2016/12/20

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の20日目です。

はじめに

前々回はASTの概要について述べ、最後にAST.FindAllメソッドを使って、ASTから指定のASTノードを検索する方法について説明しました。

前回はASTを再帰的に検索して、木構造を視覚化してみました。

今回もASTを検索する話なのですが、静的解析機能を実装するためのAST Visitorを用いる方法について説明します。が、あらかじめお断りしておきますが、静的解析の実装までは今回はたどり着きません。静的解析ツールをどう作るかorどう作られているか、ということを雰囲気で味わっていただければと。

Visitorパターン

AST Visitorの説明をする前に、まず、Visitorパターンについて簡単に。

Visitorパターン[Wikipedia]というのは、オブジェクト指向言語におけるデザインパターンの1つで、対象オブジェクトを巡回する「訪問者」クラスを定義するものです。Visitorクラスでは、対象クラスごとに行う処理を、個別にvisitメソッドをオーバーロードさせることで定義します。共通のVisitor抽象クラスを継承することで、異なる機能を持ったVisitorクラスを作ることができます。

一方、処理対象クラスには、Visitorオブジェクトを引数に受け取る、acceptメソッドを定義します。acceptメソッドでは、引数として受け取ったVisitorオブジェクトのvisitメソッドを呼ぶことで、処理を実行させます。

なお、処理対象クラスが子要素クラスを持つ場合には、acceptメソッド内で、子要素クラスのacceptメソッドを呼ぶようにします。こうしておくことで、Visitorは処理対象を再帰的に巡回できるようになります。

このように処理対象クラスから、実際に処理を行う機能をVisitorクラスとして分離することで、処理対象クラスに手を加えることなく、Visitorクラスを追加して、処理内容を増やしたりすることが可能になります。

AST Visitorの呼び出し

Visitorパターンを念頭において、AST Visitorの呼び出し方を見ていきましょう。Ast抽象クラスには、以下の2つのVisitメソッドが定義されています。

説明に入る前に注意点。メソッド名は"Visit"となっていますが、Visitorパターンでいうところの"accept"メソッドのことです。なぜメソッド名がAcceptじゃないのかは不明ですが…。

ともかく、AstクラスのVisitメソッドは、AstVisitor抽象クラスを継承したクラスのオブジェクトか、ICustomAstVisitorインターフェースを実装したクラスのいずれかを引数に取ることで、ASTに対する処理を実施します。

AstVisitor抽象クラスを継承、もしくはICustomAstVisitorインターフェースを実装することで、ASTの種類に応じた巡回処理を行うクラスを、自分で定義していきます。

AstVisitor抽象クラス

AstVisitor抽象クラスは、Visitorとしての基本的な機能があらかじめ実装されています。具体的には既に以下の機能は用意されています。

  • ASTの種類に応じたVisitメソッドの定義
    すべての種類のASTに対応するVisitメソッド(50個以上)がVirtualメソッドとして定義されています(※)。例えば、IfStatementAstに対する処理を行うための、VisitIfStatementメソッドがあります。

    ※一般的なVisitorパターンでは、Visitメソッドを対象クラス分オーバーロードさせますが、PowerShellのAstVisitorは対象クラスに応じた別名のメソッドを定義する方式です。これも理由は分かりませんが、オーバーロードにするには多すぎるからかもしれません。

  • 子ノードの再帰的な巡回
    各Visitメソッドには、ASTの子ノードに対し、再帰的にVisitメソッドを呼ぶ仕掛けがあらかじめ備わっています。
  • ノード巡回の停止
    各VisitメソッドはAstVisitAction列挙型を返却します。以下のように返却する値によって、ノード巡回の継続、停止を制御できます。
    • Continue:ノード巡回を継続(デフォルト)
    • SkipChildren:子ノードの巡回を行わない
    • StopVisit:巡回を終了する
カスタムAstVisitorクラスを作成する

以上の基本的な機能を踏まえて、AstVisitor抽象クラスを実装したカスタムVisitorクラスを作ります。C#で書くのが一般的ですが、せっかくなのでPowerShell v5で追加された、クラス構文を使って書いてみましょう。

例えば、「利用しているコマンドのリストを取得する。ただし、コマンドのパラメータ内で別コマンドを呼び出している場合は除く。」というお題を解くことを考えます。

ASTのFindAllメソッドだと、配下に含まれるすべてのCommandAstを取得してしまうので、単純にはいきません。そこでカスタムAstVisitorクラスの出番です。

このお題を実現するVisitorクラスは以下のようになるでしょう。

using namespace System.Management.Automation.Language

class GetCommandNamesVisitor : AstVisitor
{
    [string[]]$CommandNames = @()

    [AstVisitAction]VisitCommand([CommandAst]$commandAst)
    {
        $this.CommandNames += $commandAst.CommandElements[0].Extent.Text
        return [AstVisitAction]::SkipChildren
    }
}

PowerShellのクラス構文において、Virtualメソッドのオーバーライドは、単に同名のメソッドを定義するだけですので、ここではVisitCommandメソッドをオーバーライドします。

プロパティとフィールドの区別はないので、コマンド名の一覧を格納するCommandNamesプロパティは上記のような定義になります。メソッド内でクラスメンバを参照する際には$thisを用います。

作成したGetCommandNamesVisitorクラスをインスタンス化し、解析対象スクリプトブロックのASTのVisitメソッドに引数として渡します。

$scriptBlock = {
    $files = Get-ChildItem -Path (Get-Location | Split-Path -Parent) -File
    $files | 
        Sort-Object -Property LastWriteTime -Descending | 
        Select-Object -First 5
}

$visitor = New-Object GetCommandNamesVisitor
$scriptBlock.Ast.Visit($visitor)
$visitor.CommandNames

実行すると、結果は

Get-ChildItem
Sort-Object
Select-Object

のようになるかと思います。

AstVisitorクラスの具体的な実装については、PSReadLinePowerShellEditorServicesにありますので、参考にしてみてください。

ICustomAstVisitorの実装

前項で述べた、AstVisitor抽象クラスを継承したカスタムAstVisitorクラスの場合、基本的な処理を実装する必要はないですし、目的とするASTクラスに対するVisitメソッドだけオーバーライドすればいいので、非常に簡便です。

ただ、本格的にPowerShellの構文解析を行いたい場合、ノードの巡回順だとか、その他もろもろをもっと細かく自分で実装したいケースが出てきます。

そういった場合にはICustomAstVisitorインターフェースを実装したクラスを作って対応します。ICustomAstVisitorインターフェースも、AstVisitor抽象クラス同様、各ASTクラスに応じたVisitメソッドが定義されているのですが、各VisitメソッドはAstVisitAction列挙体ではなく、object型のオブジェクトを返します。つまり、自分で好きなオブジェクトを返すように定義できるわけです。

Ast.Visit(ICustomAstVisitor)はAstVisitor抽象クラスを引数に取る場合と異なり、objectを返却するのですが、このとき返却されるのは、最初に実行されたVisitメソッドの戻り値になります。

ICustomAstVisitorはインターフェースですので、処理はすべて自分で定義しなくてはなりません(※)。ノードの再帰的探索も、必要ならもちろん自前で実装する必要があります(前回紹介した、JSON化スクリプトのような処理になるかと思います)。

※ISEだとインターフェースの実装を一発で行うリファクタリング機能はないので、今回みたく実装すべきメンバがたくさんある場合は、こんな感じのひな形を作るスクリプトを使うと良いでしょう。

今回はICustomAstVisitorインターフェースを実装したクラスの実例まではご紹介できませんでしたが、興味のある方は、PSScriptAnalyzerで用いられているので参考にしてみてください。

まとめ

PowerShellのASTについてきちんと解説している記事が英語圏を含めてもあまりないようでしたので、3回に渡って、一通りの基礎知識をまとめてみました。

普通にPowerShellを使っている分には、滅多に使うことはないと思いますが、たとえばPSScriptAnalyzerカスタムルールを自分で作る場合には、ASTの知識は必須になってきますので、必要に応じて参考にしていただければ幸いです。

2016/12/01

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の1日目です。

PowerShellアドベントカレンダー、今年も始まりました。みなさまのご協力の甲斐あって、過去5年間はすべて完走していますが、今回もできれば完走を目指していく感じでまいりましょう。色々な立場の方からの視点でPowerShellを俯瞰できるこのイベント、私自身も毎年楽しんでおります。

さて、去年も2015年のPowerShellをまとめる的な記事から始めたわけですが、今年も去年に負けず劣らず、大変革の年だったと思いますので、今回も1年を振り返るところからスタートしましょう。

Bash on Ubuntu on Windows の登場

去年のPowerShell5.0登場、周辺モジュールのOSS化といった大きな動きがあってから、今年の前半は少しおとなしめ?の界隈でした(5.0のインストーラーにバグがあって一時非公開とか小騒動はありました)が、まず驚いたのがPowerShellそのものではなくて、Windowsで動くbashが登場したというトピックですね。発表があったのは今年の3月末の事です。

bashとは言わずと知れた、Linuxの標準シェルですが、これをWindows 10の"Windows Subsystem for Linux"という仕組みの上で動作するUbuntu上で動作するbashとして動作させてしまおうというものです。なので正式には"Bash on Ubuntu on Windows"という名称になります。

このbash、Windowsのシステムを管理するためのものではなく、Web等の開発用途を想定して提供されたものです。なので本来的にはPowerShellとは関係ないのですが、当初は色々と誤解が飛び交ったように思います。曰く、MSはPowerShellを捨ててやっとbashを採用した。PowerShellとは何だったのか。等々…。

これらの誤解や疑問には、PowerShellの公式ブログで、bashという新たなシェルがWindowsに追加されたが、両者は並立するものだ、PowerShellはこれからも進化するよ!といった異例の公式見解が示されたりもしました。

Bash on Ubuntu on Windowsは、後述するPowerShell 5.1とともに、8月リリースのWindows 10 Anniversary Updateで正式に利用可能となりました。

PowerShell 5.1 の登場

今年7月には、PowerShell 5.1 / WMF (Windows Management Framework 5.1)のプレビュー版が登場しました。[リリースノート]

そもそもPowerShell 5.0はWindows Server 2016のためのシェルとして開発が進められていたはずですが、先にWindows 10に同梱されたものの、2016正式版までやや時間を要すこととなりました。その間にPowerShell 5.0にはいくつかの機能や改良が加えられ、結局、5.1というバージョンが登場するに至ったものと思われます。

PowerShell 5.1は、前述の下位OS用のプレビュー版の他、今年8月初めのWindows 10 Anniversary Updateという大型アップデート適用で使えるようになりました。そしてその後、今年10月に正式版が登場したWindows Server 2016にも(もちろん)同梱されました。

5.1ではローカルユーザーやグループを扱うコマンドレット等が(ようやく?)追加されたりもしています。が、一番大きな変更点は、Windows Server 2016に追加された新機能である、Nano Server用のPowerShellが、従来のPowerShellと分離した点でしょう。

従来の、.NET Frameworkで動くフル機能のPowerShellは、5.1からは"Desktop Edition"と呼ばれます。対して、コンテナに最適化させるため、フットプリントを最小にしたNano Server(や、Windows IoT等)で動作するコンパクトなサブセット、"Core Edition"が新たに登場しました。

Core Editionは、.NET Frameworkのコア部分を実装した、.NET Core上で動作します。ちなみに.NET CoreはOSS(オープンソースソフトウェア)となっています。

Core Editionはサブセット版というだけあって、今となっては若干レガシーにもなった一部のコマンドレットが使えないことを初め、いくつかの制限事項もありますが、概ね、Nano Serverの管理に必要十分な機能を保っているのではないかと個人的には思っています。

PowerShell オープンソース化

今年、PowerShell界をもっとも震撼させたニュース、それは間違いなく、今年8月に実施された、PowerShellのオープンソース化でしょう[GitHub]。周辺モジュールのOSS化など、これまでの流れからいくと、確かに本体OSS化の機運は高まっているように個人的にも感じていましたが、OSS化するとしてもCore Edition部分止まりだろうなーと思っていたら、まさかのDesktop Editionを含んだ全体だったので驚きました。

そしてOSS化の副産物(と個人的には感じる)である、PowerShell on Linux、PowerShell on Macが登場しました。これも一部の方、特にWindowsやMicrosoft製品を普段あまり使われない方に、割と大きなインパクトを与えていたように思います。

PowerShellがオープンソースになったこと、"PowerShell for every system!"になったことの意義についてはちょっと語りつくすには時間が足り無さそうですが、敢えて現実ベースの話を先にすると、一般ユーザー(PowerShellをシステム管理に用いている管理者)にとって、すぐに世界が変化するかというとそうではないんじゃないかという気がしています。

というのも、現在のところOSS版のPowerShellのバージョンは「6.0」とされているものの、まだα版の段階で、基本機能はほぼほぼ5.1と変わらないです。OSS版が改良されても、別に今Windowsで使っているPowerShellがすぐに強くなるわけではありません(現在のところ、サイドバイサイドでインストールする)。オープンソース、マルチプラットフォーム展開を始めたといっても、それは現在の所、PowerShell本体とコアモジュールに留まっていて、コマンド数もたかだか数百個程度でしょう(もうちょっとあるかな?)。PowerShellでOS、サーバー、アプリ、インフラを管理するには、専用のコマンドが山ほど必要になってきますが、それらは今まで通り、Windowsの製品にしか含まれないものです。そのような状況で、たとえばLinuxを管理するのには自分でコマンドを作るか、普通にLinuxのコマンドを呼ぶか…あれそれって別に普通のシェルスクリプトでいいんじゃ…とか。

今後は、OSS側での成果が、Windows / Windows Server上のPowerShellに反映され、両者は一本化される、はず、です、たぶん、が、それはまだアナウンスもなく、いつ、どのような形でもたらされるかは不明と云わざるを得ません。

もちろん、この状況はあくまで現時点の状況です。ゆくゆくはPowerShellで、WindowsもLinuxもMacも一貫したコマンド&スクリプトで管理できる日が来るかもしれませんね。現在のところは、PowerShellの謎挙動に遭遇したとき、ソースを合法的に眺めて思いを馳せることができるようになったのが大きいかと個人的には思います。もちろん腕に覚えのある方は、(ルールに従って)どしどしプルリクエストを投げて、PowerShellを自ら育てていただければな、と思います。

PowerShell 10周年

とまぁ、激動の1年が終わりかけた先日の11/14には、PowerShell 1.0が登場してちょうど10年ということで、PowerShell10周年イベントがあったりしました。思えば遠くへ来たものですね。

さてさて、PowerShellを取り巻く状況は刻一刻と変化し、去年と今年ではその傾向が顕著です。おそらく節目の年である今年の最後を飾ることになる、PowerShell Advent Calendar 2016を、どうぞよろしくお願い致します。

2016/09/18

デモ用スクリプトダウンロード

8/27、コンピュータの舞台裏 (第7回) で行った、「PowerShellで始めるWindows 自動化入門」というセッションの資料を公開します。とても遅くなってすみません。

コンピュータの舞台裏は、コンピュータの仕組み、基礎の部分から扱う勉強会ですので、私の方からは、自動化ってそもそも何がうれしいの?というところから話をさせていただきました。

コンピュータの自動化手法として、プログラム言語やスクリプト言語を利用する方法がまず挙げられると思いますが、昨今は無料で使える言語がたくさんあります。その中でも、「システム管理用」を銘打つPowerShellは、システムの構成要素として重要な「ファイル」を扱うことにかけては、強力かつ簡単だと思います。というわけで、目の前のコンピュータの自動化の第一歩として、PowerShellを触ってみるのは悪くないんじゃないかと思っています。

2016/07/11

大変遅くなってすみません。7/2(土)、札幌で開催されたCLR/H #clrh101で行ったセッション、「PowerShell の概要と 5.x 新機能のご紹介」の資料を公開します。

札幌は涼しくて、何もかも美味しくて良かったです。夏の関西は人間の生存に適した気候とはとても言えないので、しばらく札幌に滞在していたかったですね。

さて、登録ページでのタイトルと若干違いますが、間もなく(8/2に)Windows 10 Anniversary Updateの登場とともにPowerShell 5.1の正式版が利用できるようになるということで、今回、5.0に加えて5.1の新機能もご紹介することにしたためです。(スライドは5.1の新機能の部分以外は、基本的にこれまでの内容と同様です。ご容赦ください。)

なお、PowerShell 5.1は現在のところ、Windows 10 Insider PreviewかWindows Server 2016 TP5で試すことができます。

PowerShell 5.0の登場からWindows Server 2016正式リリースまでの期間がけっこう空いたことと、ラピッドリリースの方針もあって、5.1が短期間で登場することとなりました。なのでどれが5.0でどれが5.1の機能かというのは割と曖昧ですけど、5.1で一番大きく変化するところは、PowerShellのエディションがDesktop EditionとCore Editionに分かれるところだと思います。

PowerShell Core Editionは従来のPowerShellのサブセット版となり、Windows Server 2016のインストールオプションの一つで、フットプリントを軽量化し、Windowsコンテナ技術に最適化された、Nano Serverで動作させることを目的として作られました。

Core Editionでは一部のコマンドレットのみのサポートとなりますが、基本的にNano Serverの管理はリモート経由でPowerShellを直接的あるいは間接的に用いて行うことになるため、当然ながら必須のコンポーネントとなります。

なお、PowerShell Core Editionは先日、1.0リリースを迎えたばかりの、.NET Core上で動作します。.NET Coreとは.NET Frameworkのサブセットで、マルチプラットフォームで動作し、OSSとして開発されています。

.NET Framework上で動作する、従来のフルセット版PowerShellも、Desktop Editionとしてこれまで通り利用可能です。

PowerShell 5.0、5.1の新機能はMSDNでまとめられているのでそちらもご参照ください。

Windows 管理フレームワーク (WMF) 5.0 RTM のリリース ノート概要 | MSDN
WMF 5.1 Release Notes (Preview)

追伸。Microsoft MVP for Cloud and Datacenter Managementを7月付で再受賞いたしました。おかげで今回のイベントで「関西MVP3人が集結」という触れ込みが嘘にならなくて良かったです。そして同じ分野でCLR/Hのスタッフでもある素敵なおひげさんも受賞されました。おめでとうございます。

2016/01/03

PowerShellのパイプライン処理

まず、PowerShellのパイプライン処理について軽くおさらいします。

例えば、@、A、Bをそれぞれ何らかのコマンドとしたとき、

@|A|B

というパイプラインがあったら、処理の流れは、

@begin→Abegin→Bbegin→(@process→Aprocess→Bprocess→)×n→@end→Aend→Bend

の順に実行されます。(processブロックで「1入力に対し1出力する」場合以外は必ずしもこうならないですが)

さて、AかBのprocessブロック実行中に、何らかの条件を満たした時、パイプラインのprocessの後続処理を打ち切りたい場合はどうすれば良いでしょうか。

まずはbreakを使った駄目な例

ネットでよく見かける以下のようなコード、すなわち「パイプラインはbreakで処理を打ち切ることができる」というのは実は正しくないのです。

function Select-WhileTest
{
    [CmdletBinding()]             
    param (             
        [parameter(ValueFromPipeline=$true)] 
        [psobject[]]$InputObject,
        [parameter(Position=0)]           
        [scriptblock]$Predicate
    )

    process
    {
        if(!(&$Predicate))
        {
            break
        }
        $InputObject
    }
}

このコードはv2までではそもそも正しく動作しませんが、v3以降では条件によっては正しく動作しているように見えるのが、誤解の元なのかと思います。(というか私も誤解してました。)

例えば、

$result = "初期値"
$result = &{end{foreach($i in (1..5)){$i}}} | Select-WhileTest {$_ -lt 3}
Write-Host "`$resultは $result です。"

のようにすると、

$resultは 1 2 です。

のように、想定した通りの結果が得られます。このように、上流のスクリプトブロックのendブロック内にforeachなどループブロックが存在し、そのループブロック内で下流に値を出力している場合はうまくいきます。(ちなみに、スクリプトブロック直下に記述するのとendブロック内に記述するのは等価。)

しかし、上流にループブロックがない場合、例えば

$result = "初期値"
$result = 1..5 | Select-WhileTest {$_ -lt 3}
Write-Host "`$resultは $result です。"

とすると、コンソールに1と2が改行区切りで表示されますが、ホストに表示されるだけで$resultには値は格納されません。そしてスクリプト化して実行した場合は、Write-Hostが実行されることすらなく、スクリプトが終了してしまいます。

breakだとなぜうまくいかないのか

結局どういうことかというと、パイプライン下流のbreakは、パイプラインを打ち切る処理をするのではなく、単に一つ上流のブロックをbreakする処理に過ぎないのです。

パイプライン上流にループブロックがある場合は、そのループブロックをbreakしますが、それ以外の場合はスクリプトのbegin, process, endのいずれかのブロックがbreakされてしまい、結果としてスクリプトが終了してしまうわけですね。

そして、このSelect-WhileTest関数だと大丈夫ですが、processブロックの中にループブロックを記述し、その中でbreakを書くのは当然ダメです。単にそのループを抜けるだけなので、上流の出力は止まってくれません。

breakではなくcontinueを使う場合も基本は同じ結果です。しかもcontinueは所詮、その名の通り継続処理なので、上流に以下のような無限リストがあると無限ループに陥ってしまいます。

&{begin{$i = 0} process{while($true){$i++; $i}}}|Select-WhileTest {$_ -lt 3}

breakの代わりに、

throw (New-Object System.Management.Automation.PipelineStoppedException)

を実行する方法も見かけますが、これはループブロックがあっても強制的にスクリプトが終了するので余計ダメです。try...catchでエラートラップすればスクリプトの終了は回避できますが、「パイプラインが正常終了せずエラーを出した」扱いであることには代わりないので、やはり出力を変数に格納することができません。

ダミーループを用いる、取りあえずの解決策

前述のbreakを使った方法の問題点のうち、上流にループブロックがないとスクリプトが終了してしまい、出力を変数に代入することもできない問題は、とりあえず解決する方法があります。

以下のように、呼び出す時にパイプライン全体をダミーのループブロックでラップすれば良いのです。

$result = "初期値"
$result = do{
    1..5 | Select-WhileTest {$_ -lt 3}
}until($true)
Write-Host "`$resultは $result です。"

このようにしておけば、breakはパイプラインの外側のdo...untilを抜ける効果になるので、スクリプトが終了する心配も、値を出力しない問題も起こりません。

元々、パイプライン上流にループブロックが存在する場合でも、単にdoループ内の処理が1回走るだけなので、特に問題は起きません。1回だけ処理を実行するダミーループなら、for($i=0; $i -lt 1; $i++){}とかでも良いです。

ただ…この記述を美しいと思う人は多分いないですね。事情を知らないと意味不明ですし。そして、breakを記述する側の関数には、前述の通りのループブロック内では値を出力できないという制限は残ったままになります。

やはりbreakでパイプラインを打ち切るのは、本来想定された動作かと言われるとかなり微妙なところだと思います。(v3で一応動くようになったとはいえ)

この方法についての参考記事:Cancelling a Pipeline - Dreaming in PowerShell - PowerShell.com ? PowerShell Scripts, Tips, Forums, and Resources (ただしv2準拠の内容であることに注意)

ところで、Select-Object -Firstは…

さて、話は変わって、PowerShell 3.0からはSelect-Object -First の処理が変わったことについては、ご存知の方も多いかと思います。

具体的には、v2までは単にパイプライン処理をすべて終了してから、最初のn件を抽出する処理であったn件のパイプライン出力がされた後は、入力をすべてフィルタし出力に流さなくなる動作であったところが、v3からはn件のパイプライン出力がされた時点で、パイプラインの処理を打ち切るようになりました。(1/5修正)

つまり、

$result = 1..5| &{process{Write-Host "Process:$_"; $_}}| Select-Object -First 2
Write-Host "`$resultは $result です。"

というスクリプトは、v2までは

Process:1
Process:2
Process:3
Process:4
Process:5
$resultは 1 2 です。

のようにパイプライン出力は指示通り2件であるものの、上流の処理は結局、全部実行されてしまっています。

一方v3以降では、

Process:1
Process:2
$resultは 1 2 です。

のように、きちんと上流の処理を打ち切ってくれています。

つまり、ここまで述べてきたパイプライン処理の打ち切りは、実はv3以降のSelect-Object -Firstでは実現できているということです。これと同じことを我々も自作関数の中でやりたいわけです。

ではSelect-Object -Firstは具体的にどういう処理をしているかというと、StopUpstreamCommandsExceptionという例外をthrowすることでパイプライン処理の打ち切りを実現しています。この例外はまさに名前の通り、パイプライン上流の処理を中止するための例外です。この例外を自作関数でthrowしてやればうまくいきそうです。

しかし、この例外は非publicな例外クラスであることから、New-Objectコマンドレットなどでインスタンス化することはできません。リフレクションを駆使する必要がでてきます。
参考:PowerShell 3.0からはじめるTakeWhile - めらんこーど地階

(1/5追記)参考2:パイプラインの処理を途中で打ち切る方法のPowerShell版 - tech.guitarrapc.cóm(Add-TypeでC#経由でリフレクションしてます。)

頑張ればできなくはないですが、もっと楽な方法はないものか…と思ってあきらめかけたところ、いい方法を思いついたので紹介します。

Select-Object -Firstを利用する方法

Select-Object -Firstでできることが我々には(簡単には)できない。ならばどうするか。Select-Object -Firstを使えばいいじゃない。という発想です。

function Select-While
{
    [CmdletBinding()]             
    param (             
        [parameter(ValueFromPipeline=$true)] 
        [psobject[]]$InputObject,
        [parameter(Position=0)]           
        [scriptblock]$Predicate
    )

    begin
    {
        $steppablePipeline = {Select-Object -First 1}.GetSteppablePipeline()
        $steppablePipeline.Begin($true)
    }

    process
    {
        if(!(&$Predicate))
        {
            $steppablePipeline.Process($InputObject)
        }
        $InputObject
    }

    end
    {
        $steppablePipeline.End()
    }
}

scriptblockにはGetSteppablePipelineというメソッドが存在し、このメソッドによりSteppablePipelineオブジェクトが取得できます。これは何かというと、要は「スクリプトブロック内のbegin, process, endを個別に実行する」ための機能です。
参考:PowerShell: ◆パイプライン入力・パラメータ入力対応のGridView出力関数を作る(私自身も以前この記事で知りました。)

{Select-Object -First 1}というスクリプトブロックは、1回目に実行するprocessブロック内でStopUpstreamCommandsExceptionを出してくれます。

よって、自作関数のprocessブロック内のパイプライン処理を打ち切りたい箇所で、SteppablePipelineオブジェクトのProcessメソッドを使うことで、{Select-Object -First 1}のprocessブロックの処理を呼び出してやればいいわけです。

このようにして作成したSelect-While関数を以下のように実行してみると、

# 上流にループあり
$result1 = &{end{foreach($i in (1..5)){$i}}} | Select-WhileTest {$_ -lt 2}
Write-Host "`$result1は $result1 です。"

# 上流にループなし
$result2 =  1..5 | Select-While {$_ -lt 3}
Write-Host "`$result2は $result2 です。"

# 上流に無限リスト
$result3 = &{begin{$i = 0} process{while($true){$i++; $i}}} | Select-While {$_ -lt 4}
Write-Host "`$result3は $result3 です。"

結果は

$result1は 1 です。
$result2は 1 2 です。
$result3は 1 2 3 です。

となり、少なくとも今まで述べてきた諸問題はすべて解消していることが分かると思います。

このSelect-While関数は、スクリプトブロックで指定した条件を満たさなくなったときに、パイプライン処理を打ち切ってくれるものですが、この「Steppable Select -First 方式」を使えば他の自作関数でも、割と気楽に呼べるんじゃないかなと思います。ループブロック内で呼び出すことももちろん可能です。

ただし問題点はある

これはSelect-Object -FirstというかStopUpstreamCommandsExceptionあるいはPowerShellのパイプライン機構の仕様に由来する問題であると思われるので、どうにもならないことではあるんですが、一点だけ注意事項があります。

$result = 1..5| &{
    begin
    {
        Write-Host "Begin"
    }
    process
    {
        Write-Host "Process:$_"
        $_
    }
    end
    {
        Write-Host "End"
    }
}| Select-While {$_ -lt 2}

Write-Host "`$resultは $result です。"

これの結果は

Begin
Process:1
Process:2
$resultは 1 です。

となり、なんとendブロックが実行されていません。Select-While {$_ -lt 2} の代わりに Select-Object -Firstを使っても、同様にendは実行されません。

つまり、StopUpstreamCommandsExceptionというのはパイプライン処理を打ち切って、そこまでの出力値を正しくパイプライン出力として出してくれますが、やってくれるのはそこまでで、最後のendブロック処理はしてくれません。

これは十分注意が必要な点で、自作関数内でbeginブロックで確保したリソースをprocessブロックで利用して、endブロックで解放する…という、いかにも書いてしまいそうなパターンは、実はNGなんですね。何も上のようにマニアックなことをしなくても、単に下流でSelect-Object -Firstを使うだけでアウトです。

じゃあ、リソースの取り回しはどうするのが良いの、って話もありますが、それはまたの機会にしましょう。

(1/5追記)あえとすさんの記事が参考になります。:パイプライン処理の後始末をしよう - 鷲ノ巣 ただ、この方法ではパイプライン下流でthrowされた場合はトラップできないぽいですね。コマンドレットクラスの場合はIDisposable実装で良さそうです。

ここからは私見ですが、StopUpstreamCommandsExceptionが後付けかつ非パブリックなところとか、パイプラインを合法的に脱出するステートメントが今に至るまで用意されていないところとか、パイプラインを何とかして途中で打ち切っても、endは実行されないところとかを見ていると、そもそもPowerShellではパイプライン処理の中断というのは、あまり想定してない操作なのかなぁ、という気がしてきています。

上記のような裏技を使って回避するのも一案ではあるとは思いますが、そもそも「パイプライン処理の中断はイレギュラー」と考えて、そういう処理は避けて、必要に応じて別のアプローチを取ることも考えた方がいいのかもしれません。

2015/12/15

この記事はPowerShell Advent Calendar 2015の15日目の記事です。

はじめに

前々回前回は、PowerShellによるWebスクレイピングの具体的手法についてまとめました。ただ、スクレイピングはあくまで最後の手段であり、Webから何らかの文字列情報を取得するには、Web APIを用いるのが本道かと思います。

今回はPowerShellでWeb APIを用いるお話です。

Web APIとは

Web APIというのは、その名の通り、プログラムからWeb上のデータを取得したり、何らかのサービスの機能を実行したりするための、呼び出し方式を定めた規約です。

Web APIでは、HTTPリクエストに呼び出したい機能の内容を指定し、結果をHTTPレスポンスとして受け取るというのが一連の流れになります。

Web APIの主な実装方式としてはSOAPとRESTがありますが、このうち、XMLでリクエストを組み立てるSOAPは最近は廃れてきた感じです。

(PowerShellではSOAP APIはNew-WebServiceProxyコマンドレットで対応しています。が、今回は略。参考:PowerShell: ◆空港の場所と天気を調べる(New-WebServiceProxy)

最近はWeb APIといえばREST(REpresentational State Transfer) APIを指すことが殆どです。REST APIでは操作の対象となるリソース=URI(エンドポイントという)、呼び出し方式=HTTPメソッド(GET:データの取得, POST:データの作成, PUT:データの更新, DELETE:データの削除)、操作に対するパラメータ=クエリストリング(GETの場合)もしくはリクエストボディ(POSTの場合)、結果の返却=HTTPレスポンス(JSON、XML等)となるのが基本です。

また、RESTの呼び出しは基本的にステートレスなものとなります。要はセッション情報を持たない≒cookieを使わない、ってことです。

PowerShellではREST APIを簡便に利用するためにInvoke-RestMethodコマンドレットが用意されています。(ただしPowerShell 3.0から)

Invoke-RestMethodコマンドレットのパラメータ指定

Invoke-RestMethodコマンドレットのパラメータについては、実は前々回に取り上げたInvoke-WebRequestコマンドレットと同じです(IEのパーサーを使うことはないので、-UseBasicParsingも無いですが)。ただしREST APIの形式は前述の通りなので、利用するパラメータは限られてきます。具体的には

データ取得の場合

$response = Invoke-RestMethod -Uri エンドポイント(パラメータを含む) -Method GET

データ作成、更新の場合

$response = 
 Invoke-RestMethod -Uri エンドポイント -Method POST -Body パラメータ(連想配列あるいはJSONやXML等)

となるかと思います。

その他にOAuth等の認証情報を指定する場合は、-Headers @{Authorization="認証情報"}のような指定も必要になることがあります。

Invoke-RestMethodコマンドレットのレスポンス

Invoke-RestMethodコマンドレットがInvoke-WebRequestコマンドレットと異なる最大のポイントは、レスポンス文字列の種類によって、自動的に出力オブジェクトの型が切り替わるところです。

私の調べた限りでは以下のような対応になっているようです。

レスポンス文字列の種類 出力型
XML XmlDocument
RSS/ATOM XmlElement
JSON PSCustomObject
プレーンテキスト string
利用の具体例
AED検索

Microsoft MVPのはつねさんが公開されている、AED検索はREST APIでAEDの所在地情報を検索し、JSONで結果を得ることができます。

例えば兵庫県芦屋市のAED一覧を取得するには、

$response = Invoke-RestMethod https://aed.azure-mobile.net/api/aedinfo/兵庫県/芦屋市/
$response | Format-Table Latitude, Longitude, LocationName,
    @{L = "Address"; E = {
        "$($_.Perfecture) $($_.City) $($_.AddressArea)"
    }} -AutoSize

のようにします。

ここで$responseには、JSON形式のデータをパースしてPSCustomObject化したデータが格納されるので、あとはFormat-Tableコマンドレットで見やすい形で出力してあげれば良いでしょう。

結果はこんな感じです。

image

AED検索APIと、去年のアドベントカレンダーで紹介した、Windows 位置情報プラットフォームを用いて現在位置を取得するGet-GeoCoordinate関数を併用して、「現在位置の最寄りにあるAEDをGoogle MAP上で表示する」なんてこともできます。

$location = Get-GeoCoordinate
$response = Invoke-RestMethod "https://aed.azure-mobile.net/api/NearAED?lat=$($location.Latitude)&lng=$($location.Longitude)"
Start-Process "http://maps.google.com/maps?q=$($response.Latitude),$($response.Longitude)"

ここではREST APIにQueryStringでパラメータ(経度、緯度)情報を渡しているところと、レスポンスから生成されたオブジェクトのプロパティ値をマップ表示の際のパラメータとして利用しているところに注目してください。

RSS取得

RSSやATOMもREST APIの一種と考えて良いと思います。

ここではこのブログのRSSを取得する例を示します。

$response = Invoke-RestMethod http://winscript.jp/powershell/rss2/
$response | select @{L = "Title"; E = "title"},
    @{L = "Url"; E = "link"},
    @{L = "PublishDate"; E = {[DateTime]::Parse($_.pubDate)}},
    @{L = "Description"; E = {
        ($_.description -replace "<.+?>").
        PadRight(50).Substring(0,50).TrimEnd() + "..."
    }}|
    Format-List

Descriptionの加工がやや適当(HTMLタグっぽいところを削除して50文字に切り詰めてるだけ)ですが、少し見やすくしています。結果は以下のように表示されます。

image

RSSの結果は、1エントリがXMLElement型のオブジェクトとして出力されるので、データの取扱いが比較的楽だと思います。

レスポンスがXMLなREST APIの良い例がなかったので省略してますが、基本的には前回取り上げた、XHTMLをXMLとしてパースする方法と同じやり方です。ただInvoke-RestMethodの場合は[xml]型アクセラレータによる変換は不要で、いきなりXmlDocumentオブジェクトが得られます。

現状の問題点

レスポンスがコールバック関数つきのJSONP形式であるとかで、JSON、XML、RSS/ATOMのいずれの形式にも適合しない場合はプレーンテキストとして出力されてしまいます。

その場合は、出力文字列を適宜加工した後に、[xml]型アクセラレータや、ConvertFrom-Jsonコマンドレット等により手動でオブジェクト化するようにしてください。もっとも、その場合は敢えてInvoke-RestMethodを使わずInvoke-WebRequestで充分ですが。

あとWeb APIというのは大抵(特にPOSTの場合)、認証を要するのですが、最近よくあるのはTwitter等でもおなじみのOAuth認証です。ところがOAuth認証は結構めんどくさい処理で、何らかのライブラリを使わないとしんどいです。残念ながらPowerShellの標準コマンドレットには存在しないので、自前で頑張って書くか、既存のライブラリやコマンドを利用することになるかと思います。

今回そこまで説明できませんでしたが、また機会があれば。

2015/12/10

この記事はPowerShell Advent Calendar 2015の10日目の記事です。

はじめに

前編では、Invoke-WebRequestコマンドレットやWebClientクラスを用いて、WebページからHTMLの文字列を取得するところまで説明しました。

後編の今回は、取得したHTML文字列をパースして、オブジェクトとして利用可能しやすい形に変換する話です。

IEエンジンによるHTMLパース(DOM)

前編でも触れましたが、Invoke-WebRequestコマンドレットは、レスポンス文字列を取得すると同時に、HTMLをパース(構文解析)し、結果をオブジェクトとして構造化してくれます。

実はこのHTMLパース、内部的にInternet Explorerのエンジンを呼び出すことで実現されています。(ちなみに後で説明しますが、-UseBasicParsingパラメータを付与すると、IEエンジンを使わずごく基本的なパースのみ行うようになります。)

Invoke-WebRequestコマンドレットの出力であるHtmlWebResponseObjectオブジェクトのParsedHtmlプロパティを経由することで、HTMLパースされたオブジェクトを、DOM(Document Object Model)に従ってアクセスすることができます。(-UseBasicParsing指定時は不可)

HTMLのtable要素を切り出し、table各行を1オブジェクト、各セルをプロパティとして、オブジェクト配列化する例を以下に示します。

$response = Invoke-WebRequest http://winscript.jp/powershell/301

# DOMを利用して1つ目のtable要素を取得
$table = $response.ParsedHtml.getElementsByTagName("table")| select -First 1

# tableの1行目をプロパティ名として取得
$properties = ($table.rows| select -first 1).Cells| foreach {$_.innerText}

# tableの残りの行に対して、各セルのinnerTextをプロパティ値としてオブジェクト化
$objs = foreach($row in ($table.rows| select -skip 1))
{
    $row.Cells| foreach -Begin {
        $index = 0
        $obj = [ordered]@{}
    } -Process {
        $obj += @{$properties[$index] = $_.innerText}
        $index++
    } -End {
        [pscustomobject]$obj
    }
}

$objs| Format-List

ところで前編で軽く触れましたが、IEエンジンによるパースは、Invoke-WebRequestコマンドレットを用いずとも、以下のようにして直接IEのCOMインターフェースを呼ぶことで利用可能です。

$client = New-Object System.Net.WebClient
$content = $client.DownloadString("http://winscript.jp/powershell/301")
$parsedHtml = New-Object -com "HTMLFILE"
$parsedHtml.IHTMLDocument2_write($content)
$parsedHtml.Close()
$table = $parsedHtml.getElementsByTagName("table")| select -First 1
# 以下同様…

というより実際に試すと直接IEエンジンを呼び出す方がずっと速いです。理由はよく分かりませんが…。

HTML要素コレクションの取得

Invoke-WebRequestコマンドレットを用いると、DOMとは別に、すべての要素(AllElementsプロパティ)、input要素(InputFieldsプロパティ)、img要素(Imagesプロパティ)、a要素(Linksプロパティ)、script要素(Scriptsプロパティ)を含むコレクションを、HtmlWebResponseObjectオブジェクトの対応するプロパティからそれぞれ取得することができます。

コレクションに含まれる各要素は、innerText(タグ内の文字列)、innerHTML(タグ内のHTML)、tagName(タグ名)等のプロパティが共通して利用可能です。また要素の属性(たとえばa要素ならリンク先を示すhref属性)に、プロパティとしてアクセス可能となります。

以下はBingでWeb検索した結果から、ページタイトルとURLを抜き出す例です。HtmlWebResponseObjectのLinksプロパティでa要素の配列を取ってきて、次に検索結果では無いっぽいURLを、hrefプロパティの値を見てwhereで除外し、最後にinnerTextプロパティとhrefプロパティをTitle、Urlとリネームしてから値を出力しています。泥臭い処理が混じってますが、この泥臭さがスクレイピングなのかもなぁと思います。

$searchWord = "PowerShell 配列"
$notSearchResults = "/","#","javascript:","http://go.microsoft.com/"
$response = Invoke-WebRequest "https://www.bing.com/search?q=$([Uri]::EscapeDataString($searchWord))"
$response.Links | 
    where {
        $href = $_.href
        !($notSearchResults|? {$href.StartsWith($_)})
    }|
    select @{L = "Title"; E = "innerText"}, @{L = "Url"; E = "href"}|
    Format-List

form要素についてもほぼ同様にFormsプロパティからコレクションを取得できますが、このコレクションにはFormObjectという特別なオブジェクトが含まれます。FormObjectのFieldsプロパティは、Key=パラメータ名、Value=パラメータ値が格納された連想配列となっています。この連想配列は書き替えが可能なので、前編で説明した、ログオンを要するWebサイト等で用いると便利かと思います。

以下に、HtmlWebResponseObjectオブジェクトのプロパティをまとめます。(×印は使用不可を表す)

プロパティ名 説明 -UseBasicParsing
指定時
AllElements 本文に含まれるすべての要素のコレクション ×
Forms フォーム(form要素)のコレクション ×
InputFields 入力フィールド(input要素)のコレクション  
Images 画像(img要素)のコレクション  
Links リンク(a要素)のコレクション  
Scripts スクリプト(script要素)のコレクション ×

このように、一部のプロパティについては-UseBasicParsing指定時でも利用可能です。サーバーOS等でIEエンジンが利用できない場合には-UseBasicParsingパラメータが必須となりますが、その場合でも最低限のパースはしてくれるわけです。

HTML要素のコレクションを利用する方法は、DOMを使う方法に比べると自由度は少ないですが、「ページから画像のリストを取得したい」等の処理は簡便に行うことができます。

その他のHTMLパース手法

最後に、Invoke-WebRequestコマンドレットとIEエンジン以外のHTMLパース手法について軽くご紹介します。

XMLとしてパース(XHTML限定)

XHTMLというのはごくかいつまんで言うと、HTMLをXMLで定義したものです。XHTMLはXMLなので、XMLとしてパースして用いることができます。

PowerShellは[xml](XmlDocument)型アクセラレータと型アダプタにより、XML要素への簡便なアクセス手段を提供しています。以下のように、[xml]型アクセラレータを用い、取得したXHTML文字列を[xml]型に変換すると、以降は型アダプタの機能により、ドット演算子で要素を辿っていくことができます。

$client = New-Object System.Net.WebClient
$content = $client.DownloadString("XHTMLなページ")
$xml = [xml]$content
$xml.html.body.h2.'#text'

ただ世の中のWebページ上のXHTML文書が、すべてXML文書としてvalidなものであるかと言われると、現実はかなり厳しいです。そしてXML文書としてエラーがある場合は、型アクセラレータの処理は容赦なく失敗します。なのでこの手法は「使えたら強いが、大抵使えない」レベルのものと思って頂ければいいと思います。

SgmlReader

標準機能にこだわらなければ、.NET製のHTMLパーサーを使うのが楽かと思います。SgmlReaderは通常のHTML文書(当然、XHTMLに限らず)をXmlDocumentへとパースしてくれるので、PowerShellと相性が良いのではないかと思います。

以下にサンプルを載せておきます。

Add-Type -Path .\SgmlReaderDll.dll

function Get-HTMLDocument
{
    param([uri]$Uri)
    $sgmlReader = New-Object Sgml.SgmlReader -Property @{
        Href = $Uri.AbsoluteUri
        CaseFolding = [Sgml.CaseFolding]::ToLower
    }
    $doc = New-Object System.Xml.XmlDocument
    $doc.Load($sgmlReader)
    $doc
}

$xml = Get-HTMLDocument http://winscript.jp/
$xml.html.body.div|? id -eq outer|% div|? id -eq main|% {$_.p.innerText}

ぎたぱそ氏も以前SgmlReaderを取り上げておられるので、そちらも参考にして下さい。:Html Agility Pack と SgmlReader を使って PowerShell でスクレイピングしてみる - tech.guitarrapc.cóm

正規表現等で自前パース

これまではHTMLパースを既存のコマンドやライブラリを用いて行ってきましたが、対象のHTMLが非常にシンプルである場合とか、HTMLですらなく単なるテキストの場合だとか、対象ページは分量が多いものの必要箇所はごくわずかで、かつピンポイントに取得可能な場合等々は、むしろ自前でパースするコードを書いた方が手っ取り早いこともあります。

例えばYAMAHAのルーターで、管理Webのシステム情報レポートからグローバルIPアドレスを取ってくる、みたいなことは、

$response = Invoke-WebRequest http://サーバー/detail/status.html -UseBasicParsing -Credential $credential
if($response.Content -match "PP IP Address Local\: (.+)\,")
{
    $ipAddress = $Matches[1]
}

のようなコードで十分かと思います。

ConvertFrom-String

これはまだ検証してないんですが、PowerShell5.0の新機能、Auto-Generated Example-Driven Parsingの実装であるConvertFrom-Stringコマンドレットを用いて、HTMLパースができないかな、と考えています。

ConvertFrom-Stringについては過去記事参照:[v5] Auto-Generated Example-Driven Parsing について - PowerShell Scripting Weblog

まとめ

前後編に渡って、PowerShellでのWebスクレイピングの手法について解説しました。スクレイピングはWeb APIが用意されていない場合の苦肉の策ですが、背に腹は代えられない場合というのは稀によくあると思います。そういうときに今回の記事が参考になれば幸いです。

次回あたりには、Web APIがちゃんと用意されてる場合に、PowerShellから利用する話をやろうかと思います。

2015/12/04

この記事はPowerShell Advent Calendar 2015の4日目の記事です。

はじめに

今回はPowerShellでWebページのスクレイピングをする際の、ちょっとしたノウハウ集を前後編に分けて紹介したいと思います。

スクレイピングというのは、Webページから文字列を取ってきて、スクリプトから利用可能な形に加工する処理です。昨今は多くのWebサイトやサービスでWeb APIが公開されていて、スクレイピングをせずとも比較的簡単にデータを取得できます。PowerShellだとInvoke-RestMethodコマンドレット等が使えます(その話はまた次回とかにやります)。

しかし現実には、APIが公開されていない等の理由で、HTMLを取ってきて自前で解釈せざるを得ないケースが多々あります。さて、PowerShellではどうやりましょうか、というのが今回の話。様々な方々によってもう色々と語られている分野ではあるのですが、結構細かいハマりどころがあるのでちょっとまとめてみようと思いました。

前編ではまず、Webページからの文字列の取得方法ついてまとめます。

なお、スクレイピングには技術的な問題以外の、微妙な問題(著作権の問題とか、Webサイトへの攻撃と見なされる可能性とか)を含むものなので、その辺りは各自どうかご留意ください。この辺りの話はPowerShellに限った問題ではないので、ここでは詳説いたしません。参考記事:Webスクレイピングの注意事項一覧 - Qiita

Invoke-WebRequestコマンドレットで文字列を取得する

PowerShellでのスクレイピング、基本は何はなくともInvoke-WebRequestコマンドレットです。ただしこのコマンドレットはPowerShell 3.0で追加されたものなので、2.0環境にはないことに注意です。その場合は.NETのWebClientクラス等を使う方法があり、後で述べます。

基本は、

$response = Invoke-WebRequest -Uri "http://winscript.jp/"

のように、Invoke-WebRequestコマンドレットを実行する、だけです。「-Uri」は省略可能です。

このとき$responseにはHtmlWebResponseObjectオブジェクトが格納されています。このうち、指定URLのWebページに含まれているHTMLなどの文字列データは、Contentプロパティに格納されます。つまり、$response.Content に欲しいデータが格納されているので、あとはそれをよしなに利用すればいいわけです。

実はInvoke-WebRequestは、文字列データを取得すると同時に、HTMLの場合はパースしてタグの構造をオブジェクト化までしてくれます。が、それについては次回。

なお、Invoke-WebRequestコマンドレットでは文字列を取得する他、バイナリデータをダウンロードしてファイルとして保存する機能もあります。それについては過去記事をご参照ください。

リクエストにパラメータを付与する(GET)

GETメソッドを用いてクエリを指定する場合、要はhttps://www.google.co.jp/search?q=PowerShell のようなURLのデータを取得する場合は、Invoke-WebRequest "https://www.google.co.jp/search?q=PowerShell" のようにQueryStringを含んだURLをそのまま指定するだけでOKです。

ただし、動的にクエリを組み立てる場合は、URIエンコード(URIエスケープ)を考慮する必要があります。もっとも簡単なのは

$searchWord = "PowerShell 配列"
$response = Invoke-WebRequest "https://www.google.co.jp/search?q=$([Uri]::EscapeDataString($searchWord))"

のように、Uri.EscapeDataStringメソッドを使う方法かと思います。

リクエストにパラメータを付与する(POST)

POSTメソッドでリクエストボディにパラメータを付与するには、Invoke-WebRequestコマンドレットの-Methodパラメータに"Post"を指定し、-Bodyパラメータにリクエストボディに付与するデータを連想配列で指定します。

たとえばブログのトラックバックを手動で撃つにはこんな感じでいけます。

$body = @{title="テスト";url="http://example.com/";excerpt="テスト";blog_name="test"}
Invoke-WebRequest http://ご自分のブログのトラックバックpingURL -Method POST -Body $body

なお、リクエストボディに含めるパラメータの各値(連想配列の値)は、自動でURIエンコードしてくれます。

(12/16追記)
また、-Bodyには連想配列のみならず、任意の文字列(URIエンコード要)やバイト配列(バイナリを送信する場合)を指定することも可能です。

標準認証が必要なページを取得する

ページの取得に標準認証が必要な場合は、-Credentialパラメータにユーザー名とパスワードを指定したPSCredentialオブジェクトを指定すればOKです。

セキュリティのことは取りあえず置いておき、簡易的にスクリプトに生パスワードを直書きしてもいいかな、という場合には以下のように書くことができます。

$userName = "user"
$password = "pass"
$credential = New-Object PSCredential $userName, (ConvertTo-SecureString $password -AsPlainText -Force)
Invoke-WebRequest 認証が必要なページのURL -Credential $credential

しかしこの方法はもちろんお勧めできないので、スクリプトとして保存する場合は通常はパスワードを暗号化しておきます。

まず、Get-Credential ユーザー名 | Export-Clixml cred.xmlを、スクリプトを実行するコンピュータ上で、スクリプトを実行するアカウントと同じアカウントで実行します。パスワードを入力するダイアログが出るので、Webサイトにログオンする際のパスワードを入力します。すると、ユーザー名と暗号化されたパスワードがcred.xmlに出力されます。

スクリプトからは

$credential = Import-Clixml cred.xml
Invoke-WebRequest 認証が必要なページのURL -Credential $credential

のようにすると、cred.xmlからユーザー名と復号したパスワードを、そのまま-Credentialパラメータに渡すことが可能です。

なおcred.xmlに含まれる暗号化パスワードは、ConvertFrom-SecureStringコマンドレットと同様、Windows Data Protection API(DPAPI)を用いてWindowsアカウントのパスワードをキーに利用して暗号化されているので、他のユーザーが復号することはできません。

ちなみに同一スクリプトファイルに暗号化パスワードを含めておくこともできなくはないです。過去記事参照。あと本当は資格情報マネージャーを使うのがいいんですが、…略。参考:PowerShell で Windows の 資格情報マネージャー を利用する (Jenkins などでの Git Credentialなど) - tech.guitarrapc.com

セッション情報を引き継ぐ

多くのWebアプリケーションは、同一クライアントからの連続したアクセスを、セッションという単位で管理します。

サーバーはクライアント(普通はWebブラウザ)の初回アクセス時にセッションIDを含むcookieを返し、クライアントからの2回目のアクセス時に、サーバーはcookieにセッションIDが含まれているかどうかを確認し、同一クライアントからのアクセスかどうかを判断するわけです。(ざっくりした説明ですが)

WebブラウザではなくInvoke-WebRequestを使ったアクセスでも同様に、以下のようにすれば受けとったcookie等のセッション情報を次回アクセスに引き継ぐことができます。

$url = "https://ログオンが必要なサイト"
$body = @{リクエストボディ(例えばユーザー名とかパスワードとか)}
$response = Invoke-WebRequest $url -SessionVariable sv -Method POST -Body $body
Invoke-WebRequest $url -WebSession $sv

初回アクセス時に-SessionVariableパラメータに指定した変数名(sv)の変数($sv)にはWebRequestSessionオブジェクトが格納されます。この中に、サーバーから受け取ったcookie等の情報が格納されています。

次回アクセス時には、-WebSessionパラメータに、初回アクセス時に得られたWebRequestSessionオブジェクト($sv)を指定します。

さて、実際のWebアプリケーションではcookie以外にも、Formのhiddenフィールドの値などもセッション管理に用いていることがあります。その場合は、初回アクセスのレスポンスからFormに含まれるinput type="hidden"なフィールドを抽出し、次回アクセスのリクエストボディに含ませる必要が出てきます。この辺りの話は後編で述べるパースが必須になってくる(し、長くなる)ので今回は詳説しません。Invoke-WebRequestコマンドレットのリファレンスのExample2に、Facebookにログオンする例なんてのがあるので、そちらで雰囲気をつかんでください。(今でも動作するかは確認してないですが)

エラートラップ

さて、Invoke-WebRequestは、タイムアウトになった、名前解決ができなかった、ページが無かった(404エラー)等々、正常にWebページを取得できなかった場合は、System.Net.WebExceptionというエラーを出します。

コマンドレットの出すエラー(Errorストリームに出力されるErrorRecord)は、try...catchステートメントでは捕捉できない、というのが原則ですが、Invoke-WebRequestコマンドレットのエラーは一般的なコマンドレットと異なり、普通の.NETの例外(System.Net.WebException)なので、try...catchステートメントでエラートラップを行います。

とは言え、Invoke-WebRequestコマンドレットの仕様上、エラートラップをして適切な処理を行うのは非常にめんどいです。何故かというと、Invoke-WebRequestがエラーを出した時点で、HtmlWebResponseObjectオブジェクトの出力は行われないので、このオブジェクトから得られる様々な情報(レスポンス文字列、ステータスコード等々)が取得できないからです。

じゃあどうすればいいのかという話なんですけど、どうもWebExceptionオブジェクトのResponseプロパティを見るしかないようです。具体的にはこんな感じ。

try
{
    $response = Invoke-WebRequest http://存在しないページなど
}
catch [System.Net.WebException]
{
    # HTTPステータスコード取得
    $statusCode = $_.Exception.Response.StatusCode.value__

    # レスポンス文字列取得
    $stream = $_.Exception.Response.GetResponseStream()
    $reader = New-Object System.IO.StreamReader $stream
    $reader.BaseStream.Position = 0
    $reader.DiscardBufferedData()
    $responseBody = $reader.ReadToEnd()
}

せっかくInvoke-WebRequestコマンドレットは、生のレスポンスを利用しやすくHtmlWebResponseObjectという形で返してくれるのに、エラー発生時はその恩恵を受けることができず、泥臭い処理が必要になります。これはかなりいけてないですし、どうせここまで書かないといけないのであれば最初からWebClientクラスを使った方がいいと思います。

httpsで無効な証明書が使われている場合

(12/16追記)
Invoke-WebRequestコマンドレット(およびWebClient)では、httpsで始まるURLからもダウンロード可能ですが、サイトで用いられている証明書に問題がある場合(期限が切れている、暗号化形式に問題がある、いわゆるオレオレ証明書である等)には、「要求は中止されました。SSL/TLSセキュリティで保護されているチャネルを作成できませんでした」というエラーが出てしまいます。

これを回避するには、Invoke-WebRequestコマンドレット実行前に、

[System.Net.ServicePointManager]::ServerCertificateValidationCallback = {$true}

という1文を記述しておきます。

ただし、証明書に問題があるということは、その通信相手が正当かどうか、通信内容が正しく秘匿されているかどうか、保証がされなくなるということですから、その点は念頭においてください。

文字化けの問題

Invoke-WebRequestコマンドレットのもう一つの悩ましい問題、それは文字コードです。実はInvoke-WebRequestコマンドレットには、Webページの文字コードを指定する方法がありません。(多分)

ではレスポンス文字列の文字コードがどのように決まるかというと、サーバーが返すレスポンスヘッダのContent-Typeフィールドで指定されているcharsetです。具体的には、$response.Headers["Content-Type"]の値が例えば"text/html; charset=UTF-8"であれば、$response.Contentの文字コードはUTF-8になります。

このときページ(HTML)を記述している文字コードと、レスポンスヘッダで指定されている文字コードが一致すれば全く問題はないのですが、異なる場合は容赦なく文字化けします。

異なる場合だけでなく、レスポンスヘッダのContent-Typeフィールドに文字コードの指定がない場合はASCIIと見なされるので、日本語のページの場合はやはり文字化けします。

この問題を回避する方法は、私はまだ見つけていません。よって文字化けが起きる場合は、諦めてWebClientを使って文字コードを指定するようにしています…。

WebClientを用いる

以上で述べてきたとおり、Invoke-WebRequestコマンドレットは、ページをさくっと取得して、さくっとパースするのには重宝するのですが、細かい所で融通が利かない印象があります。

そこで細かい処理が必要な場合(と、PowerShell 2.0環境)は、素直にWebClientクラスを用いるのがいいと思います。今回WebClientの使い方も入れようかと思いましたが、長くなったので詳しくは省略します。

基本は以下のような感じでDownloadStringメソッドを使って文字列を取得します。文字コードも指定できます。

$client = New-Object System.Net.WebClient
$client.Encoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
$content = $client.DownloadString("http://アドレス")

なお、WebClientを用いた場合でも、Invoke-WebRequestと同等のHTMLパースを行う方法は存在するので、それは次回に。

おわりに

今回はまず、Webページから文字列データを取得する部分にフォーカスしてみました。といっても、Invoke-WebRequestの機能を全部網羅したわけではなく、使用頻度が高そうなものと個人的ハマリポイントがあるところだけです。なので詳しくはリファレンスを見て下さい。というかハマリポイントたぶんまだまだ一杯あると思います。

後編では、とってきた文字列データを「パース」して、扱いやすいデータ形式に変換する方法についてまとめようかと思います。

2015/09/07

Twitterでこんな問題を出してみました。

以下、解答になります。

@ &{}
結果

何も出力されません。

解説

空のスクリプトブロック{}を実行演算子&で実行しています。空なので何も出力はありません。

A &{process}
結果

「'process' の後にステートメント ブロックがありません。」というパーサーのエラーになります。

解説

PowerShellのスクリプトブロックは、beginブロック、processブロック、endブロックを内包します。スクリプトブロック直下にparamブロック、DynamicParamブロック、beginブロック、processブロック、endブロック(他にもあったかも)以外のステートメントを記述すると、Endブロック内に記述されたものと暗黙的に解釈されます。

この場合、スクリプトブロック直下にprocess…と書き始めたので、パーサーはprocessブロックが開始されたと判断しますが、続くステートメントブロック{}(≠スクリプトブロック)の記述がないため、構文エラーとなります。

B &{process{}}
結果

何も出力されません。

解説

パーサーはAのように解釈しますが、今回はステートメントブロック{}がきちんと記述されているので、エラーなく解釈されます。

processブロックは、パイプライン入力がない場合でも1回実行されますが、この場合、中身は空なので、@と同様、何も出力はありません。

C &{process{process}}
結果

Get-Processコマンドレットが実行され、プロセス一覧が表示されます。

解説

・パーサーの挙動

Bまでの解説の通り、&{process{…}}とすると、…の部分が1回実行されます。今回はprocessブロック内に「process」と記述しているので、Aのようなパーサーエラーは発生せず、「process」がステートメントとして実行されます。

さて、PowerShellのステートメント(文)には「For」とか「If」とかと並列して、「パイプライン」が存在します。「パイプライン」には1つの「式」もしくは複数の「コマンド」が含まれます。

たとえば、「Get-ChildItem | Select-Object Name」というパイプラインには「Get-ChildItem」と「Select-Object Name」という2つのコマンドが含まれます。

(ちなみに、「式」とは「$x+1」とかの、値を返すもののことです。PowerShellではパイプラインの最初の要素にのみ、「コマンド」ではなく「式」を記述することができます。)

今回のお題では、「process」はprocessブロック下に記述されており、ForやIf等のステートメントではないのでパイプラインとして扱われます。このパイプラインには1つの要素のみ含まれていますが、式ではないので、コマンドとして解釈されます。

・コマンド探索の挙動

PowerShellの「コマンド」は、関数、コマンドレット、ワークフロー、Configuration、ファイル(実行ファイル、スクリプトファイルを含む)、&演算子で実行するスクリプトブロック等が挙げられます。

コマンドの探索は、まずコマンドへのエイリアスを探します。ない場合は、関数名orコマンドレット名を探します。それでもない場合は、実行ファイルやスクリプトファイルの拡張子(.exe、.ps1等)を付与してパスの通ったディレクトリを探します(ちなみにカレントディレクトリにあったとしても、相対パスor絶対パス表記でない場合は実行しません)。

さて、ここからが「本当は怖い」ところなんですが、ここまで探索してコマンドがなかった場合、与えられたコマンド名に"Get-"を付与してもう一度探索します。

今回のお題では、processという名前のコマンドを探して、もしパスが通ったフォルダにprocess.exeとかがあればそれが実行されますが、ない場合はGet-Processというコマンド名を探します。

もちろん、Get-Processというコマンドレットは標準で存在するので、それが実行されてしまう、というわけでした。

(ちなみにPowerShell 3.0以降なら、Get-付与で見つからない場合、さらにCmdlet Auto Discoveryにより未ロードのモジュールを探します。)

コマンド探索の詳細な挙動は、Trace-Command -Expression {コマンド}  -Name CommandDiscovery -PSHost とすると調べられるので、見てみるのもいいかもしれません。

D &{process{process{}}}
結果

「Get-Process : パラメーター 'Name' を評価できません。その引数がスクリプト ブロックとして指定され、入力が存在しないためです。スクリプト ブロックは、入力を使用せずに評価できません。」というParameterBindingExceptionが発生します。

解説

・パーサーの挙動

Get-Processが実行され(ようとす)る理由についてはCまでの理解でOKでしょう。

さて、Get-Processコマンドレットには-Nameという、プロセス名を指定する位置パラメータが存在します。位置パラメータは、パラメータ名を指定せずパラメータ値のみを指定しても、指定順にパラメータにバインドしてくれる機能を持ちます。

たとえば、Get-Process powershell とすると、「Get-Process -Name powershell」が実行されます。

今回のお題「process{}」は、パーサーによってまず、コマンド名「process」と、パラメータ値「{}」(空のスクリプトブロック)に分割されます。

(ちなみにコマンド名に「{}」を含めることができないわけではなく、そういうコマンドを実行したい場合は、`でエスケープするか、&"command{}name"のように&演算子を用いれば可能です。)

今回の場合、パラメータ名の指定はありませんが、位置パラメータ-Nameに空のスクリプトブロックがバインドされることになるわけです。

・コマンドパラメータバインドの挙動

さて、-Nameパラメータの型は、System.String[]であり、scriptblockではありません。もちろんscriptblockからSystem.String[]への暗黙の型変換はありません。でもエラーメッセージ的には、スクリプトブロックを与えたこと自体は咎めていないように思えますね。

実はこれ、スクリプトブロックパラメータと呼ばれてる機能です。詳しくはスクリプトブロックパラメータのススメを見ていただくとして、要はコマンドへのパイプライン入力を、指定のスクリプトブロックで処理し、その出力結果をパラメータ値としてバインドする機能ですね。

今回エラーになった理由は、スクリプトブロックパラメータとして解釈しようとしたが、そもそも入力がなかったから、ということになります。

あまり意味はないですが、以下のように入力を与えてやれば、スクリプトブロックパラメータとして動作します。

"powershell" | Get-Process -Name {$_}

この場合パイプライン入力が追加されるので、-Nameパラメータの指定位置がずれることになるので、パラメータ名が必要になります。また、スクリプトブロックが空だと、「パラメーター 'Name' を評価できません。その引数の入力によって出力が作成されなかったためです。」というエラーをご丁寧に出してくれます。Trace-CommandでParameterBindingソースをトレースしてみるのも一興でしょう。

ちなみにあまり関係ない余談ですが、-NameパラメータにはValueFromPipelineByPropertyName属性が付いているので、実は以下のような指定もできます。

[PSCustomObject]@{Name="PowerShell"} | Get-Process

まとめ

PowerShellパーサーと飲むとき、話の肴にどうですかね。

See also: 本当は怖いPowerShell その1

2015/08/10

C#6.0のnameof演算子(じんぐるさんによる解説岩永さんによる解説)が羨ましかったので、PowerShellでも似たようなことができるようにしてみました。

function nameof
{
    param([scriptblock]$s)
    $element=@($s.Ast.EndBlock.Statements.PipelineElements)[0]
    if($element -is [System.Management.Automation.Language.CommandExpressionAst])
    {
        switch($element.Expression)
        {
            {$_ -is [System.Management.Automation.Language.TypeExpressionAst]}
                {$_.TypeName.Name}
            {$_ -is [System.Management.Automation.Language.MemberExpressionAst]}
                {$_.Member.Value}
            {$_ -is [System.Management.Automation.Language.VariableExpressionAst]}
                {$_.VariablePath.UserPath}
        }
    }
    elseif($element -is [System.Management.Automation.Language.CommandAst])
    {
        $element.CommandElements[0].Value
    }
}

nameof{$PSHOME}                      # 変数名 : PSHOME
nameof{$PSHOME.Length}               # プロパティ名 : Length 
nameof{[System.Diagnostics.Process]} # クラス名 : System.Diagnostics.Process
nameof{[string]::Empty}              # フィールド名 : Empty
nameof{[DayOfWeek]::Friday}          # 列挙体メンバー名 : Friday
nameof{Get-Command}                  # コマンド名 : Get-Command

原理的には、変数やプロパティ等をスクリプトブロックに格納し、生成されるAST(抽象構文木、abstract syntax tree)を解析して、含まれる変数名やプロパティ名を抽出しています。(なので、PowerShell 3.0以上でないと動作しないと思います)

そもそも、どういうシチュエーションで使うの?という話ですが、実はあえとすさんのPowerShell コマンドを C# で書くときに便利な拡張メソッド - 鷲ノ巣という記事を見て、じゃあPSでコマンド(高度な関数)を書く時にも同じことが出来るといいかな?と思ったのがきっかけです。

function Get-Test
{
    [CmdletBinding()]
    param([int]$Number)
    if($PSBoundParameters.ContainsKey((nameof{$Number})))
    {
        "-$(nameof{$Number})パラメータが指定された"
    }
}

こういう風に、"Number"という文字列をコード中に書かずに、-Numberパラメータ指定の有無を確認できるようになる、というわけです。

(この例の場合だと、Get-Test -Number 12 のようにすると、if文の中身が実行されます。)

ただ作ってはみたものの、使う意味がどれほどあるのか疑問に思えてきました。一応、ISEでは変数名やメンバ名に入力補完が効くので、実際の変数名を文字列で手打ちしなくて済むというメリットはなきにしもあらず、ですか。

しかし所詮は動的言語なので、存在しない変数名やメンバ名を入れても実行前にエラーは出ないですからね。(Set-StrictModeによるストリクトモードは編集時ではなくあくまで実行時(正確には変数やメンバを参照した瞬間)にエラーを出すためのもの)

それとISEのリファクタリング機能は弱い(というか無い)ので、リファクタリングに追従できるという本家nameof演算子に存在するメリットは、現状のところISEを使っている限りは享受できません。

PowerShell 5.0からの新要素、Script Analyzerによる静的解析を組み合わせればあるいは意味が出てくるのかもしれないですが、まだ確認できてないです。

というわけで、書いてはみたもののなんか微妙ですが、せっかくなんで公開しときます。


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