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Compiler Platform
コード解析とC#の未来
C# とともに祝15周年
岩永信之
今日話すこと
• 2015世代でC#チームが提供するもの
• C# 6.0
• .NET Compiler Platform
• それがもたらす影響
• 独自のアナイライザー作成
• Code-Aware Library
• 課題
• C# 7.0以降にどうつながるか
C# 6.0
.NET Compiler Platform
.NETチーム、C#チームが提供する“現状”
C# 6.0
• 自動プロパティの改善
• expression-bodied関数メンバー
• 文字列補間
• nameof演算子
• null条件演算子
• using static
• 例外フィルター
• catch/finally句内でのawait 等々
正直なところ華はない
• 機能追加よりも優先すべき
ことがあった
• 限られた時間の中で
“2015”に間に合うもの
C# 6.0
• 自動プロパティの改善
• expression-bodied関数メンバー
• 文字列補間
• nameof演算子
• null条件演算子
• using static
• 例外フィルター
• catch/finally句内でのawait 等々
正直なところ華はない
• 機能追加よりも優先すべき
ことがあった
• 限られた時間の中で
“2015”に間に合うもの
C# 6.0の話は今日はほぼしません
既存資料※をご覧ください
※ http://ufcpp.net/study/csharp/ap_ver6.html
http://www.slideshare.net/ufcpp/csharp6
IDE前提の機能 .NET Compiler Platform
IDE前提の機能
• nameof演算子
• 識別子名を文字列として取得できる機能
• 識別子でないものはnameofの中に書けない
• 修正漏れとかをコンパイル エラーにできる
• IDEの中で真価を発揮
• 修正漏れがあればリアルタイムに気付ける
• リファクタリングの対象になる
• 識別子のリネームに追従する
nameof(x) == "x" コンパイルするだけなら
ほぼただの文字列リテラル
Demo
https://github.com/ufcpp/UfcppSample/tree/master/Demo/2015/CompilerPlatform/NameofDemo
プログラミング言語のIDE連携
• C# = IDEの恩恵を強く受けれる言語
• (今までも)リアルタイム解析
常にバックグラウンドで解析走ってる
• 「ビルド」操作した時のコンパイル時間短い
• コンパイル時よりももっと早い段階で、常にどこに問題があるかわかる
• (今、さらに)nameof演算子でこの傾向が強まる
"x" : 文字列の中の意味をコンパイラーは知らない
実行してみて初めて問題がわかる
nameof(x) : ()の中の意味をコンパイラーが知ってる
リアルタイム解析の対象
.NET Compiler Platform
• C#コンパイラーを1から作り直した
• コードネーム“Roslyn”、製品名“.NET Compiler Platform”
• 単なるコンパイラーではなく、プラットフォーム化
旧
source executable
新
source executable
ブラックボックス
出力しか取れない
ホワイトボックス化
中間データを取れるように
• 抽象構文木の取得・書き換え
• 拡張性の提供誰でもIDEと連携できる
プラットフォーム化が最優先
• C# 6.0(機能追加) < 作り直し(プラットフォーム化)
• 作り直しで手いっぱいで大きいことまでできない
• (作り直して保守が楽になったからこそ細かいことができる)
• C# 6.0
• 悪く言えば、おまけ、華がない
• 良く言えば、そんな大変な中よく新機能を2015に間に合わせた
実はおまけ
Compiler Platform
誰でもコンパイラーの中身に触れられる
誰でもIDE連携できる
まず、「作る側」の話
コード解析(Visual Studio標準)
コンパイルはできるんだけど、
人的ミスっぽいものを警告
アイテム テンプレートには多めに
出しておいて、最後に整理して消す
人それぞれで流儀が違うけど、
プロジェクト内ではそろえたい
コード解析(Visual Studio標準)
緑の下線(警告):
可能な限り直すべきもの
半透明(情報):
問題はないけども、直しようがあるもの
using System
コード解析(Visual Studio標準)
• クイック アクション
直しようがあるものには
直し方も提示、自動修正
電球マークが目印)
一斉修正
ドキュメント内全部
プロジェクト内全部
ソリューション内全部
(
デモ
プラットフォーム化
• こういうコード解析を誰でも作れるように
• 作れるもの:
• アナライザー(analyzer)
• シンボル追加、メソッド追加、コンパイル時などのタイミングで
• コードを解析して、エラー/警告/情報 を出す
• コード修正(code fix)
• 特定の エラー/警告/情報 に反応して
• 修正方法を提示して
• その場限り、ファイル内全部、プロジェクト内全部、ソリューション内全部
などをまとめて修正
コード解析の自作に必要なもの(1)
• Visual Studio 2015 SDK
• 「Visual Studio SDK」とかで検索、ダウンロード
https://www.visualstudio.com/en-us/downloads/visual-studio-2015-downloads-vs.aspx
コード解析の自作に必要なもの(2)
• .NET Compiler Platform SDK Template
• 「拡張機能と更新プログラム」で「.NET Compiler」とかで検索
コード解析の自作
• テンプレート → Extensibility → Analyzer with Code Fix
デモ
コード解析本体
テスト
Visual Studio拡張
(NuGetパッケージが作られる)
(F5実行でVisual Studioをデバッグ起動)
テンプレ通りの状態で
アナライザーとコード修正が1つずつ
配布
• VSIX (Visual Studio Extension※)形式
• Visual Studioにインストール
• 全プロジェクトから使う
• Visual Studio Galleryで検索・ダウンロード可能†
• NuGet形式
• プロジェクト単位で参照
• 使う・使わないをプロジェクトごとに切り替え
• ライブラリと同梱で配布可能
• NuGet Galleryで検索・ダウンロード可能†
※ VSI (Visual Studio Installer)の流れを組んでるからVSIXと言うみたい
ファイル構造的には必要なファイルをZIPで固めただけ
† もちろん、VSIX/NuGetパッケージをファイル配布してもOK
配布: Visual Studio Gallery
Webサイト Visual Studio上から検索
配布: NuGet Gallery
Webサイト Visual Studio上から検索
拡張である意味
• Visual Studio/C#コンパイラー標準でない意味
• 特定分野の限定機能も提供できる ⇔ 汎用
• 実装方法をカスタマイズできる ⇔ 汎用性と利便性は両立しにくい
• 時代遅れになったら辞めればいい ⇔ 足すより減らす方が難しい
• 経験則的な機能※も提供できる ⇔ 確実な機能しか提供できない
• 嫌なら使わなければいい ⇔ 嫌でも使わされる
• ライブラリ固有事情を汲める ⇔ ライブラリのことは知らない
コンパイラーは…拡張なら…
※ 端的にいうと誤判定・判定漏れもあり得る
拡張である意味
• Visual Studio/C#コンパイラー標準でない意味
• 特定分野の限定機能も提供できる ⇔ 汎用
• 実装方法をカスタマイズできる ⇔ 汎用性と利便性は両立しにくい
• 時代遅れになったら辞めればいい ⇔ 足すより減らす方が難しい
• 経験則的な機能※も提供できる ⇔ 確実な機能しか提供できない
• 嫌なら使わなければいい ⇔ 嫌でも使わされる
• ライブラリ固有事情を汲める ⇔ ライブラリのことは知らない
コンパイラーは…拡張なら…
※ 端的にいうと誤判定・判定漏れもあり得る
Code-Awareライブラリ
Code-Aware:
(ライブラリ利用側の)「コードまで理解する」「コードを意識した」
• ライブラリ固有の事情にそったアナライザーを
• ライブラリ本体と同梱して配布
プラットフォーム化の可能性
「作る側」になる人は多くない
一般開発者への恩恵は何か
「使う側」の話
作る人 <<[壁]<< 使う人
• 「誰でも作れる」≠「誰もが作る」
• 実際とのところ、作る人は少数
• だいたい、作るの結構大変
• 一度作ったらしばらく手を入れずに使い続けれる
• 誰かが作って、みんなが使う
• プラットフォームには上モノが乗って初めて価値が出る
• 「PCはアプリがなければただの箱」と同じ理屈
作りやすくなる → 作られる → 使う人が便利に
ここまで揃って初めて
「目玉機能」になる
いくつか紹介
• 「ただの箱」でないところを紹介
• 現時点での話
• まだまだスタート地点に立ったばかり
• CTPまでは変更が多くて追いにくかったし、RCが出てまだ1・2ヶ月
• たまに、Galleryを検索してみるといいと思う
• おおまかに分類
• コード解析系
• Code-Awareライブラリ系
• メタプログラミング系
いくつか紹介
What 何をしてくれるものか
Why どうしてC#コンパイラー/VSの標準機能にならないのか
どうしてライブラリ+アナライザーなのか
Owner 拡張ツールの作者(中心人物、会社、チーム)
コード解析系
• 単純に静的コード解析+リファクタリング
C# Essentials
What C# 5.0を6.0化するのをガイドしてくれる
主に ?. と =>
Why C# 5.0→6.0の移行期にしか要らない
古い形式のままで使いたい人もいる
Owner Dustin Campbell
(C#/VBチームのプログラム マネジャー)
https://github.com/DustinCampbell/CSharpEssentials
C# Essentials
What C# 5.0を6.0化するのをガイドしてくれる
主に ?. と =>
Why C# 5.0→6.0の移行期にしか要らない
古い形式のままで使いたい人もいる
Owner Dustin Campbell
(C#/VBチームのプログラム マネジャー)
https://github.com/DustinCampbell/CSharpEssentials
StyleCop Analyzer
What StyleCopが提供していたコード解析機能をVS拡張に
Why 趣味を選ぶ(人によって流儀が違う)
指示が細かすぎる
Owner Sam Harwell
Coverity (静的解析ツール ベンダー)社員、MS MVP
https://github.com/DotNetAnalyzers/StyleCopAnalyzers
NRefactory 6
What NRefactory (SharpDevelopのコード解析)がRoslyn実装に
(MonoDevelopのコード解析もNRefactory)
Why SharpDevelopチームが主導
VS標準よりも細かい指示多め
Owner SharpDevelopチーム
https://visualstudiogallery.msdn.microsoft.com/68c1575b-e0bf-420d-a94b-1b0f4bcdcbcc
Code Cracker
What コミュニティ ベースでいくつかの便利機能を実装
var強制、Regexの静的解析など
Why コミュニティを中心に開発
趣味を選ぶ
Owner 数名のMS MVP
https://github.com/code-cracker/code-cracker
Code-Awareライブラリ系
• ライブラリ固有事情を汲み取り
• そのライブラリ以外にとっては役に立たないコード解析
• 現状、あんまりいいのが見つからなかったので自作のを紹介
(デモ用) FluentArithmetic
What デモ用に、最低限の機能に絞ったCode-Awareライブラリ
1.Add(2).Mul(3)みたいな書き方で整数四則演算
Why .Dive(0)を認めないとか1.Add(2)を3に修正したりとか
このライブラリ以外でまったく役に立たない
Owner 自作
https://github.com/ufcpp/UfcppSample/tree/master/Chapters/DevEnv/CodeAwareLibrarySample
(デモ用) FluentArithmetic
What デモ用に、最低限の機能に絞ったCode-Awareライブラリ
1.Add(2).Mul(3)みたいな書き方で整数四則演算
Why .Dive(0)を認めないとか1.Add(2)を3に修正したりとか
このライブラリ以外でまったく役に立たない
Owner 自作
https://github.com/ufcpp/UfcppSample/tree/master/Chapters/DevEnv/CodeAwareLibrarySample
0割りエラー
リテラル同士の演算を短縮
LazyMixin
What 構造体を他の型に埋め込んで使う
has-aな実装で、is-a的な体験を提供
Why ライブラリだけで縛れない規約が多すぎる
ダメな書き方をエラーに、推奨の書き方をコード生成
Owner 自作
https://github.com/ufcpp/LazyMixin
もっと汎用的な仕組みに書き換え中: https://github.com/ufcpp/MixinGenerator
LazyMixin
What 構造体を他の型に埋め込んで使う
has-aな実装で、is-a的な体験を提供
Why ライブラリだけで縛れない規約が多すぎる
ダメな書き方をエラーに、推奨の書き方をコード生成
Owner 自作
https://github.com/ufcpp/LazyMixin
もっと汎用的な仕組みに書き換え中: https://github.com/ufcpp/MixinGenerator
readonlyがついていると意図しない動作になるのでエラーにする
推奨の使い方をコード生成
他にこんな使い方できそう
• JSONライブラリで、文字列リテラル中のJSON解析を同梱
• LINQ Providerに「使える式は何」警告機能を付ける。
メタプログラミング系
• コード修正というより、コード生成
• アナライザー実装にすることで
• コード生成元もC# ⇔ T4テンプレート: 元がキモイ
• コード生成結果が見える ⇔ PostSharpなど: 生成結果が見えない
• 現状、あんまりいいのが見つからなかったので自作等を紹介
わかりやすさ大事。特に、継続的に保守する場合
見えないとデバッグが大変。何が原因か追えない
NotifyPropertyChangedGenerator
What INotifyPropertyChanged実装をコード生成
Why 特定用途すぎるし、実装方法にバリエーションがある
手書きがむちゃくちゃ大変
Owner neuecc (MS MVP)
https://github.com/neuecc/NotifyPropertyChangedGenerator
NotifyPropertyChangedGenerator
What INotifyPropertyChanged実装をコード生成
Why 特定用途すぎるし、実装方法にバリエーションがある
手書きがむちゃくちゃ大変
Owner neuecc (MS MVP)
https://github.com/neuecc/NotifyPropertyChangedGenerator
RecordConstructorGenerator
What immutableな型のコンストラクターを書くのだるいので
コード生成するようにした
Why C#ができた当初(15年前)には考慮に欠けてた
C# 7.0で状況改善しそうだけども、それまでのつなぎに
Owner 自作
https://github.com/ufcpp/RecordConstructorGenerator
RecordConstructorGenerator
What immutableな型のコンストラクターを書くのだるいので
コード生成するようにした
Why C#ができた当初(15年前)には考慮に欠けてた
C# 7.0で状況改善しそうだけども、それまでのつなぎに
Owner 自作
https://github.com/ufcpp/RecordConstructorGenerator
将来の話
まだまだ始まったばかりで課題だらけ
これから充実させていってほしいものもある
C# 7.0
IDE連携 ≠ Visual Studio連携
• Q. で、Visual Studio以外で使えるの?
• A. Roslynオープンソース化の意味がここで強く効いてくる
• 現状、Visual Studioのみだけど
• Xamarin Studio : 対応中みたい
• OmniSharp : Roslyn化フォークがある、作業中
• ATOM, Emacs, Sublime Text, Vim, ...
• Visual Studio Code : ATOM実装(コード解析はOmniSharp任せ)
難易度: 「可能にはなった」程度
• コンパイラーの中身に触れるようになっただけ
var props = propertyNames.Select(p => new Property(p)).ToArray();
var docComment = GenerateDocComment(props.Select(p => p.Name));
var parameterList = ParameterList().AddParameters(props.Select(p => p.ToParameter()).ToArr
var body = Block().AddStatements(props.Select(p => p.ToAssignment()).ToArray());
return ConstructorDeclaration(typeName)
.WithModifiers(SyntaxTokenList.Create(PublicToken))
.WithParameterList(parameterList)
.WithLeadingTrivia(docComment)
.WithBody(body)
.WithAdditionalAnnotations(Formatter.Annotation);
• 読めた代物じゃない
• 書くのも大変
/// <summary>Record Constructor</summary>
/// <param name="name"><see cref="Name"/></param>
/// <param name="x"><see cref="X"/></param>
/// <param name="y"><see cref="Y"/></param>
public Point(string name = default(string), int x = default(int), int y = default(int))
{
Name = name;
X = x;
Y = y;
}
解析用の新構文が欲しい
• 型のパターン マッチング構文が欲しい
• C# 7.0で入りそう(確度高め)
• ぶっちゃけ、“内需”だと思う
var id = statement.Left as IdentifierNameSyntax;
if (id == null) continue;
if (id.Identifier.Text == p.Name)
return;
特定の型の場合だけ処理アナライザーを書いているとこういうコードだらけに
if (statement.Left is IdentifierNameSyntax id
&& id.Identifier.Text == p.Name)
return;
C# 7.0 提案
パターン マッチ
is演算子の拡張
構文欲しい 修正用 式ツリー
• 組み換え可能な、Roslyn版式ツリーが求められる
• 要望としては出ているものの、構文の具体案なし
AssignmentExpression(SyntaxKind.SimpleAssignmentExpression,
IdentifierName(Name.Upper),
IdentifierName(Name.Lower))); 「X = x」みたいなものを
作るだけでこの大変さ
`${Name.Upper} = ${Name.Lower};`
こういう類のメタプログラミング構文が欲しい(この構文は適当)
参照がめんどくさい
• 普通のライブラリの参照方法
• アナライザーの参照
ファイル
を参照
プロジェクト
を参照
NuGetパッケージ
を参照
※
※ NuGet参照するには、NuGetのstartupスクリプトに参照設定を書かなきゃ行けない
(アナライザー作成テンプレートには最初からそういう設定スクリプトが書かれてる)
ファイル
を参照
プロジェクト
を参照
NuGetパッケージ
を参照
メタプログラミングはまだ妥協的
• メタプログラミングでは
• 生成元・生成結果両方見えてほしい
• ただ、元と結果は明確に分離したい
public class Sample1
{
public string Name { get; set; }
public int X { get; set; }
public int Y { get; set; }
}
public class Sample1 : INotifyPropertyChanged
{
public int X { get { return x; } set { SetProperty(ref x, value, xPropertyChangedEventA
public int Y { get { return y; } set { SetProperty(ref y, value, yPropertyChangedEventA
#region NotifyPropertyChangedGenerator
public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;
private int x;
private static readonly PropertyChangedEventArgs xPropertyChangedEventArgs = new Proper
private int y;
private static readonly PropertyChangedEventArgs yPropertyChangedEventArgs = new Proper
元情報
生成結果
• デバッグのためだけに見たい
• コードを書く上ではノイズ
コンパイラーの負の遺産
• Visual Studio/C#コンパイラー標準でない意味(再掲、抜粋)
• 時代遅れになったら辞めればいい ⇔ 足すより減らす方が難しい
• 経験則的な機能※も提供できる ⇔ 確実な機能しか提供できない
• C# 7.0 提案
• null非許容参照型
• メソッド コントラクト
コンパイラーは…拡張なら…
この辺りの制限がきつくて足せない機能がある
• 互換性を崩さないのが無理
• 100%確実な判定が無理
null非許容参照型
• 今のC#に欠けているもの
値型 参照型
許容 T? T
非許容 T これがない
static void F(string s)
{
if (s == null)
throw new ArgumentNullException(nameof(s));
}
現状の書き方
メソッドのシグネチャだけ見て
null許容かどうか判定できない
煩雑
null非許容参照型
• 今のC#に欠けているもの
値型 参照型
許容 T? T?
非許容 T T! null非許容参照型
static void F(string! s)
{
}
C# 7.0 提案の書き方
• 誰が見てもnull非許容
• nullチェックはコンパイラー生成
null非許容参照型と互換性問題
• F(string s) を F(string! s) に変えると、利用側を壊す
• 今までnullチェックをサボっていた人がいたら
• 例外catchで済ませている人がいたら
• 標準ライブラリにちゃんと ! が付いてないと利便性半減
互換性と利便性にトレードオフ
null非許容参照型と確実性
• 一時的にnullになっていないといけない場面がある
• 配列とか
• 特に、コレクションの実装とかで
• List<T>
• HashSet<T>
• この性質と、マルチスレッド動作が合わさると判定不能
var array = new string[N];
for (var i = 0; i < N; i++)
{
array[i] = "";
}
この間は絶対にnull
最初に大きめの配列をとっておいて、そのうちNマスだけ使う
null非許容参照型のアナライザー実装
• アナライザーでなら実装簡単
• 互換性が必要な場面では使わなければいい
• 誤判定のリスク<ないことによる不便
• 事実、実装がある
• 今でも、ReSharperとかの静的解析ツールはやってる
• C#チームも、一度アナライザーで実装してみてる
• 実装: https://github.com/mattwar/nullaby
• その報告: https://github.com/dotnet/roslyn/issues/2119
• もしかしたら、C# 7.0はこのまま、一部アナライザー実装にな
るかも
言語機能のアナライザー実装の課題
• 一部分だけアナライザー?
• string! ←こういう書き方を解釈するのはコンパイラー機能
• string! の非nullを解析するのはアナライザー
• 機能がon/offできるコンパイラー機能?
• 同じバージョンのC#を使っているはずでも、コンパイルできる環境と
できない環境ができる
挙動的にはかなりキモい
まとめ
まとめ
• C# 6.0、Compiler Platform
• IDEとの連携性が実は主役、C# 6.0はちょい役
• Platform化の恩恵
• 皆が作れる
• Code-Awareである
• ライブラリ固有の事情をくめる
• 経験則
• 特定文脈によった解析とか、誤判定(判定漏れ)が許容されうる
• C#公式機能ですらアナライザーベースになるかも
• null非許容参照型 (あとたぶん、メソッド コントラクトも)

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Editor's Notes

  1. https://github.com/ufcpp/UfcppSample/
  2. こういう機能が今までなかったのも、コンパイラー単品で見たらそんなに意味のある機能じゃないから。 一方で、ないことに不満を感じられるのはIDEの恩恵を受けてコード書いてきてるから。 IDE使わない文化の人だと、grep置換が割りかし当たり前に行われてる = リテラル中かどうかはあんまり関係ない
  3. 今まで実行時だったエラーがコンパイル時にわかるって意味では、$"" (string interpolation)も同様。 C# 6.0はIDE連携度が上がってる。
  4. まあ、「プラットフォーム化」の着手は実は2008(C# 4.0)とかの世代にはもう始まっていたので、 悪く言えば、「2015年まで待たされた」「やっと来た」だったりはする。
  5. プラットフォーム化(誰でも触れるようにする化)以前の問題として、 こういう処理のためにコンパイラー(とVisual Studioが使うコード解析)で二重開発してたという問題(負担)もあった。 二重開発は、保守コストが上がるという問題もあるし、「コンパイラー的には動くはずなのに、IDE上ではエラーに見える」みたいなことも起こりえる (C#/Visual Studioではユーザーに見えたことないけど、Java/Eclipseとかでは普通にあった話)。
  6. 未使用変数警告は昔からある (全体的に、警告出るまでのリアルタイム度合いは上がった気がする。昔は結構コンパイルするまで出なかった) using整理は2013にもあるんだけど、未使用なものが半透明になるのは2015で初。 Resharperとか入れてるとResharperが色変えてた気もする。一斉修正も初。 this整理は完全に初。
  7. Ctrl+. とりあえずドット打っとけ
  8. 2015で初めてのもの: 「情報」で半透明表示 this. の簡略化 警告出るまでのラグが減ってる気はする。前はビルドするまで出なかったり。
  9. 正直、VSのデバッグ起動(もう1インスタンス立ち上がって、元のVSからアタッチ)、ものすごい遅いんでストレスフル。 可能な限り「テスト」でなんとかして、DLLとかNuGetパッケージを作ったのを参照するほうが楽かも。 ついでだから、NuGetパッケージをローカルのフォルダーに置いて、それを参照する方法もデモしとこう。
  10. まあ、問題もあって。 アナライザーに絞って検索するすべがないんで、増えてるんだか増えてないんだかわかんない。
  11. クライアントUIエンジニアはほんとに困ってるんだけど、逆に、サーバー側エンジニアにとっては無用。この温度感の差も結構問題になる。 バリエーションは、「値が変化」の判定をどうするかで、EqulityComparer使う、ReferenceEquals使う、そもそも比較とかせず常にイベント飛ばすとかある。 ちゃんと、NotifyPropertyChangedGeneratorではオプション指定できる作りにした(ノイエさんとこはEqualityComparerだったらしく、元はそれ固定だった。うちはReferenceEqualsか、比較なしか。なので、直してpull-req送るなど)。
  12. クライアントUIエンジニアはほんとに困ってるんだけど、逆に、サーバー側エンジニアにとっては無用。この温度感の差も結構問題になる。 バリエーションは、「値が変化」の判定をどうするかで、EqulityComparer使う、ReferenceEquals使う、そもそも比較とかせず常にイベント飛ばすとかある。 ちゃんと、NotifyPropertyChangedGeneratorではオプション指定できる作りにした(ノイエさんとこはEqualityComparerだったらしく、元はそれ固定だった。うちはReferenceEqualsか、比較なしか。なので、直してpull-req送るなど)。