2016/12/12

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の11日目です。遅刻してごめんなさい!

ASTとは

ASTとはAbstract Syntax Treeの略で、日本語では「抽象構文木」といいます。コードをパーサーが構文解析した結果から、言語の意味に関係のない要素(空白等)を除外し、木構造として構築したものです。

PowerShellでは3.0からASTの仕組みが取り入れられました。スクリプト実行時にはまずパーサーがスクリプトブロックからASTを生成し、コンパイラによってASTが解釈され、実行されるようになっています。

ASTを直接的に扱うのはコンパイラですが、実はPowerShellではパーサーが構築したASTを、PowerShellスクリプトから扱うことができます。

ASTの具体的な使い道としては、構文の静的解析が挙げられますが、その話は後でするとして、今回はまず、ASTの構成要素と構造を見ていきます。

ASTの構成要素

具体的には、{スクリプトブロック}.Astとして、ScriptblockオブジェクトのAstプロパティから、ScriptBlockAstオブジェクトにアクセスできます。このオブジェクトがASTのルートとなるノード(分岐点)を表します。このScriptBlockAstから、スクリプトブロック内部の構文要素が木構造として展開されていきます。

式(Expression)、文(Statement)といった構文要素は、各々対応したAstクラスが対応し、木構造における分岐点を形成します。また、分岐点の末端の葉では、当該の構文要素を構成するデータを示すオブジェクトが格納されます。

すべてのAstクラスは、Ast抽象クラス(System.Management.Automation.Language.Ast)を継承したクラスです。PowerShellでは50個程のAstクラスが存在します。各Astクラスは、抽象クラスで定義されている以下の2つのプロパティを持っています。

  • Parent
    親ノードを示すAstオブジェクトを返す
  • Extent
    当該のASTノードに含まれるコード文字列や、スクリプト全体から見たコード文字列の位置等の情報を持つ、IScriptExtentインターフェースを実装したクラスのオブジェクトを返す

また各Astクラスは、対象の構文要素に応じて、それぞれ異なったプロパティを持ちます。たとえばScriptBlockAstは以下のプロパティを持ちます。

子の分岐点を返すもの

  • UsingStatements
    Using節を表す、UsingStatementAstのコレクションを返す
  • Attributes
    スクリプトブロックに付与された属性を表す、AttributeAstのコレクションを返す
  • ParamBlock
    paramブロックを表す、ParamBlockAstを返す
  • BeginBlock、ProcessBlock、EndBlock、DynamicParamBlock
    各々、beginブロック、processブロック、endブロック、DynamicParamブロックを示すNamedBlockAstを返す

葉を返すもの

  • ScriptRequirements
    #Requires節の内容を表す、ScriptRequirementsを返す
ASTの構造

たとえば、

$scriptBlock = {
    param([int]$x,[int]$y)
    end
    {
        $out = $x + $y
        $out | Write-Host -ForegroundColor Red
    }
}

という、二つの整数値の和を赤字で表示するというスクリプトブロックならば、以下のようなASTが構築されます。(一部分岐点、葉は省略しています。また、分岐点のASTクラス名は、末尾の"Ast"を省略表記しています。)

PowerShell_AST

このスクリプトブロックのASTから、例えば「Red」というパラメータ値を表す、StringConstantExpressionAstまで辿るには、

$scriptBlock.Ast.EndBlock.Statements[1].PipelineElements[1].CommandElements[2]
StringConstantType : BareWord
Value              : Red
StaticType         : System.String
Extent             : Red
Parent             : Write-Host -ForegroundColor Red

のようにします。

基本的なASTの構造が頭に入っていれば、タブ補完を併用することで比較的簡単に目的のノードまで辿れますが、ASTノードの子に対し、ノード検索をかける方法もあります。

例えば、すべてのVariableExpressionAstを列挙するには、

$scriptBlock.Ast.FindAll({
    param($ast)
    $ast -is [System.Management.Automation.Language.VariableExpressionAst]
}, $true)

のように、FindAllメソッドを用います。

AST編はあと何回か続く予定です。

2014/12/22

はじめに

この記事はPowerShell Advent Calendar 2014の22日目の記事です。

前回はMMLをパースし、音楽をBeepで再生するところまで作りました。

MMLはテキストデータなので、テキストエディタで入力しても良いのですが、どうせなら、PowerShellでエディタも作ってしまいましょう。

コード

いきなりですが、エディタの本体コードを。

function Enter-MusicEditor
{
    $keyMap=@{
        A="<G+4>"
        Z="<A4>"
        S="<A+4>"
        X="<B4>"
        C="C4"
        F="C+4"
        V="D4"
        G="D+4"
        B="E4"
        N="F4"
        J="F+4"
        M="G4"
        K="G+4"
        ","="A4"
        L="A+4"
        "."="B4"
        "/"=">C4<"
        ":"=">C+4<"
        "\"=">D4<"
        "]"=">D+4<"
        "R"="R4"
    }

    $mml=@()
    cls
    while($true)
    {  
        $k = [System.Console]::ReadKey($true)

        if($k.Key -eq [System.ConsoleKey]::Escape -or $k.Key -eq [System.ConsoleKey]::Enter)
        {
            cls
            break
        }
        elseif($k.Key -eq [System.ConsoleKey]::Backspace)
        {
            if($mml.length -eq 1)
            {
                $mml=@()
            }
            elseif($mml.length -ge 2)
            {
                $mml=$mml[0..($mml.length-2)]
            }
            cls
            [console]::write((-join $mml))
        }
        else
        {
            $key=$k.KeyChar.ToString().ToUpper()
        
            if($keyMap.Contains($key))
            {
                $mml+=$keyMap[$key]
                [console]::write($keyMap[$key])
                Invoke-Mml $keyMap[$key]
            }
        }
    }
    -join $mml
}
使い方

PowerShellコンソール上(ISEは不可)で、前回公開した、ConvertFrom-MML、Invoke-Beep、Invoke-Mmlの3つの関数をまず読み込み、続いて上記のEnter-MusicEditor関数を読み込みます。

この状態でコンソール上でEnter-MusicEditorを実行すると、MMLエディタモードに入ります。

MMLエディタモードでは、PCのキーボードを鍵盤代わりにして入力できます。

たとえば、Cキーを押下すると、「ド」の音がBeepで鳴り、コンソールに"C4"と出力されます。同様にFキー押下で「ド♯」が鳴り"C+4"と出力されます。どのキーがどの音に対応しているかは、上記コードの$keyMap変数に格納された連想配列を参照してください。

(なんとなくですけど、楽器の鍵盤の配置と合わせてあります)

Backspaceキーを押下すると、直前の入力を削除できます。

EnterキーかEscapeキーを押下すると、エディタモードを終了します。

出力したMMLは、コンソール上に表示が残るので、あとはコピーしてInvoke-Mml関数に渡してやると演奏することができます。

また、$mml=Enter-MusicEditorとしてやると、入力したMMLをそのまま変数に格納できます。この場合だとInvoke-Mml $mmlと実行すれば演奏できます。

解説

技術的には全然大したことをしてないですが、一応解説。

まず、[System.Console]::ReadKey()で入力したキーコードを判別します。引数に$trueを指定すると、入力したキー名をそのままコンソールに出力するのを抑制できます。

ReadKeyメソッドはConsoleKeyInfoオブジェクトを返します。アルファベットキーについてはKeyCharプロパティの値、特殊キーについてはConsoleKey列挙体を返すKeyプロパティの値で調べることができます。

あとは入力キーから対応する音名を連想配列$keyMapから取ってきて、その音名を[System.Console]::Write()でコンソール出力すると同時に、Invoke-Mml関数でその音をBeepとして鳴らしているだけです。

まとめ

入力も再生もできるようになったので、これはもう完全にシーケンサーですね! いや、やはり無理があるか…。

しかし、他のMMLコンパイラと併用して、ちょっと演奏しながらMML入力したいな、というときにもしかすると役に立つかもしれません。

ちょっと機能が少なすぎるんで、せめて↑で半音上げ↓で半音下げ、→で伸ばす←で短く、くらいはそのうち実装してみたいですね。

まあ、MML作成にはあんまり役に立たないかもしれませんが、PowerShellでコンソールの入出力を制御するのは、こういう単純なものなら意外と簡単にできるという、サンプルにはなるかと思います。

2014/12/11

MMLとは

この記事はPowerShell Advent Calendar 2014の11日目の記事です。

突然ですが、MMLってご存知ですか? MMLとはMusic Macro Languageの略で、その名の通り音楽演奏データを記述するための言語です。BASICのPLAY文で使うあれです。MIDIファイルに変換するコンパイラもありましたよね。

たとえば、「ねこふんじゃった」の最初の部分をMMLで書くとこんな感じです。MMLはいろんな記法があるのですが、よくあるのはこういうのです。

e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-4<e-4>g-4<d-4>frf4
e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>f4<e-4>f4<g-4>g-rg-4

ドの音をc、レの音をd、のように以下シの音をbまでアルファベット音階で割り当てます。半音上げる(シャープ)場合は音名のあとに+、半音下げる(フラット)場合は-を付与します。音の長さは4分音符なら4、8分音符なら8と書きます。付点は数字のあとに.を付けます。数字省略時は8分音符と解釈するのが普通のようです。オクターブを上げる場合は>、下げる場合は<と書きます(コンパイラによっては逆の解釈をする)。休符はrです。

本物のMMLでは、音色の指定だとかトラックの割り当てだとか、もっとたくさん命令があるんですが、基本はだいたいこんなもんです。

PowerShellで音を鳴らすには

PowerShellで音を鳴らすには、.NETのSystem.Console.Beepメソッドを使うのが一番手っ取り早いです。ビープ音ですね。比較的古いWindowsではハードウェアのビープスピーカーから、比較的新しいWindowsではサウンドデバイス上で鳴ります。今回のMMLシーケンサーも結局はBeepメソッドです。

そしてぎたぱそ先生がずっと以前に書いておられます。なので今回のはまあ、MMLシーケンサー部分を除けば二番煎じなんですけどもね。(そしてSmallBasicLibraryを使えば実はMML演奏もできるので、車輪の再発明でもあるんですが)

ちなみにwavやmp3なんかを鳴らすには、Windows Media PlayerをCOM経由で実行する方法や.NET(WPF)のSystem.Windows.Media.MediaPlayerクラスを使う方法などがあります。

音程の決め方

Beepメソッドでは第1引数にビープ音の周波数をHzで、第2引数に再生時間をミリ秒で指定します。つまりは音程(音の高さ)はHzで指定する必要があります。ここでドの音は何ヘルツで、みたいな対応表をどこかから探してきてそのデータを使ってもいいんですが、今回はせっかくなので、PowerShellで計算して求めてみます。

まず、ある音程の一つ上のオクターブの音程の間の周波数比は、1:2です。

ピアノ等の鍵盤楽器が近くにあれば、それを見てもらえば分かると思いますが、1オクターブには12の音程が含まれています。1オクターブの周波数比を12個均等に分割します(この周波数の決め方を平均律といいます)。つまり、隣り合う音程の周波数比は、1:12√2となるわけです。

さて、音程の周波数比はこれでわかりました。あとは基準となる音の周波数が分かれば、全ての音の周波数が計算できるわけです。時代や地域、演奏する楽器等によって微妙に違ってきますが、現代日本においては普通は、A(ラ)=440Hzが基準周波数です。

あとは単純にかけ算して周波数を求めて連想配列に入れておくだけです。コードにすればこんな感じですね。

$baseFrequency = 440.0
$pitches = @{
            "c" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 3/12)
            "d" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 5/12)
...
}

あと、+で半音上がる場合は[math]::Pow(2, 1/12)をかけ、-で半音下がる場合は割ればいいだけです。(別に$pitchesテーブルで最初から定義してもいいかもですが)

音価の決め方

音価というのは音の長さです。Beepメソッドの第2引数にはミリ秒で実際の時間を指定する必要があるので、これも計算で求めてやります。

4分音符というのは、1小節(全音符)を4分割、つまり1/4した音価を持ちます。同様に8分音符は1/8ですね。付点がつくと音価は1.5倍になります。

ではたとえば4分音符の具体的な音価はどうやって定めるのでしょうか。それを決めるのがテンポと拍子です。

テンポは1分間(つまり60000ミリ秒)の拍数(BPM、Bit Per Minuteともいう)で定義されます。今回作るシーケンサーは4/4拍子、すなわち1拍=4分音符とする4拍子固定とするので、1分間に4分音符がBPM回含まれることになります。

つまり、4分音符の音価=60000ミリ秒/BPMの値、全音符の音価=60000*4ミリ秒/BPMの値 となるわけです。

具体的なコードは…略します。単なるかけ算と割り算だけなんで。

MMLのパース

えっと時間がなくなってきたので、駆け足で説明します。

MMLのパースとは、要するに最初の例のようなMML(テキストデータ)から、実際に演奏する音程と音価の組み合わせのデータとして組み立てる作業になります。

今回のシーケンサーでは、繰り返し記号等はサポートしないので、単にMMLを一文字ずつ読み込んで、音名(cなど)を見つけたら、その後の文字を読んで、+があれば半音上げるなどして周波数を求め、その後に数字があればn分音符とみなし、先ほどの計算式から実際の音価を求めてやる。というのを全部の音でくり返すだけです。

この処理をやっているのがConvertFrom-MMLという関数です。MMLテキストを入力してやると、周波数(Frequency)や発音時間(Duration)などをプロパティとして含んだpscustomobject(Noteオブジェクト)を出力します。(Noteとは音符のことです)

MMLの演奏

パースしたMMLを実際に演奏するのがInvoke-Beep関数です。入力は、ConvertFrom-MMLで生成したNoteオブジェクトです。実際の処理は至って単純で、 [System.Console]::Beep($note.Frequency, $note.Duration)するだけです(えー)。あ、あと休符の時はDuration分だけSleepを入れてやっています。

MMLの>と<の意味を逆転する-Reverseスイッチ、BPMを指定する-Bpmパラメータ(デフォルト120)なんかも用意してます。

実際にはMMLから直接演奏できるように、Invoke-Mmlというラッパー関数を用意しています。

冒頭のねこふんじゃったのMMLを再生するにはこんな感じにします。

$s=@"
e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-4<e-4>g-4<d-4>frf4
e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>f4<e-4>f4<g-4>g-rg-4
"@
Invoke-Mml $s
コード
function ConvertFrom-MML
{
    [CmdletBinding()]
    param(
        [parameter(ValueFromPipeline=$true)][string[]]$mml,
        [int]$bpm = 120,
        [switch]$reverse = $false
    )
    begin
    {
        $baseFrequency = 440.0
        $scaleRatio = [math]::Pow(2, 1/12)
        $baseDuration = 60000 * 4 / $bpm
        $pitches = @{
            "c" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 3/12)
            "d" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 5/12)
            "e" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 7/12)
            "f" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 8/12)
            "g" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 10/12)
            "a" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 12/12)
            "b" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 14/12)
            "r" = -1
        }
        $currentOctave = 0
    }

    process
    {
        $chars = [string[]]$mml.ToCharArray()

        0..($chars.Length - 1)|%{
            if($null -ne $pitches[$chars[$_]])
            {
                $frequency = $pitches[$chars[$_]]
                $suffix = ""
            
                $denominator = ""
                $dot = $false

                if($_ -lt $chars.Length-1)
                {
                    switch($chars[($_ + 1)..($chars.Length - 1)])
                    {
                        {$pitches.Contains($_)}
                            {break}
                        "+"
                            {$frequency *= $scaleRatio; $suffix += $_}
                        "-"
                            {$frequency /= $scaleRatio; $suffix += $_}
                        {$_ -match "\d"}
                            {$denominator += $_}
                        "."
                            {$dot = $true}
                    }
                }

                $frequency *= [math]::Pow(2, $currentOctave)

                $denominator = [int]$denominator
                if($denominator -eq 0){$denominator = 8}
                $multiplier = 1 / $denominator
                
                if($dot){$multiplier *= 1.5}
                $duration = $baseDuration * $multiplier

                if($frequency -le 0){$on = $false}else{$on = $true}
                [pscustomobject]@{
                    Frequency = [int]$frequency
                    Duration = $duration
                    Note = "$($chars[$_])$suffix$denominator$(if($dot){"."})"
                    Octave = $currentOctave
                    Pitch = $chars[$_]
                    Suffix = $suffix
                    Denominator = "$denominator$(if($dot){"."})"
                    On = $on
                }
            }
            elseif($chars[$_] -eq ">")
            {
                if($reverse)
                {
                    $currentOctave--
                }
                else
                {
                    $currentOctave++
                }
            }
            elseif($chars[$_] -eq "<")
            {
                if($reverse)
                {
                    $currentOctave++
                }
                else
                {
                    $currentOctave--
                }
            }
        }
    }
}

function Invoke-Beep
{
    [CmdletBinding()]
    param([parameter(ValueFromPipeline = $true)][psobject[]]$note)
    
    process
    {
        if($note.On)
        {
            [System.Console]::Beep($note.Frequency, $note.Duration)
        }
        else
        {
            Start-Sleep -Milliseconds $note.Duration
        }
    }
}

function Invoke-Mml
{
    [CmdletBinding()]
    param(
        [string]$mml,
        [int]$bpm,
        [switch]$reverse
    )
    
    ConvertFrom-Mml @PSBoundParameters|Invoke-Beep
}
おわりに

今回はMMLをパースしてBeepを演奏するスクリプトをPowerShellで作ってみました。これをシーケンサーというのはおこがましいと思いますが、まあたまにはこういう柔らかいネタもいいんじゃないでしょうか。ドレミの音がどうやって決められてるのかというのも、もしかして話のネタくらいにはなるかも。

そしてこれ、シーケンサーといいつつ、入力機能がないですよね。それについては次回やります。

PowerShellアドベントカレンダー2014はまだまだ残席ございます。ぜひ、あなたのPowerShell話を聞かせて下さい。

2007/11/08

.NETアプリをFramework付属のコンパイラを使ってコンパイルし、できあがった実行ファイルexeを実行するというものです。これがまた便利でw *.vbか*.csか*.jsファイルを開いた状態で、コメント行に記述したコンパイラに渡すオプション(VB.NETなら'/r:System.Windows.Forms.Dll /t:winexeという行の/r:System.Windows.Forms.Dll /t:winexeという部分)を選択すると、そのコンパイラオプションをつけてコンパイルします。デフォルトだと/t:exeが渡されます。

'*.cs, *.vb, *.jsをコンパイルして実行
Set regEX = New RegExp
regEx.Global = True
regEX.IgnoreCase = True
Set Fs = CreateObject("Scripting.FileSystemObject")
Set WshShell = CreateObject("WScript.Shell")

sCompilerDir = "C:\windows\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727\"
sDefaultArguments = "/t:exe" 'winexe
sSourcePath = Document.FullName
sEXEPath = Fs.BuildPath(Fs.GetParentFolderName(sSourcePath),Fs.GetBaseName(sSourcePath) & ".exe") 
sExt = LCase(Fs.GetExtensionName(sSourcePath))

Document.Save sSourcePath 'ソース保存

Select Case sExt
	Case "vb" : sCompilerPath = sCompilerDir & "vbc.exe"
	Case "cs" : sCompilerPath = sCompilerDir & "csc.exe"
	Case "js" : sCompilerPath = sCompilerDir & "jsc.exe"
	Case Else : sCompilerPath = ""
End Select

Set sel = Document.Selection

If sel.IsEmpty Then
	sArguments = sDefaultArguments
Else
	regEx.Pattern = "\s?(\/[^\:]+\:\S+)\s?"
	If regEx.Test(sel.Text) Then
		For Each oMatch In regEx.Execute(sel.Text)
			sArguments = sArguments & oMatch.SubMatches(0) & " "
		Next
	Else
		sArguments = ""
	End If
End If

If sCompilerPath="" Then
	Alert sExt & "ファイルに対応するコンパイラがありません。"
Else
	sCommandLine = "cmd.exe /k " & sCompilerPath & " " & _
	"/out:" & """" & sEXEPath & """" & " " & sArguments & " " & _
	"""" & sSourcePath & """"
	WshShell.Run sCommandLine ,,True 'コンパイル実行
	If Fs.FileExists(sEXEPath) Then
		WshShell.Run sEXEPath,,True 'コンパイルしたファイルを実行
	Else
		Alert "コンパイルに失敗したようです。"
	End If
End If
元記事:http://blogs.wankuma.com/mutaguchi/archive/2007/11/08/106978.aspx


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