PHP5.5新機能「ジェネレータ」初心者入門

PHPカンファレンス2012

PHP5.5新機能かもしれない

Generator
初心者入門
makoto kuwata <kwa@kuwata-lab.com>
http://www.kuwata-lab.com/
2012-09-15 (Sat)

copyright(c) 2012 kuwata-lab.com all rights reserved.

本発表について
【目的】 • PHP5.5の新機能かもしれない「ジェネレータ」を、
「なんだか凄そうだ」と思ってもらう。

【内容】 • ジェネレータって何？
• どううれしいの？
• どんなことに使えるの？

【注意】 • 内容は2012-09-15時点での情報に基づく。
今後、仕様変更があり得るので注意。


ジェネレータって何？
What is Generator?


まとめ

◆ ジェネレータセーブ機能

◆ ジェネレータ関数ゲームシナリオ

◆ ジェネレータオブジェクト冒険の書
（セーブデータ）

◆ yield文宿屋（セーブポイント）


通常の関数

1: function func() {
2: $i = 0;
1, 2, 3回目 (0が返される)
3: return $i;
4: $i++;
5: return $i;
6: $i++;
7: return $i;
8: }
毎回先頭から実行され、また
return文より後ろは実行されない


ジェネレータ (Generator) 関数

1: function gfunc() {
2: $i = 0;
1回目 (0が返される)
3: yield $i;
4: $i++;
5: yield $i; 2回目 (1が返される)
6: $i++;
7: yield $i; 3回目 (2が返される)
8: }
前回の終了位置から再開


使い方
ジェネレータオブジェクトを生成
（通常の関数と使い方が違うことに注意!）

1: $g = gfunc();
2: foreach ($g as $x) {
3: var_dump($x);
4: }
foreach文とともに使用
（イテレータとして振る舞う）
実行例
int(0)
int(1)
int(2)


実行順序：ループ1回目

メインプログラムジェネレータ関数

1
$g = gfunc(); function gfunc(){
2
foreach($g as $x){ $i = 0;
3
var_dump($x); yield $i;
4
5
} $i++;
echo "donen"; yield $i;
$i++;
return $i;
}


実行順序：ループ2回目

6
foreach($g as $x){ $i = 0;
9
} $i++;
7

echo "donen"; yield $i;
8
$i++;
return $i;
}


実行順序：ループ3回目…は、ない

10foreach($g as $x){ $i = 0;
} $i++;
yield $i;
13echo "donen";
$i++;
11
return $i;
12
・ループのたびにyield文まで実行
・yield文の引数がループ変数に
}


サンプル：2つの値を交互に出力

1: function toggle($odd, $even) {
2: while (TRUE) {
3: yield $odd;
4: yield $even;
5: }
6: }
7:
8: // "red" と "blue" を交互に出力
9: foreach (toggle("red", "blue") as $c){
10: echo $c, "n"; // 無限に出力
11: }


サンプル：フィボナッチ数列 (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13,...)

1: function fib() {
2: $x = 0; $y = 1; コツ：ループの終了条件を
3: while (TRUE) { 指定しない (無限ループ)
4: yield $x;
5: list($x, $y) = [$y, $x+$y];
6: }
7: }
8:
9: // 100未満のフィボナッチ数列を出力
10: foreach (fib() as $x) {
11: if ($x >= 100) break;
12: echo $x, "n"; コツ：終了条件は呼
13: } び出す側で指定する


どううれしいの？
Why Generator is so useful?


Before: ファイルを1行ずつ処理する

1: // 行番号つきで表示
2: $f = fopen($filename, 'r');
3: if ($f === FALSE) throw ....;
4: $line = fgets($f);
5: while ($line !== FALSE) {
6: ++$i;
7: echo $i, ": ", $line;
9: }
10: fclose($f);
11:


1: // パターンで絞り込む
6: if (preg_match('/@/', $line))
7: echo $line;
9: }
10: fclose($f);
11:


1: // タブ文字でフィールドに分解
6: $arr = explode("t", $line);
7: echo $arr[1], "n";
9: } 汎用性の高いコードの中に
10: fclose($f); 汎用性の低いコードが混在
11:

After: ジェネレータ関数
汎用性の高い箇所を関数に抽出

1: function each_line($filename) {
yield $line;
7: echo $arr[1];
汎用性の低い箇所を yield 文に
9: }
10: fclose($f);
11: }

After: メインプログラム

1: // ジェネレータオブジェクトを生成
2: $g = each_line($filename);
3: // メインループ
4: foreach ($g as $line) {
5: // 汎用性の低い処理
7: echo $arr[1], "n";
8: }


ジェネレータの利点

◆ ループ処理から、汎用性の高い箇所だけを切り
出せる（再利用性の向上）
◆

◆

◆


もっとジェネレータ関数
ジェネレータオブジェクトを受け取り、新し
い別のジェネレータオブジェクトを生成する

1: // ジェネレータオブジェクトを作成受け取る
function each_fields($g) {
3: // ループ配列やイテレータでも可
4: foreach ($g as $line) {
6: echo $arr[1];
yield $arr;
7: }
8: }


ジェネレータを「重ねる」

1: // ジェネレータオブジェクトを生成
3: $g = each_fields($g); ジェネレータから
4: // メインループ別のジェネレータ
5: foreach ($g as $line) { を生成
$arr
6: $arr = explode("n", $line);

7: echo $arr[1], "n";
8: }


1つの大きなループ vs. 複数の小さなループ

ジェネレータ使用前ジェネレータ使用後
$f = fopen($filename, 'r'); while ($line !== FALSE) {
$line = fgets($f); yield $line;
while ($line !== FALSE) { }
$arr = explode("n",$line);
echo $arr[1]; foreach ($g as $line) {
$line = fgets($f); yield $arr;
} }
fclose($f);
$g = each_line($filename);
$g = each_fields($g);
foreach ($g as $arr) {
echo $arr[1], "n";
}



◆ ひとつの大きなループを、複数の小さなループ
に分解できる（ループの簡素化とPipeline化）
◆

◆


従来方法との比較：配列にすべて格納する

3: $lines = array(); メモリを大量に消費
4: $line = fgets($f);（巨大データだと落ちる）
6: $lines[] = $line;
8: }
9: fclose($f); すべてを読み込まないと
10: return $lines; 結果が返ってこない
11: }


従来方法との比較：ジェネレータ

3:
1度に1行しか読み込まない
4: $line = fgets($f); （巨大なデータでも落ちない）
6: yield $line;
8: } 読み込んだはしから値を返す
9: fclose($f); （ストリーム処理に最適）
10
11: }


リダイレクト v.s. パイプライン

すべてを配列に格納する ≒「リダイレクト」
・巨大な中間ファイルが必要
・最後まで処理しないと何も出力されない

bash% command1 < input > tmp1
bash% command2 < tmp1 > tmp2
bash% command3 < tmp2


リダイレクト v.s. パイプライン

ジェネレータを連結する ≒ 「パイプ」
・巨大な中間ファイルがいらない
・読み込んだはしから出力される

bash% cat input | command1
| command2
| command3



◆ ひとつの大きなループを、複数の小さなループ
に分解できる（ループの簡素化とPipeline化）
◆ メモリ消費量が少ない
（巨大なデータを扱ってもプロセスが落ちない）
◆ データを読んだはしから処理できる
（ストリームデータも処理可能）


どんな使い道があるの？
Advanced Generator


ジェネレータとインタラクション

$g->send() … 次のyield文まで実行する

からメインプログ
ラムに値を返す
foreach(){} yield $value
$g->send($arg)

メインプログラム
ジェネレータ関数
からジェネレータ
関数に値を渡せる



双方向への値の受け渡しが可能に
メインプログラム

$value = $g->send("arg");

send()の引数が
yield文の値に

yield文の引数が
send()の戻り値に
ジェネレータ関数
$arg = (yield "value");




1$g = gfunc(); function gfunc(){
$ret = $g->send(1); $arg = yield;
2 3
$ret = $g->send(2); while (条件式) {
4
$ret = $g->send(3); $ret = ...;
5
$arg =
(yield $ret);
6
var_dump($arg);
}
}



9
7
$ret = $g->send(3); $ret = ...;
10
$arg =
(yield $ret);
11
var_dump($arg);
8
}
}



14
$ret = $g->send(3); $ret = ...;
15
12
$arg =
(yield $ret);
16
var_dump($arg);
13
}
}


サンプル：数字あてゲーム
最初のsend()の引数値を変数に代入
1: function guess_quiz($num) {
2: $ans = yield;
3: while ($num != $ans) {
4: if ($ans > $num)
5: $ans = (yield "too large");
6: else
7: $ans = (yield "too small");
8: } 値を返し、かつsend()
9: } の引数値を変数に代入


サンプル：数字あてゲーム

1: $g = guess_quiz(mt_rand(1, 100));
2: do {
3: echo "guess number (1-100): ";
4: $ans = fgets(STDIN, 128);
5: if ($ans === false) break;
6: $hint = $g->send($ans);
7: echo $hint ? $hint."n"
8: : "Correct!n";
9: } while ($hint); 値を送信し、かつ
次のyield文まで実行


ジェネレータとマルチスレッド

Process
高機能

機能は限られるが Native Thread
メモリ消費量が
極めて少ない
（＝大量生成可能）
Green Thread

Generator

リソース消費量
： OSの機能として実現
：言語やライブラリで実現


ジェネレータと非同期処理

ネストしたコールバック関数
処理1(function($data) {
....
}); 読みにくい、
}); 書きにくい、
}); わかりにくい



コールバック関数を数珠つなぎ
$d = new Deferred();
$d->next(function($data) {
..処理1..;
})->next(function($data) {
..処理2..;
})->next(function($data) {
..処理3..; 記述量が多い、
書き方が不自然
});



ジェネレータ
function doSomething() {
$data = yield;
...処理1...;
$data = yield;
...処理2...;
$data = yield;
...処理3...; 自然な書き方で
わかりやすい！
}


ジェネレータとページ遷移

1: $response = フォームを表示();
2: $request = (yield $response);
3: $response = プレビューを表示($request);
4: $request = (yield $response);
5: データベースに登録($request);

複数ページにまたがる遷移を
非同期処理と同じように記述 ※
(詳しくは「継続ベースフレームワーク」でggr)

※ Apache だとリクエストごとにすべてをリセットするので、実現できない。
PHP のビルトイン Web サーバのようなパーシステントプロセスのサーバを使って、
リクエストを超えてジェネレータオブジェクトを保持できるような仕組みが必要。

落とし穴：breakされた場合

5: yield $line;
7: }
8: fclose($f);
9: }
呼び出し側でbreakされると
終了処理が行われない！※
（しかもPHPにはﬁnallyがないorz）

※ SPLFileObject も同じ問題を抱えているが、デストラクタで fclose() している。

落とし穴：リファクタリング

奇数番目をyieldしてから、偶数番目をyieldする
1: function stepping($arr) {
2: $n = count($arr);
3: for ($i=0; $i<$n; $i+=2)
4: yield $arr[$i];
5: for ($i=1; $i<$n; $i+=2)
6: yield $arr[$i];
7: }
DRYじゃない！関数化しよう！



DRYになった、けど動かない！
1: function _sub($arr, $i, $n) {
2: for (; $i<$n; $i+=2)
3: yield $arr[$i];
4: }
7: _sub($arr, 0, $n);
8: _sub($arr, 1, $n);
9: }
ジェネレータ関数を呼び出して
いるがforeach文を使ってない



動くようになった…けどなんか腑に落ちない
1: function _sub($arr, $i, $n) {
2: for (; $i<$n; $i+=2)
3: yield $arr[$i];
4: }
7: foreach (_sub($arr, 0, $n) as $x)
8: yield $x;
9: foreach (_sub($arr, 1, $n) as $x)
10: yield $x;
11: }

まとめ

◆ $->send()を使うと、双方向での値の受け渡し
が可能
◆ マルチスレッドよりも低機能だが軽量
◆ 非同期処理が自然な形で記述できる
◆ 落とし穴もあるよ！


おまけ
More Things


おまけ：PHP5.5 コンパイル方法

$ git clone
https://github.com/nikic/php-src.git
$ cd php-src/
$ git checkout -b addGeneratorSupport
origin/addGeneratorSupport
$ ./buildconf
$ apxs2=/usr/local/apache2/bin/apxs
$ ./configure --with-apxs2=$apxs2
$ nice -20 time make
$ sapi/cli/php myexample.php


おまけ：インデックスつきyield

1: function gfunc() { // 実行結果
2: yield 'a'; 0 => a
3: yield 'b'; 1 => b
4: yield 99=>'c'; 99 => c
5: }
6:
7: $g = gfunc();
8: foreach ($g as $k=>$v) {
9: echo "$k => $v n";
10: }


おまけ：参照渡しでのyield

1: function &gfunc(&$arr) { // 実行結果
2: foreach ($arr as &$x){ array(3) {
3: yield $x; [0]=>
4: } int(11)
5: } [1]=>
6: int(21)
7: $arr = [10, 20, 30]; [2]=>
8: $g = gfunc($arr); &int(31)
9: foreach ($g as &$x) }
10: $x += 1;
11: var_dump($arr);


おまけ：クロージャとの比較

それ、クロージャでもできるよ！
function fib() { // 使い方
list($x, $y) = $closure = fib();
[0, 1]; $x = $closure();
return function() while ($x < 100) {
use ($x, $y) { echo $x, "n";
$tmp = $x; $x = $closure();
list($x, $y) = }
[$y, $x+$y];
return $tmp;
};
}


おまけ：クロージャとの比較

クロージャ版ジェネレータ版
function fib() { function fib() {
list($x, $y) = list($x, $y) =
[0, 1]; [0, 1];
return function() while (TRUE) {
use ($x, $y) { yield $x;
$tmp = $x; list($x, $y) =
list($x, $y) = [$y, $x+$y];
[$y, $x+$y]; }
return $tmp; }
};
・毎回先頭から実行される・前回の終了場所から自動
} 制約的に再開 (より自然な記述)
・すべてをreturnの前に書・yieldの後ろにも処理が書
かなければならない制約ける (より自然な記述)

おまけ：内部イテレータとの比較

それ、内部イテレータでもできるよ！
function fib($fn) { // 使い方
list($x, $y) = fib(function($x) {
[0, 1]; echo $x, "n";
while ($x < 100) { });
$fn($x);
list($x, $y) =
[$y, $x+$y];
}
}



ループの終了条件も指定したい場合は、非常にブサイク
function fib($c,$fn){ // 使い方終了条件と…
list($x, $y) = fib(
[0, 1]; function($x) {
while ($c($x)) { return $x < 100;
$fn($x); },
list($x, $y) = function($x) {
[$y, $x+$y]; echo $x, "n";
} }
} ); ボディ部の両方が必要



可変箇所が複数ならジェネレータのほうがよっぽどきれい
function fib(){ // 使い方
list($x, $y) = foreach(fib() as $x){
[0, 1]; // 終了条件
while (TRUE) { if ($x >= 100)
yield $x; break;
list($x, $y) = // ボディ部
[$y, $x+$y]; echo $x, "n";
} };
}


Rubyでは、1つの無名関数 (ブロック) で「終了条件」と
「ボディ部」の両方を指定できる。

def fib() // 使い方
x, y = 0, 1 fib {|x|
while true // 終了条件
yield x break if x >= 100
x, y = y, x+y // ボディ部
end puts x
end }


おまけ：「継続 (Continuation)」との比較

◆ 継続のほうができることが広い、
ジェネレータはそのサブセット
※
◆ 継続はcall stackを丸ごとコピーするので重い、
ジェネレータはstack ﬂame1つだけなので軽い
◆ 継続は理解するのがすーーーっごく難しい、
ジェネレータはわかりやすいし使いやすい

※処理系により実装方法は異なる場合がある


おまけ：ベンチマーク
Code: https://gist.github.com/3710544

配列に詰め込む
Loop のは高コスト

Array

Generator

Inner Iterator

Closure
0 0.2 0.4 0.6 0.8
(sec)

PHP: 5.5-addGeneratorSupport
OS: MacOSX
CPU: Core2DUO 2GHz

おまけ：ベンチマーク
Code: https://gist.github.com/3710569

Loop ジェネレータは
十分に低コスト
Generator

G + explode()

G + explode()
+ array()
0 0.5 1 1.5 2
(sec)

ループ内処理 (explode()やarray())
のほうがよっぽど高コスト
PHP: 5.5-addGeneratorSupport
OS: MacOSX
CPU: Core2DUO 2GHz

おまけ：参考文献

◆ What PHP 5.5 might look like
http://nikic.github.com/2012/07/10/What-PHP-5-5-might-look-like.html

◆ Request for Comments: Generators
https://wiki.php.net/rfc/generators

◆ Scheme/継続の種類と利用例
http://ja.wikibooks.org/wiki/Scheme/継続の種類と利用例

◆ Vallog - 継続の実装方針
http://valvallow.blogspot.jp/2011/01/blog-post_11.html

◆ Twisted Intro: 「コールバック」ではない方法
http://skitazaki.appspot.com/translation/twisted-intro-ja/p17.html

◆ 境界を越える: 継続とWeb開発、そしてJavaプログラミング
http://www.ibm.com/developerworks/jp/java/library/j-cb03216/index.html


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