差分をめぐる旅 (1)
はじめに
「差分をめぐる旅」と銘打ったものの、この旅はまだ終わっていない。終わっていないどころかちょうど身支度ができたあたりである。稚拙ではあるものの研究成果と呼んで恥ずかしくないものは出来つつあるのだが、その成果が日の目を見るのはまだまだ先だと考えていた。しかしながら、技術的な議論の場にのっぴきならない状況が生じつつあることや、あれこれ理由をつけて知識の公開を先延ばしにしてもさほど良い効果は期待できないだろうといった理由から、こうして差分に関する研究を逐次、散文・随筆形式で記録していこうと思い至った次第である。
なお、この研究は @pokarim との共同研究である。共同研究とは言いつつ、貢献の大半は、いや重要なところはほぼすべて @pokarim によって提供されたといって過言ではない。どのように研究が進展していったか、書ける部分については必要に応じて書いていきたいと思う。
現時点で得られている成果から考えるならば、まず差分の形式的定義から始めて、それからそれがどういった性質を持つのか、あるいはプログラミングにおいてどのように役立つのか、といったことを説明すべきなのかもしれないが、応用はおろか基礎についても十分に探索されていない現時点で、そういった順序の説明はむしろ要らぬ誤解を与える恐れがある。また、無味乾燥な形式的定義からは、その動機や必然性、歴史的経緯といったものが理解されにくいことも考えられる。したがって、ここではむしろ、ある程度時系列を考慮に入れるつもりだが、基本的には私の思うままに書いていこうと思う。そのほうが結果的に差分についての正確な理解に繋がるだろう。
ところで、研究者でもない人間が自身の活動を「研究」と称することに違和感を覚える方もいるかもしれない。自分としてはこの研究がアカデミックにおける「研究」に該当するか否かは全く興味がなく、ましてや自分を研究者だとも思っていない。ただ、適切な言葉が見つからなかっただけだ。研究という言葉が気になるなら「探求」とか「探索」とか「夏休みの自由研究」とでも読み替えていただきたい。
宣言的言語の罠
私が差分に至るきっかけとなったのは高精度コード補完機能の研究開発であった。この研究開発は宣言的言語に取り憑かれるあまり、道半ばで諦めるというか要するに失敗したわけだが、差分に至る上で良い影響を与えたのは間違いない。幸運なことに、失敗するにしても正しく失敗できたのだ。具体的な失敗の経緯はそのうち書くつもりだが、ここではなぜ宣言的言語が罠たりえるのか説明したいと思う。
当時の私は差分を明示的に扱うという発想を持っておらず、むしろ技術的な趣向としては宣言的な記述を好み、宣言的な記述が主で（主に計算効率のための）差分は従だと考えていた。その上、差分は開発者から隠蔽されているほうが良いと考えていた。そうしたほうがブラックボックス内で最適化する余地があるだろうと考えたからだ。要は、問題を宣言的に記述するところまではこちらでやるから、あとは機械が良きに計らえ、ということだ。魅力的なアイデアに感じられるかもしれないが（実際私は魅力的に感じた）、これは大変よくある間違いなのだ。
アカデミックの世界ではそういった研究がごろごろ転がっている。典型的なものは、通常の書き方でプログラムを書けば自動的にインクリメンタル版を導出しますよ、というものだ。言うまでもないことだがそういった研究はことごとく失敗している。性能がでないのが最大の理由なのだが、実務的にもそこはボトルネックにならないからである。そもそも大抵の場合、バッチ版1を書くかインクリメンタル版を書くか暗黙的に決まっていることが多い。
たとえばわれわれは、データベースにブログ記事を保存する処理をデータベースに対するインクリメンタルな処理だとは考えていない。バッチの観点から見れば、データベースのスナップショットは、個々のイベントを畳み込んだ結果に他ならないのだが、ブログシステムを作っているときに普通はそう考えない。要するに、われわれはバッチ版とインクリメンタル版のどちらを主とするか処理に応じて暗黙のうちに切り替えているのだ。問題はどちらの場合にもほとんど共通の道具立てで対応している現状である。インクリメンタルな処理を記述するには、それに適した道具立てが存在するはずだ。意外なことにこの観点に基づいた探索はほとんどされていなかった。
そういうわけで、宣言的言語の理想を追い求めるまえに、インクリメンタルな処理を記述するためのごく低レベルな道具をまずは揃えようではないか、という発想に至るわけである。そしてそれが今回のテーマである差分なのだ。ところで、この発想に至るまでに数多くの宣言的言語の罠を回避せねばならなかったことは付言する価値があるだろう。どのような困難があったかは折に触れて書いていきたいと思う。
ここでは「インクリメンタル」の対義語として「バッチ」を使っているが適切な用語があるかもしれない↩