Javascript as an Embedded DSL - Expression Problemの解法例

「Javascript as an Embedded DSL」を
読んで
- ScalaにおけるExpression Problemの解法 -
Scala基礎勉強会 2012/10/21
前⽥田康⾏行行 (@maeda_̲)

自己紹介
¨  前⽥田康⾏行行 (@maeda_̲ )
¨  名古屋在住のフリーランス
http://www.illi-‐‑‒ichi.com
¨  好きな⾔言語
¤  Scala
¤  Smalltalk
¨  DyNagoya (Dynamic language + Nagoya)
¤  http://dynagoya.info
¤  @dynagoya_̲info

注意　(2014/6/27 追記)
最近話題のScala.jsと
本資料料で扱うjs-‐‑‒scalaは別物で、
全く異異なるアプローチです。

JavaScript as an Embedded DSL
¨  authors
¤  Grzegorz Kossakowski, Nada Amin, Tiark
Rompf, and Martin Odersky
¨  published
¤  ECOOP 2012 – Object-‐‑‒Oriented
Programming, vol. 7313, p. 409-‐‑‒434

¨  abstract
¤  Javascriptを出⼒力力するScalaの内部DSLを作った。
¤  「Lightweight Modular Staging」の応⽤用

Multi-Staging Programming(MSP)
¨  段階に分けてコードを変換
¤  例例：
記述性の⾼高いコード → 効率率率のよいコードに変換 → 　実⾏行行
¨  コード⽣生成時をStaging, ⽣生成後をStagedという
¨  MSPの例例
¤  O. Kiselyov, K. N. Swadi, and W. Taha. A
methodology for generating veriﬁed combinatorial
circuits. In G. C. Buttazzo, editor, EMSOFT, pages
249–258. ACM, 2004.
¤  MetaOcamlを使⽤用したFFT(⾼高速フーリエ変換)

Lightweight Modular Staging(LMS)
¨  ScalaのMSPのための枠組み
¤  Lightweight
n  ⾔言語拡張ではなく、ライブラリで実装
(類似研究ではMetaOcamlやTemplate Haskellを使⽤用)
¤  Modular
n  好きな部品を好きなように追加・取り替え可能
¤  Staging
¨  LMSの応⽤用例例
¤  Delite(並列列計算)
http://stanford-‐‑‒ppl.github.com/Delite/
¤  JS-‐‑‒Scala (Scala → Javascript)
https://github.com/js-‐‑‒scala/virtualization-‐‑‒lms-‐‑‒core

Scala → Javascriptの利点
¨  型安全
¨  サーバーサイドとクライアントサイドの⾔言語
を統⼀一
¨  限定継続によるcall backの排除
¨  ScalaにはObjectもあるし、型が不不要な場合は
Dynamic Traitも使えるので、JSとの親和性
は⾼高い
¨  DSLで使⽤用できる部品の追加および差し替え
が容易易
→ Expression Problemの解決が必須

Expression Problem
¨  データ構造やその操作を追加した時に、下記
の条件すべてを満たせるか？
¤  Extensibility in both dimensions
(データ構造と操作の両⽅方の意)
¤  Strong static type safety
¤  No modiﬁcation or duplication
¤  Separate compilation
¤  Independent extensibility(Scalaチームにより追加)

Independent extensibility
¨  独⽴立立した拡張は組み合わせて使⽤用することが
できること
Matthias Zenger, Martin Odersky,
Independently Extensible Solutions to the Expression
Problem, I&C Technical Report No. 200433, March 2004.

主役はTrait
¨  それぞれの拡張をTraitにして分割
¨  JS traitはDSL内で何が使えるかの定義をまと
めたもの
¨  ノードの種類ごとにtraitが分割されている。
trait JS extends LiftNumeric with NumericOps with
OrderingOps with Equal with IfThenElse with
While with LiftBoolean with BooleanOps with
LiftString with StringOps with DynamicBase with
Arrays with Variables with JSFunctions with
JSLiteral

構文木のノードを変換
構文木→JS
構文木→JS
Generator
Scala → JS 全体像
DSLの記述
DSL内で使える部品
(インターフェース)
部品の実装
（DSL→構文木）
Javascript
Generator
mix in
implement
mix in
mix in
(インターフェース)
部品の実装
部品の実装
(定義のみ)
構文木→JS
mix in
Trait
Instance
correspond

JS-Scalaでの拡張の例
¨  以降降はjQueryのための部品を追加する場合を
考える
¨  下記のそれぞれのTraitを作成する
¤  DSL内でjQueryを使うAPI定義
¤  DSL上のjQueryを構⽂文⽊木上のノードへ変換
¤  ノードからJSへの出⼒力力⽅方法の実装
¨  既存の機能と独⽴立立して、この機能の追加をす
る

DSLを書く
¨  Rep[T]型の値はJSレベルでT型に評価されるノードを表す
// DSLの記述
trait SomeDSL { this: JQuery with JS =>
def code = $(“#message”).html(“Hello World”)
}
// DSLで使⽤用可能な部品の定義
trait JQuery extends JSProxyBase {
def $(selector: Rep[String]): Rep[JQElement]

trait JQElement{
def html(html: Rep[String]): Rep[JQElement]
}
implicit def repToJQuery(x: Rep[JQElement]): JQElement =
repProxy[JQElement](x)
}

DSLに実装を与える(1)
// DSLの表現から構⽂文⽊木のノードへの変換⽅方法の定義
trait JQueryExp extends JQuery with JSProxyExp {
case class JQ(selector: Exp[String]) extends Def[JQElement]

def $(selector: Exp[String]): Exp[JQElement] =
reflectEffect(JQ(selector))
}
¨  DSLレベルではRep[T]、実装レベルではExp[T]型を使⽤用す
る
¨  Staging時にreflectEffectがインスタンス変数へノードの登
録して、構⽂文⽊木を組み⽴立立てる
¨  JQElementについての実装はJSProxyExpがリフレクション
で良良きにやってくれる

DSLに実装を与える(2)
// 新しいノードが不不要な場合の例例
trait SleepExp extends JSLibExp with JSFunctionsExp {
def sleep(delay: Exp[Int]) = shift {
k: (Exp[Unit] => Exp[Unit]) =>
window.setTimeout(fun(k), delay)
}
}
¨  既存の種類のノードに置き換えることも可能
¨  この例例では、setTimeoutのCallbackとして継続を渡す
ように構⽂文⽊木を組み⽴立立てる。
(fun : Exp[A] => Exp[B] => Exp[A => B])
¨  他にも定数畳み込みなどの最適化なども可能

JSのコードへ変換
¨  abstract valueのIRがTrait合成時に提供されるべき、
ノードを指定している (IR = Intermediate Representation)
¨  担当のノードの変換をする。それ以外は親Traitにお任せ
// JQueryのノードをJSのコードへ変換
trait GenJQuery extends JSGenProxy with JSGenLib{
val IR: JQueryExp // abstract value
import IR._̲
override def emitNode(sym: Sym[Any], rhs: Def[Any])(
implicit stream: PrintWriter) = rhs match {
case JQ(s) => emitValDef(sym, "$(" + quote(s) + ")")
case _̲ => super.emitNode(sym, rhs)
}
}

DSLをJSに変換
¨  これまでのTraitを合成して、Generatorを作
る
¨  コード⽣生成⽤用のTraitが要求していたabstract
valueをこのような形で解決する。
¨  必要なTraitを選んで、機能の拡張をすること
ができる。
new SomeDSL with JQueryExp with JSExp { self =>
val codegen = new JQueryGen with JSGen {
val IR: self.type = self
}
}

まとめ
¨  ScalaのTraitは強⼒力力
¤  モジュールを細かく分割して、実装・テストが可能
¤  任意の組み合わせで合成
¤  self type annotationやabstract type/valueなどの
制約により、不不整合はコンパイルエラー
¨  JS-‐‑‒Scalaのコードは、Cake Patternや
Expression Problem解法の好例例
¨  https://github.com/js-‐‑‒scala/js-‐‑‒scala

LMS・JS-Scalaの感想
¨  課題はJSレベルでのデバッグ
¤  MSP(Multi Staging Programming)の課題
¤  ⽣生成されるコードが機械的な感じで読み難い
¨  このDSLは⾃自由に書けない
¤  提供された部品の範囲でのみ書ける
¤  できることを制限させるような使い⽅方
¤  こんな構成↓がやりやすそう
LMS
独自Parts
独自DSL
← 人海戦術
← スキルフルな人が実装

参考文献
¨  Lightweight Modular Staging: A Pragmatic
Approach to Runtime Code Generation and
Compiled DSLs
by Tiark Rompf and Martin Odersky, EPFL
GPCE 2010, Eindhoven, The Netherlands,
October 2010
¨  A Gentle Introduction to Multi-‐‑‒stage
Programming
by Walid Taha
¨  Matthias Zenger, Martin Odersky,
Independently Extensible Solutions to the
Expression Problem, I&C Technical Report No.
200433, March 2004.

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