KMC春合宿2015

1. GAUCHEでマクロを書こう
ID:hnagamin(長嶺英朗)
2015.3.14

2. 自己紹介
• ID: hnagamin(長嶺英朗)
• 京都大学工学部電気電子工学科1回
• 38代会計
• 2014年度の活動
• 競技プログラミング練習会2014
• On Lisp読書会2014
• 関数品評会

3. 近況
• バイトつらかった
• 単位落とした

4. 今日話すこと
• Schemeについて
• define-syntax / syntax-rules
• define-macro
• gensym
• マクロを書くときの注意

5. 今日話さないこと
• syntax-case
• 継続
• 2種類の変数捕捉
• with-gensymsマクロ
• defanaphマクロ

8. //TODO: 例会講座でsyntax-caseの話をする

9. この講座の目標
• Schemeに興味を持つ
• Gaucheに興味を持つ
• Gaucheでマクロが書けるようになる
• マクロの力を認識する

10. 対象
• LISPをあまり書いたことがない／知らない人
• 大学の講義でSchemeを触ったがマクロを書いたことがない人
• LISPerの方はマサカリを用意してください

11. SCHEMEとは
• LISP方言
• 二大方言(Common Lisp / Scheme)
• 言語仕様を小さくする努力がなされている
• R6RS
• 構文スコープを導入したLISP
• 継続のサポート

12. GAUCHEとは
• Scheme処理系の一つ
• 日本人(川合史朗)が開発
• 独自拡張によってSchemeなのにCommon Lisp的アトモスフィアが
溢れている[要出典]

13. SCHEMEの文法

14. 括弧が多い

15. 括弧は基本的に関数適用
(+ 1 2)
(define f (lambda (x y) (+ x y)))
(f 1 2)
(cons 200 300)
(car ‘(l i s p))
(cdr ‘(s c h e m e))

16. IF文がある
(if (> 2 1)
(print “2 is larger than 1”)
(print “1 is equal or larger than 2”))

17. 関数がある
lambda式で関数が定義できる
((lambda (x y)
(list (* x x) (* y y)))
10 20)
;=> (100 400)

18. 変数が定義できる(1)
• (let ((x 100) (y 200))
(print (+ x y)))
• let*とかletrecとかもあるよ!

19. 変数が定義できる(2)
(define x 10)
(+ x 20)
(set! x 10000)
(+ x 20)

20. 繰り返しがある
(let loop ((n 7) (value 1))
(if (zero? n)
value
(loop (- n 1) (* n value))))
「名前付きlet」という

21. リストがある
(list 1 2 3 4 5)
‘(1 2 3 4 5)
入れ子にもできる
‘(1 2 (3 4 (5)) () (6 7) 8)

22. S式
アトムまたはS式のリスト

24. よく見ると、SCHEMEのプログラムは
S式そのものである
• Schemeプログラムは結局ただのでかいリスト、Schemeプログ
ラムはリストが主役
• Schemeプログラムをリストとみなすと、Schemeプログラムを
こちゃこちゃするSchemeプログラムがかける

25. DEFINE-SYNTAX

26. NIL!マクロ
(set! x ‘()) という処理を短く書きたい

27. NIL!マクロ
(set! x ‘()) という処理を短く書きたい
変換前 (nil! x)
変換後 (set! x ‘())

28. NIL!マクロの実装
(define-syntax nil!
(syntax-rules ()
((_ x) (set! x ‘()))))

29. NIL!マクロが書けた
• マクロでコードを短く書けた
• 短く書くことで、本来人間が気にするべきだった部分をマク
ロに任せることができ、人間はよりプログラムの高次の部分
について考えることができるようになった

30. INCFマクロ
• 変数に格納されてい
る数を指定された数
だけ増加させる
• 増分が省略されてい
る場合は1だけ増やす
(define x 100)
(incf x 49)
x ;=> 149
(incf x)
x ;=> 150

31. INCFマクロ
(define-syntax incf
(syntax-rules ()
((_ x) (set! x (+ x 1))
((_ x var) (set! x (+ x var))))

32. FOR文を書きたい
(for (i 1 10)
(print i)
(print (* 2 i))
みたいな感じで書きたい

33. FOR文をどう展開するか
(for (i 1 10)
(print i)
(print (* 2 i))
(for-each
(lambda (i)
(print i)
(print (* 2 i))
(nanika 1 10))

34. FORマクロの実装
(define (range from to)
(if (>= from to)
(list from)
(cons from (range (+ 1 from) to))))
;(range 1 5) => (1 2 3 4 5)

35. FORマクロの実装
(define (range from to)
(if (>= from to)
(list from)
(cons from (range (+ 1 from) to))))
(define-syntax for
(syntax-rules ()
((_ (i a b) body ...)
(for-each (lambda (i) body ...)
(range a b)))))

36. 追加仕様
(for (i from 1 to 10)
(print (* i i)))
みたいに書きたい

37. FOR文(改訂)
(define-syntax for
(syntax-rules (from to)
((_ (i a b) body ...)
(for-each (lambda (i) body ...)
(range a b)))
((_ (i from a to b) body ...)
(for (i a b) body ...))))

38. FOR文(改訂)
(define-syntax for
(syntax-rules (from to)
((_ (i a b) body ...)
(for-each (lambda (i) body ...)
(range a b)))
((_ (i from a to b) body ...)
(for (i a b) body ...))))

39. FOR文(改訂)
完璧

40. FOR文(改訂)
完璧(完璧ではない)

41. どこが良くない?
(define-syntax for
(syntax-rules (from to)
((_ (i a b) body ...)
(for-each (lambda (i) body ...)
(range a b)))
((_ (i from a to b) body ...)
(for (i a b) body ...))))

42. どこが良くない?
(define-syntax for
(syntax-rules (from to)
((_ (i a b) body ...)
(for-each (lambda (i) body ...)
(range a b)))
((_ (i from a to b) body ...)
(for (i a b) body ...))))

43. YOKUNAI
(for (i 1 500000000)
(print i))

44. YOKUNAI
(for-each
(lambda (i)
(print i))
(range 1 500000000))

45. YOKUNAI
(for-each
(lambda (i)
(print i))
(range 1 500000000))
このコードは500000000要素のリストを生成する

46. このコードは500000000要素のリストを生成する

47. DEFINE-MACRO

48. DEFINE-MACROで
FOR文の書き直し
• define-macroはGaucheの独自拡張
• define-macroでCommon Lispのマクロ並みの強さを持つマク
ロを書くことができる
• やってることはほぼ関数と同じ
• コンパイル時にS式を引数に受け取って評価し、S式を返す。
返されたS式はプログラム中に埋め込まれる

49. FOR文(二訂)
(define-macro (for bind . body)
(let ((i (car bind))
(from (cadr bind))
(to (caddr bind)))
`(let loop ((,i ,from))
(if (>= ,i ,to)
(begin ,@body)
(begin ,@body (loop (+ 1 ,i)))))))

50. なにこれ

51. バッククオート記法
S式を分かりやすく書くときに使える記法
`と,と,@を使う

52. バッククオート記法のルール
頭に ` をつけられた式は評価しない
ただし、頭に , をつけられた式は評価する
,@をつけられた式は評価した後括弧を外す
`(x ,y)
評価しない 評価する

53. 練習問題

54. 練習問題
(define x 20)
(define y 30)
`(+ x y) ;=> (+ x y)

55. 練習問題
(define x 20)
(define y 30)
`(+ ,x ,y) ;=> (+ 20 30)

56. 練習問題
(define x 20)
(define y ‘(30 40))
`(x ,@y) ;=> (20 30 40)

57. 練習問題
(define x 20)
(define y 30)
`(,(+ x y) (+ x y) (+ x ,y) ,@(cons `(,x ,y) (+ x y)))
;=> (50 (+ x y) (+ x 30) (20 30) . 50)

58. 何の話だっけ

59. FOR文(二訂)
(define-macro (for bind . body)
(let ((i (car bind))
(from (cadr bind))
(to (caddr bind)))
`(let loop ((,i ,from))
(if (>= ,i ,to)
(begin ,@body)
(begin ,@body (loop (+ 1 ,i)))))))

60. FOR文(二訂)
完璧

61. FOR文(二訂)
完璧(完璧ではない)

62. どこが良くない?
(define-macro (for bind . body)
(let ((i (car bind))
(from (cadr bind))
(to (caddr bind)))
`(let loop ((,i ,from))
(if (>= ,i ,to)
(begin ,@body)
(begin ,@body (loop (+ 1 ,i)))))))

63. どこが良くない?
(define-macro (for bind . body)
(let ((i (car bind))
(from (cadr bind))
(to (caddr bind)))
`(let loop ((,i ,from))
(if (>= ,i ,to)
(begin ,@body)
(begin ,@body (loop (+ 1 ,i)))))))

64. YOKUNAI
(for (loop 1 5)
(print loop))
; このコードは1, 2, 3, 4, 5を表示してほしい

65. YOKUNAI
(let loop ((loop 1))
(if (>= loop 5)
(begin (print loop))
(begin (print loop) (loop (+ 1 loop)))))

66. YOKUNAI
(let loop ((loop 1))
(if (>= loop 5)
(begin (print loop))
(begin (print loop) (loop (+ 1 loop)))))
invalid application: (1 2)

67. 良くない解決策
(define-macro (for bind . body)
(let ((i (car bind))
(from (cadr bind))
(to (caddr bind)))
`(let asjdiwoqwe ((,i ,from))
(if (>= ,i ,to)
(begin ,@body)
(begin ,@body (asjdiwoqwe (+ 1 ,i)))))))

68. 変数捕捉
• マクロが意図とは異なる環境の変数を参照すること
• 捕捉には2種類ある
• define-syntaxは変数捕捉を起こさない「健全なマクロ
(Hygienic macro)」だが、変数捕捉を起こしうるマクロより記
述力が弱い
• define-macroは変数捕捉を起こしうるマクロでありdefine-
syntaxより記述力が強いが、たまに変数捕捉でえげつない問
題を生じうる

69. GENSYM
• シンボルを生成する
• ここで生成されたシンボルは、ソースコード中に出てくる他
のどのシンボルとも等しくないことが保障されている

70. GENSYMの使用例
(gensym)
;=> #:G100
(gensym)
;=> #:G101

71. FOR文(三訂)
(define-macro (for bind . body)
(let ((i (car bind))
(from (cadr bind))
(to (caddr bind))
(loop (gensym)))
`(let ,loop ((,i ,from))
(if (>= ,i ,to)
(begin ,@body)
(begin ,@body (,loop (+ 1 ,i)))))))

72. AIFマクロ
(define *table*
‘((1 one)
(2 two)
(3 three)))
(print
(aif (assoc 1 *table*)
(car (cdr it))
“Not Found”)))

73. AIFマクロ
• aifは条件節の返す値をitに束
縛して、then節とelse節で使
えるようにする
• 変数捕捉をうまく用いている
(define *table*
‘((1 one)
(2 two)
(3 three)))
(print
(aif (assoc 1 *table*)
(car (cdr it))
“Not Found”)))
【alist】
((key1 value1) (key2 value2) …)
の形のリスト
連想配列っぽく使える
【assoc】
(assoc key alist)
alist中からkeyを探す。
keyが存在したら(key value)を返す。
さもなくば#fを返す。

74. AIFマクロ
• aifは条件節の返す値をitに束
縛して、then節とelse節で使
えるようにする
• 変数捕捉をうまく用いている
(define *table*
‘((1 one)
(2 two)
(3 three)))
(print
(aif (assoc 1 *table*)
(car (cdr it))
“Not Found”)))

75. 実装
(define-macro (aif predicate then-clause else-clause)
`(let ((it ,predicate))
(if it ,then-clause ,else-clause)))

76. まとめ
• Gaucheには2種類のマクロがある
• 健全なマクロ／健全でないマクロ
• マクロをうまく用いるとソースコードを短く簡潔にできる
• マクロ定義を慎重に行わないと、たまにえげつない問題を起
こしうる

77. 関数品評会

78. 関数品評会
• 7月から関数品評会に参加しました
• 関数品評会
• 品評会で発表したマクロを紹介します

79. アリティの固定
(define 1- (cut - <> 1))
(define (repeat n fn)
(let loop ((m n) (x '()))
(if (= m 0)
x
(loop (1- m) (cons (fn) x)))))
(define-macro (*-ary n fn)
(let ((args (repeat n gensym)))
`(lambda ,args (,fn ,@args))))
; (arity (*-ary 4 +))
; => 4

80. グローバル関数を使わない
非決定性オペレータ
https://gist.github.com/1995hnagamin/252ed5638a0977205f03