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![例外による実装
.
使用例
..
.
seq2 { yield 1; yield 2 };;
val it : seqint = seq [1; 2]
seq2 { return 1; return 2 };;
val it : seqint = seq [1]
おぉ！](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-32-320.jpg)
![例外による実装の問題点
.
ダメな例
..
.
seq2 { yield 1; return 2; return 3 };;
val it : seqint = seq [2]
yield が C#の yield return、return が C#の yield break
だとすると
.
C#でやる
..
.
IEnumerableint F() {
yield return 1;
yield break 2;
yield break 3; }
これは、1 と 2 を含むシーケンスを返す](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-34-320.jpg)
![状態変数による実装
.
使用例
..
.
seq2 { yield 1; yield 2 };;
val it : seqint = seq [1; 2]
seq2 { return 1; return 2 };;
val it : seqint = seq [1]
seq2 { yield 1; return 2; return 3 };;
val it : seqint = seq [1; 2]
おぉ！](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-39-320.jpg)
![状態変数による実装の問題点
ビルダーが状態を持っている
マルチスレッド等で同時に同じビルダーのイ
ンスタンス（seq2）を使うと・・・
.
.
Thread A
seq2 {
yield 1
; // Combine
yield 2 // oops!
} // Run
val it : seqint = seq [1]
seq2.isExit
false
true
false
Thread B
seq2 {
return 10
} // Run](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-41-320.jpg)
![改良版
.
ビルダー
..
.
type SeqBuilder() =
(* 省略 *)
let seq2 () = SeqBuilder()
.
使用例
..
.
seq2 () { yield 1; yield 2 };;
val it : seqint = seq [1; 2]
seq2 () { return 1; return 2 };;
val it : seqint = seq [1]
seq2 () { yield 1; return 2; return 3 };;
val it : seqint = seq [1; 2]](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-42-320.jpg)
![状態引数による実装
.
使用例
..
.
seq2 { yield 1; yield 2 };;
val it : seqint = seq [1; 2]
seq2 { return 1; return 2 };;
val it : seqint = seq [1]
seq2 { yield 1; return 2; return 3 };;
val it : seqint = seq [1; 2]
おぉ！](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-46-320.jpg)
![継続渡しによる実装
.
ビルダー
..
.
type SeqBuilder() =
member this.Yield(x) = fun k - k (Seq.singleton x)
member this.Return(x) = fun _ - Seq.singleton x
member this.Combine(f, cont) =
fun k - f (fun xs - cont () k | Seq.append xs)
member this.Delay(f) = f
member this.Run(f) = f () id
let seq2 = SeqBuilder()
.
使用例
..
.
seq2 { yield 1; yield 2 };;
val it : seqint = seq [1; 2]
seq2 { return 1; return 2 };;
val it : seqint = seq [1]
seq2 { yield 1; return 2; return 3 };;
val it : seqint = seq [1; 2]](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-50-320.jpg)
![各ライブラリでの実装状況
.
検証用コード例
..
.
let xs = [30; 10; 15; 21; -1; 50]
builder {
let i = ref 0
while !i xs.Length do
if xs.[!i] = -1 then
return false
incr i
return true
}
コンパイルできるか
false 的なものが返るか](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-56-320.jpg)
![各ライブラリでの実装状況
.
検証用コード例展開
..
.
let b = builder
b.Run(
b.Delay(fun () -
let i = ref 0
b.Combine(
b.While(
(fun () - !i xs.Length),
b.Delay(fun () -
b.Combine(
(if xs.[!i] = -1 then b.Return(false)
else b.Zero()),
b.Delay(fun () - incr i; b.Zero())))),
b.Delay(fun () - b.Return(true)))))](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-57-320.jpg)
![FSharpx
Combine の型が駄目
.
FSharpx の Combine のシグネチャ
..
.'a option * ('a - 'b option) - 'b option
.
エラー箇所の展開
..
.
// 'a option * ('a - 'b option) - 'b option
b.Combine(
// bool option
(if xs.[!i] = -1 then b.Return(false) else b.Zero()),
// unit - 'a option
b.Delay(fun () - incr i; b.Zero()))
.
正しいシグネチャ
..
.'a option * (unit - 'a option) - 'a option](https://image.slidesharecdn.com/yieldandreturn-140725080631-phpapp01/85/yield-return-59-320.jpg)
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yieldとreturnの話
クラウド温泉4.0＠小樽 - The Return of F#の発表資料です。 F#のコンピュテーション式のyieldとreturnがどうあるべきかを説明しています。
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yieldとreturnの話
- 1. yield とreturn の話 bleis-tift July27, 2014
- 2. 自己紹介 id:bleis-tift / @bleis なごやではたらくゆるふわF#er 静的型付きの関数型言語が好き
- 3. 話すこと 第一部：コンピュテーション式 第二部：yield と returnの違い ∼考察編∼ 第三部：yield と return の違い ∼実装編∼ 第四部：あるべき論とまとめ コンピュテーション式を使う側の話ではなく、 作る側の話をします。
- 4.
- 5. コンピュテーション式とは 通常の F#の文法を拡張し、カスタマイズポイ ントを提供した式 F#の文法に似た文法に、独自の処理を差し込 める . F#の文法 .. . let someFunca b = let x = f a let y = g b x + y . コンピュテーション式 .. . let someFunc a b = builder { let! x = f a let! y = g b return x + y }
- 6. コンピュテーション式でできることの例 option に対する matchのネストを取り除く 状態変数の受け渡しを隠す 非同期処理における関数のネストを取り除く などなど ただし今回はここら辺はすっ飛ばすので注意
- 7.
- 8. 表記 ゴシック体 F#コード。例えば、fun x-> x 明朝体 F#コードの中で別の何かに置き換わ る部分。例えば、cexpr イタリック F#コードに関わらない部分（変換に 関わる部分）。例えば、T(e, C)
- 9. 変換規則（最外部） 最初はコンピュテーション式の一番外側の部分 です。 . . builder-expr {cexpr } これは、次のように変換されます。 . . let b = builder-expr in {| cexpr |} b はフレッシュな変数です。
- 10. builder-expr 単なる式（別名「ビルダー」） ビルダー自体は 1 つのコンピュテーション式 につき1 回しか評価されない ビルダーの型に変換で呼び出されるメソッド を定義する メソッドはすべてインスタンスメソッド
- 11. {| ... |} 括弧の中に含まれる式をコア言語に変換する {|cexpr |} であれば、cexpr を変換する どう変換するかは、以降の変換規則参照
- 12. cexpr 変換対象となる一番外側のコンピュテーショ ン式 これ以外のコンピュテーション式は、ce と 表現 cexpr は必要があればDelay 変換、Quote 変 換、Run 変換が行われる
- 13. 変換規則の表現 変換規則は、T 表記によって記述する . T 表記 .. .T(e,C) e：変換されるコンピュテーション式 C：変換済みのコンテキスト情報 e にマッチする変換規則を探し、変換していく
- 14. {| cexpr |}のT表記による表現（T 表現） . {| cexpr |} の T 表現 .. . {| cexpr |} ≡ T(cexpr, λv.v) λv.v の部分は、無名関数 ドット以前が引数 ドット以降が本体 最終的に、v に変換された式がやってくるの で、それをそのまま返す 関数適用は実行時ではなく、 コンパイル時に行われる
- 15. return の変換規則 . return の変換規則 .. .T(return e, C) = C(b.Return(e)) cexpr が return 42 だった場合の変換は、 . return の変換例 .. . T(return 42, λv.v) −→(λv.v)(b.Return(42)) −→b.Return(42) できた！
- 16. let の変換規則 . 変換規則 .. . T(return e,C) = C(b.Return(e)) T(let p = e in ce, C) = T(ce, λv.C(let p = e in v)) . let の変換例 .. . T(let x = 42 in return x, λv1.v1) −→T(return x, λv2.(λv1.v1)(let x = 42 in v2)) −→(λv2.(λv1.v1)(let x = 42 in v2))(b.Return(x)) −→(λv1.v1)(let x = 42 in b.Return(x)) −→let x = 42 in b.Return(x)
- 17. if の変換規則 . 変換規則 .. . {| cexpr|} ≡ T(cexpr, λv.v) T(return e, C) = C(b.Return(e)) T(if e then ce1 else ce2, C) = C(if e then {| ce1 |} else {| ce2 |}) T(if e then ce, C) = C(if e then {| ce |} else b.Zero()) . if の変換例 .. . T(if c then return 42, λv1.v1) −→(λv1.v1)(if c then {| return 42 |} else b.Zero()) −→(λv1.v1)(if c then T(return 42, λv2.v2) else b.Zero()) −→(λv1.v1)(if c then (λv2.v2)(b.Return(42)) else b.Zero()) −→(λv1.v1)(if c then b.Return(42) else b.Zero()) −→if c then b.Return(42) else b.Zero()
- 18. ce1; ce2 の変換規則 . 変換規則 .. . {|cexpr |} ≡ T(cexpr, λv.v) T(return e, C) = C(b.Return(e)) T(ce1; ce2, C) = C(b.Combine({| ce1 |},b.Delay(fun () -> {| ce2 |}))) . ce1; ce2 の変換例 .. . T(return 10; return 20, λv1.v1) −→(λv1.v1)(b.Combine({| return 10 |},b.Delay(fun () -> {| return 20 |}))) −→(λv1.v1) (b.Combine(T(return 10, λv2.v2),b.Delay(fun () -> T(return 20, λv3.v3)))) −→(λv1.v1) (b.Combine((λv2.v2)(b.Return(10)),b.Delay(fun () -> (λv3.v3)(b.Return(20))))) −→(λv1.v1)(b.Combine(b.Return(10),b.Delay(fun () -> b.Return(20)))) −→b.Combine(b.Return(10),b.Delay(fun () -> b.Return(20)))
- 19. while の変換規則 . 変換規則 .. . {| cexpr|} ≡ T(cexpr, λv.v) T(return e, C) = C(b.Return(e)) T(if e then ce, C) = C(if e then {| ce |} else b.Zero()) T(ce1; ce2, C) = C(b.Combine({| ce1 |},b.Delay(fun () -> {| ce2 |}))) T(while e do ce, C) = T(ce, λv.C(b.While(fun () -> e,b.Delay(fun () -> v)))) . while の変換例 .. . T (while f() do if g() then return 42 done; return 0, λv1.v1) −→(λv1.v1)(b.Combine({| while f() do if g() then return 42 |},b.Delay(fun () -> {| return 0 |}))) −→(λv1.v1)(b.Combine( T (if g() then return 42, λv2.b.While(fun () -> f(),b.Delay(fun () -> v2))) ,b.Delay(fun () -> b.Return(0)))) −→(λv1.v1)(b.Combine( (λv2.b.While(fun () -> f(),b.Delay(fun () -> v2)))(if g() then b.Return(42) else b.Zero()) ,b.Delay(fun () -> b.Return(0)))) −→(λv1.v1)(b.Combine( b.While(fun () -> f(),b.Delay(fun () -> if g() then b.Return(42) else b.Zero())) ,b.Delay(fun () -> b.Return(0)))) −→b.Combine(b.While(fun () -> f(),b.Delay(fun () -> if g() then b.Return(42) else b.Zero())) ,b.Delay(fun () -> b.Return(0)))
- 20. Fのコンピュテーション式の特徴 F#のコンピュテーション式は、 Haskell の do式 Scala の for 式 C#のクエリ式 などと同じような仕組み 違うのは、コア言語と同等以上の表現力を持ち得 る点（ループ構文や例外処理なども使える） → F#のコンピュテーション式は 表現力が豊富！
- 21.
- 22. yield とreturn の変換規則 . 変換規則 .. . T(yielde, C) = C(b.Yield(e)) T(return e, C) = C(b.Return(e)) メソッドが違うだけ・・・ 今回の主題： なぜコード上での意味が同じ 変換規則を持つものがあるのか？
- 23. yield とreturn を使い分ける？ yieldっぽいものにはyield を使い、returnっぽ いものには return を使う・・・？ コレクションっぽいものには yield を使い、そ うでないっぽいものには return を使う・・・？ っぽいって何！ 曖昧な判断基準は避けたい
- 24. yield とreturn の違いを考える 辞書を引いてみる yield生み出す。produce/provide return 戻す。give back return はその後の処理を実行しないようにすべき モナドの return？知りませんなぁ
- 25. yield とreturn の違い . yield .. . list{ yield 1 printfn done } . return .. . list { return 1 printfn done } doneが出力されるべきかどうか
- 26. Cではどうか？ return IET yield return yield break クエリ式 select 目指すのは、IETのyield return と yield break の ようなもの
- 27. seq 式 return に非対応 C#でのyield break に相当する操作が困難 よし、seq をコンピュテーション式で再実装して みよう！
- 28.
- 29. 実装する上での問題点 yield も returnも、変換規則が同じ・・・
- 30. 実装案１ return が処理を打ち切る、という点に注目し てみる return したらそのコンピュテーション式を抜 け、値を返す必要がある Returnメソッドで返したい値を含む例外を投 げ、Run で捕捉すればいい！
- 31. 例外による実装 . ビルダー .. . type ReturnExn'T(xs: 'Tseq) = inherit System.Exception() member this.Value = xs type SeqBuilder'T() = member this.Yield(x: 'T) = Seq.singleton x member this.Return(x: 'T) = raise (ReturnExn(Seq.singleton x)) member this.Combine(xs: 'T seq, cont: unit - 'T seq) = Seq.append xs (cont ()) member this.Delay(f: unit - 'T seq) = f member this.Run(f: unit - 'T seq) = try f () with | :? ReturnExn'T as e - e.Value let seq2'T = SeqBuilder'T() // 型関数
- 32. 例外による実装 . 使用例 .. . seq2 {yield 1; yield 2 };; val it : seqint = seq [1; 2] seq2 { return 1; return 2 };; val it : seqint = seq [1] おぉ！
- 33. 例外による実装 Scala の一部の returnや、break でも例外を 使っている 分かりやすいように見える だがしかし！
- 34. 例外による実装の問題点 . ダメな例 .. . seq2 {yield 1; return 2; return 3 };; val it : seqint = seq [2] yield が C#の yield return、return が C#の yield break だとすると . C#でやる .. . IEnumerableint F() { yield return 1; yield break 2; yield break 3; } これは、1 と 2 を含むシーケンスを返す
- 35. 改良版 . Combine でも ReturnExnを捕捉 .. . type SeqBuilder'T() = member this.Yield(x: 'T) = Seq.singleton x member this.Return(x: 'T) = raise (ReturnExn(Seq.singleton x)) member this.Combine(xs: 'T seq, cont: unit - 'T seq) = try Seq.append xs (cont ()) with | :? ReturnExn'T as e - raise (ReturnExn(Seq.append xs e.Value)) member this.Delay(f: unit - 'T seq) = f member this.Run(f: unit - 'T seq) = try f () with | :? ReturnExn'T as e - e.Value let seq2'T = SeqBuilder'T()
- 36. 例外による実装 try-with を提供する場合は、ReturnExn を捕捉 してreraise する必要がある 結局そんなに分かりやすい実装にはならない 例外をフロー制御に使うことに対する抵抗感 やりたいことは実現できた
- 37.
- 38. 状態変数による実装 . ビルダー .. . type SeqBuilder() = letmutable isExit = false member this.Yield(x) = Seq.singleton x member this.Return(x) = isExit - true Seq.singleton x member this.Combine(xs, cont) = if isExit then xs else Seq.append xs (cont ()) member this.Delay(f) = f member this.Run(f) = let res = f () isExit - false res let seq2 = SeqBuilder()
- 39. 状態変数による実装 . 使用例 .. . seq2 {yield 1; yield 2 };; val it : seqint = seq [1; 2] seq2 { return 1; return 2 };; val it : seqint = seq [1] seq2 { yield 1; return 2; return 3 };; val it : seqint = seq [1; 2] おぉ！
- 40.
- 41. 状態変数による実装の問題点 ビルダーが状態を持っている マルチスレッド等で同時に同じビルダーのイ ンスタンス（seq2）を使うと・・・ . . Thread A seq2 { yield1 ; // Combine yield 2 // oops! } // Run val it : seqint = seq [1] seq2.isExit false true false Thread B seq2 { return 10 } // Run
- 42. 改良版 . ビルダー .. . type SeqBuilder() = (*省略 *) let seq2 () = SeqBuilder() . 使用例 .. . seq2 () { yield 1; yield 2 };; val it : seqint = seq [1; 2] seq2 () { return 1; return 2 };; val it : seqint = seq [1] seq2 () { yield 1; return 2; return 3 };; val it : seqint = seq [1; 2]
- 43.
- 44.
- 45. 状態引数による実装 . ビルダー .. . type FlowControl =Break | Continue type SeqBuilder() = member this.Yield(x) = Seq.singleton x, Continue member this.Return(x) = Seq.singleton x, Break member this.Combine((xs, st), cont) = match st with | Break - xs, Break | Continue - let ys, st = cont () Seq.append xs ys, st member this.Delay(f) = f member this.Run(f) = f () | fst let seq2 = SeqBuilder()
- 46. 状態引数による実装 . 使用例 .. . seq2 {yield 1; yield 2 };; val it : seqint = seq [1; 2] seq2 { return 1; return 2 };; val it : seqint = seq [1] seq2 { yield 1; return 2; return 3 };; val it : seqint = seq [1; 2] おぉ！
- 47. 状態引数による実装 yield と returnの対称性が明確になった 通常の実装よりもかなり複雑 いいのでは？
- 48. yield とreturn の実装比較 . 例外による実装 .. . memberthis.Yield(x: 'T) = Seq.singleton x member this.Return(x: 'T) = raise (ReturnExn(Seq.singleton x)) . 状態変数による実装 .. . member this.Yield(x) = Seq.singleton x member this.Return(x) = isExit - true Seq.singleton x . 状態引数による実装 .. . member this.Yield(x) = Seq.singleton x, Continue member this.Return(x) = Seq.singleton x, Break
- 49.
- 50. 継続渡しによる実装 . ビルダー .. . type SeqBuilder() = memberthis.Yield(x) = fun k - k (Seq.singleton x) member this.Return(x) = fun _ - Seq.singleton x member this.Combine(f, cont) = fun k - f (fun xs - cont () k | Seq.append xs) member this.Delay(f) = f member this.Run(f) = f () id let seq2 = SeqBuilder() . 使用例 .. . seq2 { yield 1; yield 2 };; val it : seqint = seq [1; 2] seq2 { return 1; return 2 };; val it : seqint = seq [1] seq2 { yield 1; return 2; return 3 };; val it : seqint = seq [1; 2]
- 51. 継続渡しによる実装 yield と returnの対称性が明確 コードは短いが、複雑（Bind を実装してない 詐欺） これは状態引数版もだけど・・・
- 52. 実装の速度比較 各実装で 10 万回yield してみた ビルダー 時間 return しない実装 20.5ms 例外による実装 20.5ms 状態変数による実装 20.7ms 状態引数による実装 21.2ms 継続による実装 22.6ms seq 式 1.18ms 実装法による差は小さいが、 そもそも独自のビルダーは遅い
- 53.
- 54. ここまで コンピュテーション式は表現力が豊富 yield と returnは変換規則は同じだが、意味は 違う 標準の seq 式は return に対応していない→再 実装 シーケンス用の yield と return に別の意味を持 たせる複数の実装 例外による実装 状態変数による実装（実用には耐えない） 状態引数による実装 継続による実装
- 55. 各ライブラリでの実装状況 seq/list/option のいずれかに対するコンピュ テーション式が returnをどう扱うか 対象ライブラリ FSharpx ExtCore FSharpPlus Basis.Core 2014 年 7 月 21 日時点
- 56. 各ライブラリでの実装状況 . 検証用コード例 .. . let xs =[30; 10; 15; 21; -1; 50] builder { let i = ref 0 while !i xs.Length do if xs.[!i] = -1 then return false incr i return true } コンパイルできるか false 的なものが返るか
- 57. 各ライブラリでの実装状況 . 検証用コード例展開 .. . let b =builder b.Run( b.Delay(fun () - let i = ref 0 b.Combine( b.While( (fun () - !i xs.Length), b.Delay(fun () - b.Combine( (if xs.[!i] = -1 then b.Return(false) else b.Zero()), b.Delay(fun () - incr i; b.Zero())))), b.Delay(fun () - b.Return(true)))))
- 58.
- 59. FSharpx Combine の型が駄目 . FSharpx のCombine のシグネチャ .. .'a option * ('a - 'b option) - 'b option . エラー箇所の展開 .. . // 'a option * ('a - 'b option) - 'b option b.Combine( // bool option (if xs.[!i] = -1 then b.Return(false) else b.Zero()), // unit - 'a option b.Delay(fun () - incr i; b.Zero())) . 正しいシグネチャ .. .'a option * (unit - 'a option) - 'a option
- 60.
- 61. ExtCore Zero の実装が駄目 . ExtCore のZero の実装 .. . member inline __.Zero () : unit option = Some () // TODO : Should this be None? コメント・・・
- 62.
- 63.
- 64.
- 65. yield とreturn の違い再考 コンピュテーション式を正しく実装できてい るライブラリの少なさ yield/return以前の問題 本当に意味上の違いを与えるべき？ F#のコンピュテーション式の表現力を活かすな ら与えるべき Bind と Return くらいしか提供しないなら不要 （FSharpPlus はこちら）
- 66. コンピュテーション式再考 Yield や Returnが継続を受け取ればよかった？ 効率を考えると、コンパイル時に解決したほう がいい 現状のままでも実現可能 この柔軟性を活用しない手はないのでは？
- 67.
- 68. モナド/モナドプラス提供程度の場合 モナド提供程度 Bind/Return は必須（定義より） ReturnFrom もあると便利 場合によっては、Runを別で提供 モナドに包まれた値を取り出すコンピュテーショ ン式 モナドプラス提供程度 モナド用のメソッドに加え、Zero と Combine Zero は mzero、Combine は mplus に対応 Combine の変換規則により、Delay も必要 member this.Delay(f) = f ()
- 69. より汎用的なライブラリの場合 機能別にモジュールを分ける Bind/Return 程度を提供するビルダー用モ ジュール Combine も使える高級なビルダー用モジュール Combineは mplus に対応するものではなく、 継続を受け取る版を採用する 必然的に、Delay/Run の実装も必要 member this.Delay(f) = f member this.Run(f) = f () Zero もあった方がいい else なしの if が使えるようになる
- 70. モナド以外の場合 できるだけやめておいた方が・・・ Combine を提供する場合、yield とreturn を実 装し分ける カスタムオペレータを使うことも考慮に入 れる
- 71.
- 72.