Mojo入門 (2) - Mojo言語の基本

以下の記事が面白かったので、かるくまとめました。

・Mojo language basics

前回

1. Mojo言語の基本

「Mojo」は、「Rust」「C++」などの他のシステム言語と多くの共通点がありますが、「Pythonのスーパーセット」になるよう設計されているため、「Python」の機能や概念の多くは、「Mojo」にうまく反映されています。

(1) Pythonパッケージからコードをインポートして実行することが可能。
(2) Pythonと同様に REPL や Jupyte Notebook でトップレベルでのコード実行が可能。

ただし、「Mojo」は新しい言語であり、Pythonの新実装ではありません。「Mojo」は、システムプログラミング機能、強力な型チェック、メモリ安全性、次世代コンパイラなどを備え、Pythonをまったく新しいレベルに引き上げます。

2. Mojoプログラム

「Mojo」はコンパイル言語であり、パフォーマンスとメモリ安全性の多くはこの事実から派生しています。

「Mojoプログラム」 (.mojo または .🔥 ファイル) は、AOT (ahead-of-time) または JIT (just-in-time) でコンパイルできます。他のコンパイル言語と同様、プログラムへのエントリポイントとして fn main() が必要です。

fn main():
    var x: Int = 1
    x += 1
    print(x)

Pythonと同様の def main() も利用できますが、fn main() を使用すると動作が少し異なります。「Mojoプログラム」ではなく「Mojoモジュール」 (APIライブラリ) では、インポートするため、main() は必要ありません。

3. 構文とセマンティクス

「Mojo」は Pythonの構文とセマンティクスをすべてサポートしています。ただし、「Mojo」はまだ開発中であるため、Pythonの機能のうち、「Mojo」にまだ実装されていないものがいくつかあります (詳しくは「Mojo roadmap」を参照)。不足している Python機能はすべて間もなく提供される予定です。

さらに、「Mojo」にはPython機能を超える多くの機能が含まれています。

4. 関数

Mojoの関数は、fn (上記) または def (Python と同様) で定義します。fnは、厳密に型指定されたメモリセーフな動作を強制するのに対し、def は Pythonスタイルの動的を提供します。

fn と def にはそれぞれの価値があるため、両方学習することが重要です (詳しくは「programming manual」を参照)。

5. 変数

Mojoの変数は、var で可変値、または let で不変値を定義します。

fn do_math():
    let x: Int = 1
    let y = 2
    print(x + y)

do_math()

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6. 関数の引数と戻り値

関数 fn の引数と戻り値には、型が必要です。

引数を不変 (borrowed) にしたい場合は、引数の頭に borrowed を指定、または何も指定しない (デフォルト) ようにします。

fn add(x: Int, y: Int) -> Int:
    return x + y

z = add(1, 2)
print(z)

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引数を可変 (inout) にしたい場合は、引数の頭に inout を指定します。この引数は、関数内で変更でき、その変更が関数外に反映されます。

fn add_inout(inout x: Int, inout y: Int) -> Int:
    x += 1
    y += 1
    return x + y

var a = 1
var b = 2
c = add_inout(a, b)
print(a)
print(b)
print(c)

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5

引数を所有者 (owned) にしたい場合は、引数の頭に owned を指定します。この引数は、関数内で変更できますが、その変更は関数外に反映されません。

fn set_fire(owned text: String) -> String:
    text += "🔥"
    return text

fn mojo():
    let a: String = "mojo"
    let b = set_fire(a)
    print(a)
    print(b)

mojo()

mojo
mojo🔥

ただし、関数に値の所有権を与え、コピーを作成したくない場合 (型によってはコストのかかる操作になる可能性がある)、関数にaを渡すときに ^ “transfer” 演算子を指定できます。 transfer 演算子は事実上、ローカル変数名を破壊します。後でそれを呼び出そうとすると、コンパイラエラーが発生します。

   let b = set_fire(a^)

【注意】現在、Mojo は関数が値を返すときに常にコピーを作成します。

7. 構造体

Mojoの構造体は、Pythonのクラスに似ています。どちらもメソッド、フィールド、演算子のオーバーロード、メタプログラミング用のデコレータなどをサポートしています。ただし、Mojoの構造体は完全に静的であり、コンパイル時にバインドされます。動的なものは許可されません。

構造体の例は、次のとおりです。

struct MyPair:
    var first: Int
    var second: Int

    fn __init__(inout self, first: Int, second: Int):
        self.first = first
        self.second = second
    
    fn dump(self):
        print(self.first, self.second)

使用方法は、次のとおりです。

let mine = MyPair(2, 4)
mine.dump()

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8. Pythonのインテグレーション

Mojoはまだ開発中であり、Pythonの完全なスーパーセットではありませんが、既存のPythonコードをすぐに活用できます。内部ではCPythonインタープリタを使用してPythonコードを実行します。

NumPyをインポートして使用する例は、次のとおりです。Pythonのnumpy はインストールされている必要があります。

from python import Python

let np = Python.import_module("numpy")

ar = np.arange(15).reshape(3, 5)
print(ar)
print(ar.shape)

[[ 0  1  2  3  4]
 [ 5  6  7  8  9]
 [10 11 12 13 14]]
(3, 5)

【注意】Mojoをインストールすると、インストーラはMojoで使用する Pythonのバージョンをシステムで検索し、そのパスを modular.cfg に追加します。 MOJO_PYTHON_LIBRARY 環境変数で、MojoのPythonライブラリへのパスをオーバーライドすることができます。

次回

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