型とは何か

型とは何か? CPython の実装 by @cocoatomo, written in HuiFontP

ご結婚おめでとうございます!! • 型い愛で結ばれたお二人に • CPython の型のお話をプレゼント

そもそも型とは? • 例を出すと

例えば血液型 • A型 • B型 • AB型 • O型

例えば軍艦 • 金剛型 • 陽炎型 • 天城型 • 利根型 • etc…

「型とは値の集合である」 • Types and Programming Languages • ↑型についての入門書 • 「名古屋入国のためのパスポート」 • 安全性 = 推進性 + 保全性

何の役に立つの? • 推進性 ⇒ 式の評価 (=計算) が値になるまで実行できることが分かる • 保全性 ⇒ 式の評価によって型が変わらない • ⇒ 「ある程度」ちゃんと動くことが保証され, 結果の予想できるプログラムが書ける

理論は分かったでは実際の実装は? • CPythonを見てみよう

え? Python に型あるの?? • 「動的言語だから型は弱いんじゃないの?」 • → その発言は危険が危ない!

Pythonにだって型はある ! ! ! • TypeError: 型のエラー

混ぜるな危険 • 「型付けルールがある」=型付き言語 • 「値の型」と「変数の型」 • ⇒ Python に無いのは変数の型 • 「型チェックが『実行する』前に or 後で行われる」=(いわゆる) 静的とか動的とか • [余談] ところで「実行」の定義, 考えたことありますか? (読者の宿題)

Pythonとは • クラスベースオブジェクト指向プログラミング言語 (全てのものはobject) • 実行時の型チェック • 参照カウントGC • 思想: Zen of Python • Explicit is better than implicit. etc…

CPythonとは • C で実装された Python • ⇒ C とは異なる型システムをどう実装しているのか?

ソースコード • https://www.python.org/ftp/python/ 3.4.0/Python-3.4.0.tar.xz にソースコードがある. • ↑のリンクがあるページは https:// www.python.org/downloads/release/ python-340/

PyObject • Pythonの型階層の基底クラス object の C 実装 • 「全てのものはPyObject!」 • Include/object.h で宣言されている型 • ⇒ 実装を見てみよう

PyObjectの実装 • 実体はCの「構造体」

PyObject の型は? ⇒ ob_type が PyObject の型

struct _typeobject とは? ⇒ CPythonの型は「構造体」で表現!

その中身は? ずらっと関数ポインタが並ぶ

PyTypeObject 最後に PyTypeObject に typedef

CPythonの型 • 結局, CPythonにとっての型は関数の集まり (構造体) • (→他の言語での型の表現方法については詳しい人教えて)

型の判定 • メソッドの引数チェックとかどうしてるの? • → さっきの「3 +’a’」の C での動きを見てみよう

メソッド呼び出しとは? • Python では以下の3つは同じ意味 • 「3 + ’a’」 • =「3.__add__(‘a’)」 • =「int.__add__(3, ‘a’)」

C では? • 「int.__add__」の実装は • Object/abstract.c • にある • PyNumber_Add 関数

CPython の読み方 • CPython の命名規則ではメソッドの実装は • Object/<type name>object.c • にある • Py<type name>_<method name> • という名前の関数となっている

Number 型って? • int, float, bool, complex の上位の抽象型 • Python の protocol と呼ばれるもの

protocol • Java の interface のようなもの • 実装すべきメソッドの集合を定めてある • Long は Number protocol を提供している • もちろんコンパイラのチェックは無い • ↑そもそも Python にコンパイラが無い

結局, 呼び出されるのは • PyNumber_Add から, • PyLong_Type->tp_as_number  ->nb_add • と型構造体のメンバを辿って • Object/longobject.c • にある long_add 関数が呼ばれる

long_add 関数 ⇒ CHECK_BINOP に注目!

CHECK_BINOP macro ⇒ ここで引数チェックをしていた!

なんで型チェックするの? • long_add の引数は PyLongObject なのに、なんで CHECK_BINOP で型チェックするの!?

long_add の型への登録 • PyLong_Type->tp_as_number のメンバ nb_add に long_add が代入される箇所を見ると……

キャストされとる! (※この long_as_number が PyLong_Type->tp_as_number に代入される)

PyObject だらけ • 実行時に PyObject から PyTypeObject (=関数の集まり) を取得し, 最初に型チェック • よく見ると, せっかくの C の型情報がキャストで消えてる (引数も返り値も PyObject) • ⇒ これが「動的」と言われる所以

Python/C API • ここらへんの内容は, Python 公式ドキュメントの C API の項に載ってる • http://docs.python.jp/3.3/c-api/ index.html

公式ドキュメント • 言語仕様, チュートリアル, 標準ライブラリの解説……が載っている文書 • 日本語訳もあるよ • 私を含めチームで3.3を翻訳中 • ⇒ I needs you • https://code.google.com/p/python- doc-ja/

まとめ • CPython の型オブジェクトは構造体 • CPython の実行時の型チェックは、型オブジェクトを毎回調べる • Python 3.3 ドキュメント翻訳中!

型とは何か

by tomo cocoa, Software Developer at ??? on Mar 29, 2014

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