる
● ST s TypeName
○ s は「観測不可能」な内部状態
○ s は常に型変数で、アクセスできない
● 純粋な値を取り出せる
○ IO モナドでは取り出せない

36. ミュータブルなクラス
data JBuilder =
native java.lang.StringBuilder where
native new :: String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
native append :: Mutable s JBuilder
-> String
-> ST s (Mutable s JBuilder)

37. ミュータブルなクラス
data JBuilder =
native java.lang.StringBuilder where
native new :: String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
native append :: Mutable s JBuilder
-> String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
入出力なしなら native のみ

38. ミュータブルなクラス
data JBuilder =
native java.lang.StringBuilder where
native new :: String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
native append :: Mutable s JBuilder
-> String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
直接アクセス不可能な「状態」

39. ミュータブルなクラス
data JBuilder =
native java.lang.StringBuilder where
native new :: String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
native append :: Mutable s JBuilder
-> String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
Mutable s でラップ

40. ミュータブルなクラス
data JBuilder =
native java.lang.StringBuilder where
native new :: String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
native append :: Mutable s JBuilder
-> String
-> ST s (Mutable s JBuilder)
戻り値は ST モナド

41. ミュータブルなクラス
greeting :: String -> ST s String
greeting name = do
sb <- JBuilder.new “Hello, ”
sb.append name
sb.toString
pureFunc :: String -> String
pureFunc name = (greeting name).run

42. ミュータブルなクラス
greeting :: String -> ST s String
greeting name = do
sb <- JBuilder.new “Hello, ”
sb.append name
sb.toString
pureFunc :: String -> String
pureFunc name = (greeting name).run
ST モナドとして使用

43. ミュータブルなクラス
greeting :: String -> ST s String
greeting name = do
sb <- JBuilder.new “Hello, ”
sb.append name
sb.toString
pureFunc :: String -> String
pureFunc name = (greeting name).run
run で純粋な値を取り出す

44. ミュータブルなクラス
greeting :: String -> ST s String
greeting name = do
sb <- JBuilder.new “Hello, ”
sb.append name
sb.toString
pureFunc :: String -> String
pureFunc name = (greeting name).run
純粋関数の中で使用可能

45. まとめ
● Frege はまさに JVM のための Haskell
○ 文法は Haskell そのまま
○ 学習コストはほぼゼロ
● エレガントな Java 呼び出し
○ Haskell 的な型システムと両立
○ pure, ST, IO の 3 段階で副作用の強さを表現

46. Have a Nice Frege Coding!
Presented by
チェシャ猫 (@y_taka_23)