GHC の線形型プロトタイプのお試し環境を作る

Posted on 金 28 6月 2019 in プログラミング言語

現在， GHC に線形型の追加提案が出ている．その提案に合わせて，プロトタイプも公開されている．内容はあまり詳しく追ってないけど，お試し環境は作ってみたのでその備忘録．

線形型プロトタイプ実装

線形型の提案は， GHC Proposals (https://github.com/ghc-proposals/ghc-proposals/pull/111) で議論されている． https://arxiv.org/abs/1710.09756 の話を元にしているらしい．プロトタイプ実装は， Tweag の GHC フォーク (https://github.com/tweag/ghc) 内の linear-types ブランチで公開されている．

後，このプロトタイプを前提として，線形型用の base 代替パッケージ， linear-base パッケージ (https://github.com/tweag/linear-base) も公開されている．中には

Prelude.Linear : Prelude の線形型版．色んな常用関数を線形型用に型を変えて提供してる．
Control.Monad.Linear : 線形型版のモナドを提供してる．
Control.Monad.Linear.Builder : 線形型版のモナドを RebindableSyntax によって do 構文で使えるようにするためのデータを提供する．
System.IO.Linear : IO モナドを線形型を使って厳密に定義し直したやつを提供する．
System.IO.Resource : リソース管理を線形型を使って型安全に行う仕組みを提供する．
Unsafe.Linear : 線形型と普通の関数型のキャストを提供する．

みたいなモジュールがある (これが全部ではない)．

プロトタイプの利用は GHC のビルドが必要だが，時間が相当かかるため，公開されてる Docker イメージで Stack の連動機能を使うことが推奨されている．

お試し Docker 環境を作る

ただ， Stack の連動機能を使わないで直接 Cabal を使って試したかったのでその環境を作った．公開されてる Docker イメージに， cabal-install を突っ込んで， linear-base パッケージを落としてきた状態にしただけだけど．

まず，次の Dockerfile を用意する:

FROM tweag/linear-types:latest

ENV CABAL_WORKDIR="/root"

RUN apt-get update \
 && DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -y curl \
 && mkdir -p "${CABAL_WORKDIR}/.ghcup/bin" \
 && curl https://gitlab.haskell.org/haskell/ghcup/raw/master/ghcup > "${CABAL_WORKDIR}/.ghcup/bin/ghcup" \
 && chmod +x "${CABAL_WORKDIR}/.ghcup/bin/ghcup" \
 && "${CABAL_WORKDIR}/.ghcup/bin/ghcup" install-cabal \
 && apt-get remove -y curl \
 && apt-get autoremove -y \
 && rm -rf /var/lib/apt/*

ENV PATH="${CABAL_WORKDIR}/.ghcup/bin:${CABAL_WORKDIR}/.cabal/bin:$PATH"

ADD assets/Main.hs ${CABAL_WORKDIR}/Main.hs
ADD assets/cabal.project ${CABAL_WORKDIR}/cabal.project
ADD assets/playground.cabal ${CABAL_WORKDIR}/playground.cabal

WORKDIR ${CABAL_WORKDIR}

RUN mkdir -p src \
 && cabal new-update \
 && cabal new-build

ENTRYPOINT ["cabal"]
CMD ["new-repl"]

tweag/linear-types が公開されてる Docker イメージで， Docker Hub に上がってる．こいつに ghcup で cabal-install を入れてるだけ．後適当に次のファイルも用意しとく:

$ cat assets/Main.hs
module Main where

main :: IO ()
main = putStrLn "Hello"
$ cat assets/cabal.project
source-repository-package
  type: git
  location: https://github.com/tweag/linear-base.git

packages: ./
$ cat assets/playground.cabal
cabal-version: 2.4

name: playground
version: 0.0.0.1
build-type: Simple

common general
  autogen-modules:
    Paths_playground
  other-modules:
    Paths_playground
  build-depends:
    base >= 4.7 && < 5,

    linear-base
  ghc-options:
    -Wall
    -Wcompat
    -Wincomplete-uni-patterns
    -Wincomplete-record-updates
    -Wredundant-constraints
    -Wpartial-fields

    -fprint-explicit-foralls
    -fprint-potential-instances
    -frefinement-level-hole-fits=1

    -dcore-lint
  default-language: Haskell2010

executable playground
  import: general
  hs-source-dirs: .
  main-is: Main.hs

後は，イメージをビルドして tty 有効で起動してやると， linear-base が入った環境で REPL で色々できる．適当に docker-compose.yml も作っておく:

version: '3'

services:
  playground:
    build: .
    volumes:
      - ./Main.hs:/root/Main.hs
    entrypoint: bash
    command: ["-c", "tail -f /var/log/lastlog"]

これで，カレントディレクトリに Main.hs を作って， Docker イメージ内でビルドしたり，読み込んだ状態で REPL 起動したりできる:

docker-compose up -d
docker-compose exec playground cabal new-build # ビルド
docker-compose exec playground cabal new-repl  # REPL 起動

動作確認

試しに，ちょっとしたサンプルを書いて動かしてみる．以下のようなサンプルを Main.hs として用意した:

{-# LANGUAGE BlockArguments    #-}
{-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
{-# LANGUAGE RebindableSyntax  #-}
{-# LANGUAGE RecordWildCards   #-}

module Main where

import           Prelude                      hiding (Monad(..), MonadFail(..))
import           Prelude.Linear               (Unrestricted(..))
import qualified Control.Monad.Linear.Builder as Linear
import qualified System.IO                    as System
import qualified System.IO.Resource           as RIO
import           Data.String                  (fromString)

main :: IO ()
main = RIO.run $ writeSomething "something.txt"

writeSomething :: FilePath -> RIO.RIO (Unrestricted ())
writeSomething path = do
    h0 <- RIO.openFile path System.WriteMode
    h1 <- RIO.hPutStr h0 "some"
    h2 <- RIO.hPutStr h1 "thing"
    RIO.hClose h2
    return (Unrestricted ())
  where
    Linear.Builder{..} = Linear.monadBuilder

こいつを REPL で動かしてみる:

$ docker-compose exec playground cabal new-repl
>>> :m Main
>>> main
>>> readFile "something.txt"
"something"
>>> :q

ちゃんと動いてそう．なお，フルセットは https://github.com/mizunashi-mana/docker-ghc-linear-types に上げた．

まとめ

線形型を試す環境を手に入れた．時間があったら色々試したいと思う．

Prelude.Linear が色々 Prelude の記号と被せてきてるのは，正直微妙な気がする． const とかはともかく演算子は名前変えて欲しい感がある．

線形型プロトタイプ実装

お試し Docker 環境を作る

動作確認

まとめ

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