すべてをRacketに取り込もう！ ~Racket FFI と Package システムの使い方~

すべてを Racket に取り込もう！
∼Racket FFI と Package システムの使い方∼

菱沼和弘 (@kazh98)
明治大学理工学部情報科学科数理最適化研究室
URL: http://www.mo.cs.meiji.ac.jp/kaz/

K. Hishinuma


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Let’s Introduction

数学徒の苦悩

マスハラという言葉を
ご存知ですか？

K. Hishinuma


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[複名/U] マスハラ (mathematical harassment)

U : 数学徒,
V ⊂ U : 精神的苦痛を感じている数学徒,
T : U → U, 数学的を用いた言動.

T がマスハラである.
⇐⇒ ∃x ∈ U : T x ∈ V.
def

※このスライドもマスハラかもしれない

K. Hishinuma


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例. 水面上のマスハラ

「ちょっとそれ証明してよ」
「本当にそれ定義から言えるの？」
「・・・(板書への無言の視線)」

K. Hishinuma


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しかし！

ＣＳ系数学徒には、
知られざる水面下のマスハラ
もあるのです！！！

K. Hishinuma


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例. 水面下のマスハラ

「数値計算なら FORTRAN 使わなきゃ」
「FORTRAN に良いライブラリがあるよ∼」

README: Available for Fortran77

K. Hishinuma


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FORTRAN 地獄

いつまでそんな太古の言語を
使っているんだ！！

K. Hishinuma


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備考

Fortran (1957–)
Lisp (1958–)
……やばい、そんなに違いない

K. Hishinuma


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ということで、

///////////////
過去の遺産人類の叡智を、
1 年未来の言語から
呼びだそう！！
Lisp で書くことに
幸せを感じる人間もいるのです

K. Hishinuma


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Racket Foreign Interface

Racket FFI

C 言語向けのライブラリを Racket から叩ける機能。
base パッケージにより標準提供。

FFI 機能の利用

(require ffi/unsafe ffi/unsafe/define)
(require ffi/vector) ; 配列型を扱う場合

K. Hishinuma


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ということは？

FORTRAN ライブラリ
→ C インターフェイス
→ Racket FFI
で、Racket から呼び出せる！！！
K. Hishinuma


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BLAS の Racket インターフェイスを書いてみた

成果物は、Github:
https://github.com/kazh98/blas
で公開しています。
※ Lv1 呼び出しのみ完成

K. Hishinuma


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ライブラリのロード
ライブラリのロードには、ffi-lib 関数を用いる。

ﬃ-lib 関数

(ffi-lib ライブラリ名 #:fail 失敗時手続き)
ライブラリ名ロードするライブラリの名前 (e.g. libc)
失敗時手続きロード失敗時に呼び出される thunk

戻り値 FFI オブジェクトを返す。
これを define-ffi-definer 構文で捕捉すると、
FFI 定義子が手に入る。

K. Hishinuma


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例. ライブラリのロード

(define-ffi-definer define-cblas
(ffi-lib libcblas #:fail (lambda ()
(ffi-lib libgslcblas))))
ライブラリ名 libcblas，libgslcblas を順に探す。
以後、define-cblas 構文が、FFI 定義子となる。

K. Hishinuma


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インターフェイス定義
FFI 定義子 define-cblas を使って、
ライブラリ関数へのインターフェイスを定義する。
C 言語のプロトタイプ宣言に相当。

deﬁne-cblas 構文

(define-cblas 名前型)
名前ライブラリからインターフェイスを張る関数名
型ライブラリから張られる関数の型

(_fun 引数型 1 引数型 2 ... - 戻り値型)

K. Hishinuma


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インターフェイス定義型

C 言語
int
unsigned int
double
size_t
intptr_t
void*
char*

Racket
_int
_uint
_double*
_size
_intptr
_pointer
_string

C 言語
int32_t*
int64_t*
double*

Racket
_s32vector
_s64vector
_f64vector

呼び出し時には、スカラ型は対応する Racket の値を、
配列型は対応する SRFI-4 のベクタを用いればよい。

K. Hishinuma


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例. インターフェイス定義
言語プロトタイプ宣言 (cblas.h)
C

double cblas_dnrm2(const int N,
const double *X, const int incX);

↓

Racket インターフェイス定義

(define-cblas cblas_dnrm2
(_fun _int _f64vector _int - _double))

これで、cblas_dnrm2 が普通の関数同様に呼び出せる。
K. Hishinuma


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FFI 完成

(require math/cblas ffi/vector)
(cblas_dnrm2 2 (f64vector 3.0 4.0) 1)
;= 5.0

K. Hishinuma


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Package Management

再利用可能のために

Racket 新機能の Package システムで、
標準に準拠した 1 ライブラリを書こう！

1

http://pkgs.racket-lang.org/ で公開できる
K. Hishinuma


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Package Management

ライブラリ作成の手順

1

2

3

ファイルの配置と provide
info.rkt の作成
Github で公開

K. Hishinuma


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Package Management

ファイルの配置

(require [パッケージ名]/[ライブラリ名])
で読み込まれるライブラリを、
/[パッケージ名]/[ライブラリ名].rkt
に配置する。

今回の例
/math/blas.rkt
/math/cblas.rkt

K. Hishinuma


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Package Management

provide の宣言
provide 構文を用いて、
外部参照可能な関数を指定する。

今回の例
(provide
cblas_dswap cblas_dscal cblas_dcopy cblas_daxpy
cblas_ddot cblas_dnrm2 cblas_dasum cblas_idamax)

※ FFI インターフェイスは、Racket 上では単なる手続きなので、
それらと同様にしてよい。

K. Hishinuma


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Package Management

みなさま

お気づきでしょうか・・・
悲劇に向かって
直進してきたことを。

K. Hishinuma


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Package Management

なんということをしてくれたのでしょう

K. Hishinuma


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Package Management

なんということをしてくれたのでしょう！

K. Hishinuma


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Package Management

なんということをしてくれたのでしょう！！

K. Hishinuma


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Package Management

契約プログラミングへの冒涜

FFI が、関数契約生成子-と
同じ名前-を使うので、
契約付き provide など 2
ができない！！
2

see, http://www.mo.cs.meiji.ac.jp/kaz/km-iter
K. Hishinuma


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Package Management

エラーになる例

(provide
cblas_dswap cblas_dscal cblas_dcopy
(contract-out
(SWAP (- f64vector? f64vector? void?))
(SCAL (- real? f64vector? void?))
(COPY (- f64vector? f64vector? void?))))

K. Hishinuma


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Package Management

公式見解

Eli Barzilay: The Racket Foreign Interface
It’s unfortunate that this literal has the
same name as - from racket/contract,
but it’s a diﬀerent binding.
unfortunate か、それなら仕方ない。
……では済まないでしょ！！！

K. Hishinuma


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Package Management

対策

FFI インターフェイス定義のみを、
別ファイルに隔離する。
blas.rkt (require される) ライブラリ
cblas.rkt FFI 定義の隔離先

K. Hishinuma


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Package Management

info.rkt
Package のルートに、info.rkt を配置する。

info.rkt

#lang setup/infotab
(define collection ’multi)
(define version
バージョン番号)
(define deps
’(依存関係))
バージョン番号数字とピリオド区切りの文字列
依存関係依存するパッケージ名を表す文字列のリスト

K. Hishinuma


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Package Management

Github で公開
あとは、
作ったものを Github で公開すれば OK ！

% raco pkg install github://github.com/
ユーザ名/リポジトリ名/master
とか叩けば、
ライブラリをインストールできる。

K. Hishinuma


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あとがき

BLAS Interface for Racket の使用例
閉球 C := {x ∈ Rn : ∥x − c∥ ≤ r} への距離射影
{
x + ∥c−x∥−r (c − x) (∥x − c∥ r)
∥c−x∥
PC (x) :=
.
x
(Otherwise)

(require math/blas)
(define (PROJ C R X)
(let ((T (make-vect (vect-length C))) (U 0.))
(COPY C T)
(AXPY -1 X T)
(set! U (NRM2 T))
(when ( U R)
(AXPY (/ (- U R) U) T X))
X))
K. Hishinuma


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あとがき

参考文献

[1] E. Barzilay: The Racket Foreign Interface.
URI: http://docs.racket-lang.org/foreign/
[2] J. McCarthy: Package Management in Racket.
URI: http://docs.racket-lang.org/pkg/
[3] K. Hishinuma: Racket(Scheme) による Krasnosel’skii-Mann
iterations の数値実験.
URI: http://www.mo.cs.meiji.ac.jp/kaz/km-iter
[4] K. Hishinuma: K. Hishinuma: BLAS Interface for Racket.
URI: http://www.mo.cs.meiji.ac.jp/kaz/blas

K. Hishinuma


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あとがき

Thanks for your listening.

K. Hishinuma


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