はじめに

これはRuby advent calendar 2019の7日目の記事です｡

こんにちは､びしょ～じょです｡ Ruby全然書かないけどふとした理由でRubyのライブラリを作りました｡それがこちら｡ Nymphium/ruff: ONE-SHOT Algebraic Effects for Ruby! このライブラリはone-shot algebraic effectsを提供します｡

本記事では､このライブラリの使い方､競合ライブラリとの比較､なぜRubyで書いたかについて触れたいと思います｡

Algebraic Effectsってなんだ

Algebraic Effects(またはAlgebraic Effects and Handlers, Algebraic effect Handlers, 和訳だと代数的効果(と勝手に筆者がつけてます))は最近流行りの言語機能です｡ React Hooksの開発者のDan Abramovさんがツイッターやブログでalgebraic effectsについて触れているのを見たことがある人もいると思います｡

機能的な側面で述べると､直感的には 継続を取得できる､復帰可能な例外およびハンドラ です｡ Rubyにはcall/ccあったしRubyistの皆さんに継続の説明は不要ですね｡ …すみません､しかし継続から説明するとだいぶ話が長くなるので､algebraic effectsの説明も兼ねて､手前味噌ですみませんがこちらのスライドを御覧ください｡ 0から知った気になるAlgebraic Effects - lilyum ensemble

せっかくQiita使ってるんで､Qiitaに投稿したこちらもどうぞ｡ Algebraic Effectsとは? 出身は? 使い方は? その特徴とは? 調べてみました! - Qiita

play with Ruff

御託はOKなんで早速コードを見ていきましょう｡ Ruff.instanceでエフェクトを生成し､effect.performでエフェクトを発生します Ruff.handlerでハンドラを生成し､handler.on(effect)(&proc)でエフェクトeffectに対するハンドラを設定します｡

require 'ruff'

Double = Ruff.instance

with_arith = Ruff.handler
                 .on(Double){|k, v| k[v * 2]}

with_puts = Ruff.handler
                .on(Double){|k, v| puts v; puts v; k[]}

with_arith.run {
  puts Double.perform 10 #==> 20
}

with_puts.run {
  Double.perform 10 #==> 10\n10
}

ウォーいい感じですね｡ k は継続です｡他にも見てみますか｡

ハンドラはhandler.to(&proc) というメソッドも持ち､ハンドルされているブロックが返す値をハンドルしてくれます｡つまりvalue handlerを設定できます｡ログを収集するエフェクトとハンドラを定義してさっきのDoubleも混ぜてみます｡

Log = Ruff.instance
# スマートコンストラクタ的な
log = ->(msg) { Log.perform msg }

log_collector = lambda {
  msgs = []
  Ruff.handler
      .on(Log) do |k, msg|
    msgs.push "log:#{msg}"
    k[]
  end
      .to do |x|
    [x, msgs]
  end
}

logs =
  log_collector.call.run {
  with_arith.run {
    log['hello']
    log['world']
    Double.perform 3
}}

puts logs
#==>
# 6
# log:hello
# log:world

ウォーいいですね｡ numbered parameter があればもう少し良さそうですね｡

これを使うといろいろ書けて(中略)良さげなエフェクト&ハンドラがruff/standardに定義されています｡

例えばasync/awaitがあります｡

require 'ruff/standard'

include Ruff::Standard

Async.with do
  task = lambda {|name|
    lambda {
      puts "Starting #{name}"
      v = (Random.rand * (10**3)).floor
      puts "Yielding #{name}"
      Async.yield
      puts "Eidnig #{name} with #{v}"

      v
    }
  }

  pa = Async.async task['a']
  pb = Async.async task['b']
  pc = Async.async lambda {
    Async.await(pa) + Async.await(pb)
  }

  puts "sum is #{Async.await pc}"
end
#==>
# Starting a
# Yielding a
# Eidnig a with 423
# Starting b
# Yielding b
# Eidnig b with 793
# sum is 1216

call/ccもあります!

Call1cc.context do
  divfail = lambda {|l, default|
    Call1cc.run {|k|
      l.map{|e|
        if e.zero?
          k[default]
        else
          e / 2
        end
      }
    }
  }

  pp divfail.call([1, 3, 5], [1]) # ==> [0, 1, 2]
  pp divfail.call([1, 0, 5], [1]) # ==> [1]
end

Rubyist歓喜…と言いたいところですが本ライブラリが提供するのはcall/1ccです｡ (あとcall/1ccといっているがCall1cc.contextという範囲の中でのみ使えるので実際は限定継続です｡ごめんね。)

競合ライブラリとの比較

rubygemウォッチャーならご存知かもしれませんが､Rubyにもalgebraic effectsのライブラリはすでに2つ存在します｡

dry-effects

こちらはdry-rbというコミュニティの提供する1ライブラリのようです｡本ライブラリと比較してハンドラの定義がややデカいです｡この辺は慣れなのであまり問題ではないかもしれません｡しかしdry-effectsは継続が使えないようです! この点においては本ライブラリに軍配が上がりました｡

affect

こちらは結構文法が似てますね｡しかしこちらも継続が使えません｡ dry-effects同様､我々のほうが有利です｡

継続が使えないと上記に定義したような Async や Call1cc などが実装できません｡ (継続を使わずに実装できるものはDIかなんかでも実装できるので､algebraic effectsライブラリと果たして言えるのか個人的には疑わしいですが､まあ何か思想があるのかもしれません｡)

Why Ruby

再び我田引水で申し訳ないですが､こちらの方法を利用しています｡ Asymmetric CoroutinesによるOneshot Algebraic Effectsの実装 - lilyum ensemble

簡単に述べると､コルーチンでalgebraic effectsが実装できます｡しかしこのとき､コルーチンの残りのスレッドが継続に対応し､コルーチンの状態はコピーできないので､継続はワンショットに制限されます｡

ちょうど手頃に操作できるコルーチンを持っていたのがRubyだったのでとりあえず実装しておきました!! 実装内部を見てみるとパターンマッチなどが使われていてしんどかったッシュねえ…｡ Rubyにパターンマッチが正式に追加されてもっと綺麗なコードベースになってるといいですねえ｡

さらに､今回使ったコルーチンはasymmetric coroutineです｡簡単にいうと Fiber.yield と Fiber.resume です｡ symmetric coroutineを使った実装もちょっと考えてみたいので､そのときはモダンな言語の中でもsymmetric coroutine を持つ数少ない言語のRuby(Fiber.transfer)のお世話にまたなろうと思います｡

おわりに

だいたい宣伝になってしまって申し訳ないですが､とにかくRubyでもワンショットのalgebraic effectsが使えます! Rubyは謎構文もいっぱいありOOPとも協調していい感じにalgebraic effectsが埋め込めていて快適に書けます､最高