1. Macros in Clojure
@athos0220

2. Agenda
• Lispマクロ入門
• Clojureのマクロとその周辺
• Clojureマクロの応用例

3. Lispマクロ入門

4. マクロとは
when if
= print print = do nil
mod 0 "Fizz" "Buzz" mod 0 print print
x 15 x 15 "Fizz" "Buzz"
(if (= (mod x 15) 0)
(when (= (mod x 15) 0) (do
(print “Fizz”) (print “Fizz”)
(print “Buzz”)) (print “Buzz”))
nil)
構文木を組み替えるための仕組み
→自由に構文を作ることができる仕組み

5. マクロの定義
• シンボルやリストで展開形のコードを
作ってやる
(when ⃝⃝ (if ⃝⃝
△△ (do △△
✕✕) ✕✕)
nil)

6. マクロの定義
• シンボルやリストで展開形のコードを
作ってやる
(when ⃝⃝ (if ⃝⃝
△△ (do △△
✕✕) ✕✕)
nil)
(defmacro when [test & body]
(list ’if
test
(cons ’do body)
nil))

7. マクロの定義
• シンボルやリストで展開形のコードを
作ってやる
(when ⃝⃝ (if ⃝⃝
△△ (do △△
✕✕) ✕✕)
nil)
(defmacro when [test & body] (defmacro when [test & body]
(list ’if `(if ~test
test (do ~@body)
(cons ’do body) nil)
nil))

8. 名前衝突の問題

9. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突

10. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))

11. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true]
(or false val))

12. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true]
(or false val))
(let [val true]
(let [val false]
(if val
val
val))

13. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true]
(or false val))
(let [val true]
(let [val false]
(if val
val
val))

14. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true]
(or false val))
(let [val true]
(let [val false]
(if val
val
val))

15. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true] (let [let nil]
(or false val)) (or false true))
(let [val true]
(let [val false]
(if val
val
val))

16. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true] (let [let nil]
(or false val)) (or false true))
(let [val true] (let [let nil]
(let [val false] (let [val false]
(if val (if val
val val
val)) true))

17. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true] (let [let nil]
(or false val)) (or false true))
(let [val true] (let [let nil]
(let [val false] (let [val false]
(if val (if val
val val
val)) true))

18. 名前衝突の問題
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val ~expr1]
(if val
val
~expr2)))
(let [val true] (let [let nil]
(or false val)) (or false true))
(let [val true] (let [let nil]
(let [val false] (let [val false]
(if val (if val
val val
val)) true))

19. 健全なマクロ (Hygienic macros)
• 名前の衝突を自動的に回避してくれる
ハイパーなマクロ

20. 健全なマクロ (Hygienic macros)
• 名前の衝突を自動的に回避してくれる
ハイパーなマクロ
(define-syntax or
(syntax-rules ()
((or expr1 expr2)
(let ([val expr1])
(if val
val
expr2)))))

21. 健全なマクロ (Hygienic macros)
• 名前の衝突を自動的に回避してくれる
ハイパーなマクロ
(define-syntax or (let ([val true])
(syntax-rules () (or false val))
((or expr1 expr2)
(let ([val expr1])
(if val
val
expr2)))))

22. 健全なマクロ (Hygienic macros)
• 名前の衝突を自動的に回避してくれる
ハイパーなマクロ
(define-syntax or (let ([val true])
(syntax-rules () (or false val))
((or expr1 expr2)
(let ([val expr1])
(if val (let ([val true])
val (let ([val_0 false])
expr2))))) (if val_0
val_0
val)))

23. マクロの分類
• 高レベル：専用のパターン言語をもつ
• 低レベル：Lispの関数でコードを操作する
低レベル 高レベル
不
健 • 伝統的なマクロ
全
健 • syntactic closures
• explicit renaming • syntax-rules
全 • syntax-case

24. マクロの分類
• 高レベル：専用のパターン言語をもつ
• 低レベル：Lispの関数でコードを操作する
低レベル 高レベル
不
健 • 伝統的なマクロ
全
＞
健 • syntactic closures
• explicit renaming • syntax-rules
全 • syntax-case

25. マクロの分類
• 高レベル：専用のパターン言語をもつ
• 低レベル：Lispの関数でコードを操作する
低レベル 高レベル
不
健 • 伝統的なマクロ
全
＞
＞
健 • syntactic closures
• explicit renaming • syntax-rules
全 • syntax-case

26. Clojureの
マクロシステムとその周辺

27. Clojureのマクロシステム
• 伝統的なマクロがベース
低レベル 高レベル
不
健 • 伝統的なマクロ
全
＞
• syntax-quote が特徴
＞
健 • syntactic closures
• explicit renaming • syntax-rules
全 • syntax-case

28. syntax-quote

29. syntax-quote
束縛変数の衝突 自由変数の衝突

30. syntax-quote
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val# ~expr1]
(if val#
val#
~expr2)))

31. syntax-quote
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val# ~expr1]
(if val#
syntax-quote val#
~expr2)))

32. syntax-quote
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val# ~expr1]
(if val#
syntax-quote val#
~expr2)))
(let [val true]
(or false val))

33. syntax-quote
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val# ~expr1]
(if val#
syntax-quote val#
~expr2)))
(let [val true]
(or false val))
(let [val true]
(clojure.core/let [val__419__auto__ false]
(if val__419__auto__
val__419__auto__
val))
#をつけた名前を自動でリネーム (auto-gensym)

34. syntax-quote
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val# ~expr1]
(if val#
syntax-quote val#
~expr2)))
(let [val true] (let [let nil]
(or false val)) (or false true))
(let [val true]
(clojure.core/let [val__419__auto__ false]
(if val__419__auto__
val__419__auto__
val))
#をつけた名前を自動でリネーム (auto-gensym)

35. syntax-quote
束縛変数の衝突 自由変数の衝突
(defmacro or [expr1 expr2]
`(let [val# ~expr1]
(if val#
syntax-quote val#
~expr2)))
(let [val true] (let [let nil]
(or false val)) (or false true))
(let [val true] (let [let nil]
(clojure.core/let [val__419__auto__ false] (clojure.core/let [val__419__auto__ false]
(if val__419__auto__ (if val__419__auto__
val__419__auto__ val__419__auto__
val)) true))
#をつけた名前を自動でリネーム (auto-gensym) その他の名前にはnamespace名をqualifyする

36. メタデータ
• ほとんどすべてのオブジェクトにメタデータを付加できる
• Clojureではコードもデータ
→コードのほとんどあらゆる部分にメタデータをアノテー
ションとして付加できる
名前をnamespaceにプライベートにする
(defn ^:private f [x] x)
(def ^:dynamic x nil)
動的スコープの変数にする 戻り値と引数の型ヒント
(defn fact ^long [^long x]
(if (= x 0)
1
(* x (fact (- x 1)))))

37. Java Interop
• ClojureからJavaのクラスにアクセスできる
• Clojureは大部分がJavaで書かれている
• Javaで書かれているClojureのコンパイラ自
体や内部で使われる構文木にも触れる

38. 暗黙の引数 &formと&env
• マクロ呼出しのフォームを囲むコンテ
キストに関する情報が渡ってくる
- &form：マクロ呼出しのフォーム全体
- &env：マクロ呼出しの時点で見えて
いるローカル環境

39. Clojure
マクロの応用例

40. the オペレータ http://d.hatena.ne.jp/athos/20120129/THE_operator_in_clojure
• 「型を1つ引数にとり現在のスコープに唯一存
在するその型のオブジェクトを返す演算子」
by @kinaba
• &envを使って、そのスコープで見えている変
数のうち、指定した型がメタデータに付いて
いるものを拾ってくる
(let [^File _ (File. "foo.txt")
^FileReader __ (FileReader. (the File))
^BufferedReader ___ (BufferedReader (the FileReader))]
(.readLine (the BufferedReader)))

41. inline assembler マクロ http://www.slideshare.net/sohta/shibuyalisp-tt7
• Clojureコンパイラが使うバイトコード
生成ライブラリをマクロ展開時に使う
(def fact public final java.lang.Object invoke(java.lang.
(fn-iasm [n] Code:
(aload_1) Stack=2, Locals=6, Args_size=2
(checkcast Integer) 0: aload_1
(invokevirtual ^int Integer/intValue []) 1: checkcast #25; //class java/lang/I
(istore_2) 4: invokevirtual #29; //Method java/lang/
(iconst_1) 7: istore_2
(istore_3) 8: iconst_1
:loop 9: istore_3
(iload_2) 10: iload_2
(ifeq :end) 11: ifeq 24
(ilaod_2) 14: iload_2
(iload_3) 15: iload_3
(imul) 16: imul
(istore_3) 17: istore_3
(iinc 2 -1) 18: iinc 2, -1
(goto :loop) 21: goto 10
:end 24: iload_3
(iload_3) 25: invokestatic #33; //Method java/lang/
(invokestatic ^Integer Integer/valueOf [int]) 28: areturn
(areturn)))

42. syntactic-closure
http://d.hatena.ne.jp/athos/20120506/syntactic_closure_in_clojure
• syntactic closuresによる健全なマクロを定義で
きるようにするライブラリ
低レベル 高レベル
• syntax-quoteで定義できない 不
健
全
• 伝統的なマクロ
ある種のマクロが定義可能に
• syntactic closures
(define-syntax or [expr1 expr2] 健
• explicit renaming • syntax-rules
全 • syntax-case
(sc-macro-transformer
(fn [env]
(quasiquote
(let [val ~(make-syntactic-closure env nil expr1)]
(if val
val
~(make-syntactic-closure env nil expr2)))))))
(let [val true] (let [val true]
(or false val)) (let [val396 false]
(if val396 val396 val))

43. まとめ
• Clojureのマクロ周りには遊べるおも
ちゃがたくさん
• アイデア次第で貢献できる可能性？
• nagoya-lispに参加しましょう

44. おわり