do Notation Equivalents in JVM languages: Scala, Kotlin, Clojure

Haskellでお馴染みのdo記法(do notation)がJVM言語Scala, Kotlin, Clojureでは言語機能やライブラリ実装としてどのように実現されているか、簡単に探ってみよう。

1. do Notation Equivalents in JVM languages: Scala, Kotlin, Clojure 1
2. のシニアエンジニア スタートアップの起業家と投資家のための業務効 率化 連携プラットフォームを開発している 主要技術スタック の運営企業 などの関数型⾔語と関数型プログ ラミングの実践が好き と ⾔語での開発実務 に⻑く取り組んできた lagénorhynque カマイルカ 株式会社スマートラウンド 2
3. での発表テーマ JJUG CCC 2024 Fall map関数の内部実装から探るJVM⾔語のコレクション 3
4. Haskellの do 記法 4
5. モナドを扱い始めると >>= (bind)演算⼦がネストして いく(⼀種のcallback hell) 先⾏する計算の⽂脈を引き継ぐという意味では⾃然な 表現かも 読み書きにはあまり優しくないが λ> :{ λ| -- 例としてMaybe λ| Just 2 >>= \x -> λ| Just 10 >>= \y -> λ| return $ x ^ y λ| :} Just 1024 it :: Num b => Maybe b 5
6. 簡潔に書き換える構⽂として do 記法がある のように ネストしたコードではなく 命令型の プログラム⾵のフラットなコードになる λ> :{ λ| do λ| x <- Just 2 λ| y <- Just 10 λ| return $ x ^ y λ| :} Just 1024 it :: Num b => Maybe b λ> :{ -- リストに対しても同様に λ| do λ| x <- [1, 2, 3] λ| y <- [4, 5] λ| return $ x * y λ| :} [4,5,8,10,12,15] it :: Num b => [b]
7. Scalaの場合 7
8. モナドに相当する構造を扱い始めると flatMap, map がネストしていく // 例としてOption scala> Some(2).flatMap(x => | Some(10).map(y => | scala.math.pow(x, y).toInt | ) | ) val res0: Option[Int] = Some(1024) 8
9. 簡潔に書き換える構⽂として for 式がある scala> for | x <- Some(2) | y <- Some(10) | yield scala.math.pow(x, y).toInt val res1: Option[Int] = Some(1024) // Seqに対しても同様に scala> for | x <- Seq(1, 2, 3) | y <- Seq(4, 5) | yield x * y val res2: Seq[Int] = List(4, 5, 8, 10, 12, 15) 9
10. Kotlinの場合 10
11. nullable (nullになりうる値)に対して >>> import kotlin.math.pow >>> (2.0 as Double?)?.let { x -> ... (10.0 as Double?)?.let { y -> ... x.pow(y).toInt() ... } ... } res1: kotlin.Int = 1024 11
12. Iterableに対して >>> listOf(1, 2, 3).flatMap { x -> ... listOf(4, 5).map { y -> ... x * y ... } ... } res2: kotlin.collections.List<kotlin.Int> = [4, 5, 8, 10, 12, 15] 12
13. ライブラリ の 関数を利⽤する Arrow nullable import arrow.core.raise.nullable import kotlin.math.pow nullable { val x = (2.0 as Double?).bind() val y = (10.0 as Double?).bind() x.pow(y).toInt() } 13
14. ライブラリでの実例 らしく関数型の設計パターンを実装し ているライブラリ 関数 関数 関数 関数 関数 モナドライブラリ 関数 14
15. Clojureの場合 15
16. nilable (nilになりうる値)に対して user> (when-let [x 2] (when-let [y 10] (long (clojure.math/pow x y)))) 1024 16
17. seqable (シーケンス化できる値)に対して ;; mapcat (= map + concat)とmap user> (mapcat (fn [x] (map (fn [y] (* x y)) [4 5])) [1 2 3]) (4 5 8 10 12 15) ;; forマクロ(内包表記) user> (for [x [1 2 3] y [4 5]] (* x y)) (4 5 8 10 12 15) 17
18. モナドをプロトコルとして抽象化してみる (defprotocol Monad (return [this x]) (bind [this f m])) 18
19. do記法相当の構⽂をマクロとして定義する (defmacro mlet [monad bindings & body] (if-some [[sym m & bindings] (seq bindings)] `(bind ~monad (fn [~sym] (mlet ~monad ~bindings ~@body)) ~m) `(return ~monad (do ~@body)))) 19
20. Monad プロトコルのメソッドに対する実装を与える ;; nilableに対する実装 (def nilable-monad (reify Monad (return [_ x] (identity x)) (bind [_ f m] (when (some? m) (f m))))) ;; seqableに対する実装 (def seqable-monad (reify Monad (return [_ x] (list x)) (bind [_ f m] (mapcat f m)))) 20
21. mlet マクロを使ってみる ;; nilable値の場合 do-notation> (mlet nilable-monad [x 2 y 10] (long (clojure.math/pow x y))) 1024 ;; seqable値の場合 do-notation> (mlet seqable-monad [x [1 2 3] y [4 5]] (* x y)) (4 5 8 10 12 15) 21
22. mlet マクロを使った式を展開してみる do-notation> (clojure.walk/macroexpand-all '(mlet ...省略...)) (do-notation/bind nilable-monad (fn* ([x] (do-notation/bind nilable-monad (fn* ([y] (do-notation/return nilable-monad (do (long (clojure.math/pow x y)))))) 10))) 2) 22
23. ライブラリでの実例 の 実装 マクロ モナドライブラリ マクロ モナドを含む 圏論に由来する抽象 を扱うライブラリ マクロ 23
24. の 記法、 の 式が他⾔語でも たまにほしくなる メタプログラミングによる 構築は楽しい 24
25. Further Reading Haskell Scala 25
26. Kotlin 26
27. Clojure ドクセル 27