Haskell - GHC for iOS : 既存のSwiftプロジェクトにHaskellで作った関数をさくっと組み込む

動機

Swiftでそこそこ普通の大きさのアプリケーションを書いてきたのですが、いかんせん遅い。どうも配列とか構造体とかの実装がまだ成熟しておらず、超高速なAIを実装するにはコンパイラの最適化が…とかなんとか書こうと思ったんですが、ぶっちゃけ実行速度が遅すぎてあほかと。配列をメモリからクリアするのに永遠時間を使ってる。これがもうその手の探索やソートのアルゴリズムを酷使する一般的なアルゴリズムを高速に実行するのに致命的で、SwiftがObjective-Cより速いとするとObjective-Cって絶望的な遅さだったのかと言いたいのですが、Objective-Cはnative Cが触れるので、それがnicelyにできないSwiftはやべえということに（本当に素晴らしい物の価値がわからない愚かな僕の中だけで）なりました。本当に素晴らしい(名前すらもパクリの)言語をもっと深く味わって見るために他の言語を組み込めるようにしてみます。

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上のエントリから始まるGHC for iOSの一連の記事でHaskellをObjective-CベースのiPhoneアプリケーションに組み込んで使うことができるようになったので、今度はその遅さに悩んでいるSwiftベースのアプリケーションに組み込んでみることにしました。

今回の目標は

ものすごく簡単な関数をHaskellで書いて、それをSwiftから呼び出せるようにしてみます。

今回呼び出す関数は

plus10 :: Int -> IO Int
plus10 i = do
    putStrLn "Called!"
    return $ i + 10

です。なんもしない関数ですね。

まずはお決まりのghc-ios用xcodeプロジェクトの設定

HaskelliOS.xcconfigをプロジェクトにコピーします。

Info -> Configurations を両方HaskelliOSに変更

PROJECT -> Build Settings -> Architectures -> Build Active Architecture OnlyをすべてNOに

そして追加で libconv*.dylibを追加

libconvがないとリンカが通らないので適当にlibconv*.dylibをすべて追加しておきます。

まずはghc-iosでバイナリとスタブヘッダを作ります。

ソースコードはFFIを使ってこんな感じに:

{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}
module Counter where
import Control.Monad

foreign export ccall plus10 :: Int -> IO Int

plus10 :: Int -> IO Int
plus10 i = do
    putStrLn "Called!"
    return $ i + 10

という感じでplus10をforeign export ccallしておきます。そうするとこの関数の呼び出しがスタブヘッダに出てきます。モジュール名は適当です。ghc-iosの例をそのまま改変したのでモジュール名が残っています。

HaskellプロジェクトはXcodeのプロジェクトルート直下にディレクトリを掘ってその中にIntelliJプロジェクトまるごと入れておくと全部簡単にGithubにプッシュできておすすめです。

これをビルドしてhoge.aファイルとhoge_stub.hを作ります。

$ ghc-ios src/*.hs
[1 of 1] Compiling Counter          ( src/Main.hs, build/arm/Counter.o )
Linking build/arm/Main.a ...
[1 of 1] Compiling Counter          ( src/Main.hs, build/i386/Counter.o )
Linking build/i386/Main.a ...

これで出来上がりです。

ビルドしたものをXcodeにコピーします。

使えるようにincludeします。

普通にSwiftからはimportできないのでブリッジヘッダにimportをします。

ブリッジヘッダの名前は<プロジェクト名>-Bridging-Header.hとします。

#ifndef FlatReversi_FlatReversi_Bridging_Header_h
#define FlatReversi_FlatReversi_Bridging_Header_h

#import "intrinsics.h"
#import "HsFFI.h"
#import "Counter_stub.h"

#endif

こんな感じでHsFFI.hとCounter_stub.h(ファイル名は環境に合わせてください)をインポートします。

HsFFI.hはHaskellシステムを初期化するコードの呼び出しに必要です。

hs_initを呼び出してHaskellシステムを初期化する。

hs_initを呼び出すまではHaskellの関数を呼び出すことはできません。万が一呼び出すとそのままエラーメッセージとともに停止します。

呼び出す場所はなるべくアプリケーションの初期化場所に近いところがいいのですが、それほど初期化地点に拘る必要は今のところありません。最初のHaskell関数の呼び出し前であればどこでも構いません。なのでAppDelegateの中で呼び出すのがよいでしょう。

import UIKit

@asmname("hs_init")
    func hs_init(UnsafePointer<String>, UnsafePointer<Int>)

@UIApplicationMain
class AppDelegate: UIResponder, UIApplicationDelegate {

    var window: UIWindow?


    func application(application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [NSObject: AnyObject]?) -> Bool {
        // Override point for customization after application launch.
        hs_init(nil, nil);
        NSLog("hs_init initialized!");
        return true
    }
...

という感じで (1) hs_initをSwift内で使えるように宣言し、(2) 実際に呼び出しをします。

@asmnameでC関数を使えるようにします。asmname()のカッコの中にはCヘッダ内の関数の名前を、その次の行にはその関数をどのようにSwift内にエクスポートするかを指定します。

hs_initはHsFFI.hでみてみると

extern void hs_init     (int *argc, char **argv[]);

なので、第一引数はUnsafeMutablePointer<int>とします。第二引数はUnsafeMutablePointer<String>とします。constついていないのでMutableにします。

hs_init(nil, nil)で呼び出します。なのでMutableは（結局）どっちでも大丈夫です。なんやねん。

作った関数plus10を呼び出す。

同じ要領で上で書いた関数を呼び出してみます。再掲すると

plus10 :: Int -> IO Int
plus10 i = do
    putStrLn "Called!"
    return $ i + 10

です。Swift風に言うと型はInt -> Intです。なので

import Foundation

@asmname("plus10")
    func plus10(Int) -> Int

class SearchEvalPlayer: ComputerPlayer {

とグローバルで関数を宣言します。

使う場所では普通の関数とかわりなく使えます(この例では返り値使ってないですね)。

    override func think() {
        NSLog("Start thinking")

        plus10(20)

        var retx = 0
        var rety = 0
...

と呼び出します。

できた！

次は

これは私のオセロプログラムのAIロジックの一部です。この部分をHaskellで置き換えてどのくらい早く賢くできるかを試してみます。

Haskellでオセロを考えさせるためには盤面とプレイ情報を渡さなければいけません。どのようにするかを考えながら実装をしてみます。