2017/12/24

この記事には「 独自研究 」に基づいた記述が含まれているおそれがあります。

この記事はPowerShell Advent Calendar 2017の24日目です。

一般的なプログラミング言語では、文(statement)と式(expression)の違いは、値を返すのが式で、返さないのが文、という説明がされることが多いと思います。しかし、PowerShellではこの説明は成り立たたず、文が値を返したりしてるように見えて良く分かりません。そこでPowerShellにおける文と式とはそもそも何なのかということを、仕様書(PowerShell 3.0のものですが)やAST(ShowPSAstモジュールが便利!)を眺めながら考えてみたので軽くまとめようと思います。

文(statement)と式(expression)の定義

PowerShellでは言語要素として、文(statement)と式(expression)が明確に定義されています。すなわち、言語要素の何が文であって、何が式であるかという定義は仕様できちんと決まっていて、ある言語要素が、状況によって文になったり式になったりと変化する、ということはありません。

パイプライン、代入、ifやforやfunctionなどは文です。

変数、数値/文字リテラル、オブジェクトのメンバ呼び出し、スクリプトブロック、単項または二項算術演算子で構成される式、カンマ演算子で構成される配列などは式です。

ただ、仕様書での定義と、実際に構築されるASTに齟齬があることはあります。

例えば「$a=1」のような代入については、ASTではAssignmentStatementAstとなります。一方、言語仕様上はassignment-expressionと書かれています。厳密には、言語仕様書のgrammer節によれば、assignment-expressionはexpressionではなくpipelineであるということになっています(お前は何を言っているんだ)。いずれにせよパイプラインは文であるので、AST通り、代入は文であるという解釈で良いと思います。

※仕様書にはassignment expressionとはっきり書いてあるんだから代入は式だろ!という意見を否定するものではないです。が、代入は文であると考えたほうが他の文法と整合性を取りやすいので、そういう立場をとりました。

しばたさんが9日目に書かれた記事で取り上げられているように、配列に関しても同様の齟齬があります。いずれにせよ「1,2,3」のような配列は、式と考えて良いと思います。

文と式の構造

PowerShellには文と式が存在することは分かりました。では文と式は何が違うのか? それを考察するために、具体的にいくつかの文と式の構造を取り上げて見ていきます。

パイプライン(文)

パイプラインといえば「Get-Process | Where-Object Handles -gt 100 | Select-Object ProcessName」みたいな|で繋ぐやつのことでしょ、と思われがちですが、言語仕様上は以下のようなものはすべてパイプラインです。

Get-Process -Name PowerShell # @コマンド1つだけ
1 # A数値リテラルだけ
1 + 1  # B算術演算子で構成される算術式
$a = 1 # C代入
gps | where Handles -gt 100 | select ProcessName # Dパイプ記号でコマンドを連結したもの
1 + 1 | Write-Host # E算術式をパイプラインでコマンドと繋げたもの

要はパイプラインというのは、一般的なプログラミング言語で、;で終わる一文に相当するものと考えればだいたい間違いないと思います。ただしPowerShellだと文末の;は必須ではなく、改行でもOKです。

パイプラインは以下のような構造を取ります。[]は省略可能を意味します。

パイプライン要素1 [ | パイプライン要素2] [ | パイプライン要素3] ...

または、

代入文

すなわち、代入文(後述)を除くパイプラインは1個以上のパイプライン要素から構成されており、複数のパイプライン要素が存在する場合はパイプ演算子|で連結されます。

パイプライン要素には式とコマンド(Get-Processとか)が存在します。ただし式は1つ目のパイプライン要素にのみ許可されます。

以上を踏まえると、@、Dはコマンドのみで構成されるパイプライン、A、Bは単独の式のみで構成されるパイプライン、Eは1つの式とコマンドで構成されるパイプライン、Cは代入文であることが分かります。

代入文

代入文はパイプラインなので、文です。代入文は以下のような構造を取ります。(ここでは+=などの複合代入演算子については省略)

式 = 文

ただし、左辺の式は、変数やプロパティなど、代入が可能な式である必要があります。

よって以下のような記述が可能です。

$a = $b # @変数
$a = 1 + 1 # A算術式
$a = Get-Process # Bパイプライン(コマンド1つ)
$a = gps | where Handles -gt 100 # Cパイプライン(コマンド複数)
$a = if($true){"a"}else{"b"} # Dif文
$a = $b = 1 # E代入文の結果を更に代入

言語仕様上、代入文の右辺には文であれば何でも書けるのですが、実際に代入が行われるのは、パイプライン、if文、for文、switch文といった、パイプラインに値を出力する文と代入文に限られます。ちなみにDのようにパイプラインと代入文以外の文を右辺に指定できるようになったのは、PowerShell2.0からです。

ところで上記@やAは右辺が式です。代入文の右辺は文じゃなかったの?と思われると思いますが、パイプラインの節で述べた通り、単独の式もパイプラインであり、パイプラインは文なので、三段論法でいくと式は文として扱われることになります。

※AST上では$a = $bの右辺はPipelineAst/CommandExpressionAst/VariableExpressionAstではなく、いきなりCommandExpressionAst/VariableExpressionAstとなっているので、この説明はASTの実装とはかみ合わないかもしれません。AssignmentStatementAst.Rightは確かにStatementAstを取るのですが、CommandExpressionAstはStatementAstから派生しているクラスなので、式の代入は問題なく行えます。

代入文は上記Eのようなことができることから分かる通り、値を返す文ですが、パイプラインには値を出力しません。値は返すがパイプライン出力がないものは、インクリメント演算子で構成される式($a++等)も同様です。

if文

パイプラインと代入文以外の文は色々あるわけですが、代表的なものとしてif文を取り上げます。一番シンプルなif文はこういう構造です。

if (パイプライン) {
    文1
    文2
....}

おそらく多くの人が誤解しているのではないかと思いますが、条件節に書くのは式ではなくパイプラインです。パイプラインを実行した結果、出力値がtrue、またはboolに型変換してtrueになる場合に、ブロック内の複数の文が実行されます。

よって以下のような記述が可能です。

if ($true) {} # @変数
if ($a -eq 1) {} # A論理演算子で構成された式
if ("a.txt" | Test-Path) {} # Bパイプライン
if ($a = 1) {} # C代入文

@とAは普通の書き方ですが、実際には、1つの式のみ有するパイプラインを実行し、出力される値が判定されています。

条件節はパイプラインなので、当然Bのような書き方もできるわけです。また、代入文もパイプラインであるので、Cの書き方もできてしまい、注意を要します。

条件節に指定できるのはパイプラインだけで他の文は許容されないので、
if (if($true){}){}
というような書き方はできません。

※といっても実はこう書くと文法上はvalidであり、条件節内は「ifコマンド、パラメータ値1($true)、パラメータ値2(スクリプトブロック)」という解釈になってしまいます。

また、条件節にはパイプラインは1つのみ指定可能で、複数文を書くことはできないので、
if ($a;$b) {}
という書き方はできません。(パーサーもエラーを出す)

丸括弧式

さて、普通のプログラミング言語だと、()はグループ化や演算子の優先順を変更するのに用いられるものの、別に文法そのものに影響を与えるものではないと思います。多くの場合、ASTでも()の情報はそぎ落とされます。

ところがPowerShellでの丸括弧()は文法的な意味を有しており、ASTにもParenExpressionAstとして存在する、立派な式です。丸括弧式の構造は以下の通りです。

(パイプライン)

これは要するに、「パイプラインに()を付けると式になる」、ということです。()内のパイプラインで出力された値が返される式となります。具体的にどういうところで使うのかを示します。

2 * (1 + 3) # @数値演算の優先順を変更する
($a = 1) # A値を返すがパイプラインには出力しない代入文の値を出力させる
$a[(Get-Hoge)] # B式は許容するがパイプラインは許容しない構文で、式に変換する
Get-Process -Name (Get-Hoge) # Cコマンドのパラメータにコマンド実行結果を指定する

@の使い方は普通です。ただし、()はパイプラインを生成するので、「(1+3)」は「1つの式のみ有するパイプラインを実行し、パイプラインに値を出力し、その値を返す」という見た目より複雑な処理になります。

※少なくともAST上はそうなりますが、実際は何らかの最適化処理が入ってる可能性はあります。

代入を重ねる場合にはAのような書き方は必要ないのですが、代入した結果をパイプラインの出力としたい場合は()を付ける必要があります。この場合、$aに1が代入され、コンソールにも1が出力されます。

Bで挙げている、式を許容するがパイプラインは許容しない言語要素というのは実はあまりないです。前述した通りif文の条件節は式じゃなくて、パイプラインを取るといった案配です。ただ、たとえば配列や連想配列の要素を取得するインデックス演算子[]は、式のみ許容されます。なのでコマンドなどのパイプラインの出力値を指定したい場合は()が必須となるわけです。

ちなみに、()内にはパイプライン以外の文(if文等)は指定できません。また、複数のパイプラインも指定できず、あくまで1つだけです。

※任意の文あるいは複数の文を式としたい場合には、部分式演算子$()または@()を用います。両者とも内部の文がパイプラインに出力した値を返す、「部分式」となります。両者とも複数値が出力されると配列になりますが、@()は出力値が1つでも要素数1の配列を返す点が異なります。

まとめ?

PowerShellの文と式は厳密に定義されています。文は複数の文と式で構成されるし、式は複数の文と式で構成されています。文や式の構成要素が取る文や式の種類についても、各々、きちんと定義されています。

ただし、PowerShellにおいて「値を返すか返さないか」、「パイプラインに出力されるかされないか」、「式であるか文であるか」という概念はすべて独立しています。そのため、PowerShellの文とは何である、式とは何である、ということを一言で説明することは難しいんじゃないかと思います。

なので、本記事でこれまで述べてきたとおり、「パイプラインは文で、要素として式やコマンドを取りますよ」とか、「ifは文で、条件節にはパイプラインを取りますよ」みたいな、各論でしか表現できないのではないかなぁと、私はそういう結論に至りました。

しかしここまで書いてちゃぶ台をひっくり返すようなことを言いますが、ある言語要素が文であるか式であるか、ここまで仕様書を読んだりASTを追ったりして把握するのは、まあ楽しくなくはないですが、知らなくても別に大丈夫だと思われます。別に、ifの条件節には条件式を書くのだと理解していても不都合は特にないかと。

効用があるとすれば、例えば「if ((Test-Path a.txt)) {}」とか「foreach ($i in (1..5)) {}」とかの、余分な()を取り除くのには文法の知識が役立ちます。それもまぁ、心配だから怪しい所には常に()付けておく or 何か変だったら()付けてみる とかでもそれ程問題にはならないかもしれません。

2016/12/15

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の15日目です。

前回はPowerShellのASTの概要を解説しました。今回は前回の補足というか応用的な内容になります。

前回、スクリプトブロックからどのようなASTが生成されるのか、図で書きました。そもそもあの図を作るにあたって、ASTの構造を視覚的に把握したかったので、そのためのスクリプトを書きました。

PowerShellで木構造を展開表示する方法は色々ある(※)かと思いますが、今回はJSONとして出力して、表示については他のアプリに任せることにしました。

※Format-Customのデフォルトビューは意外と使える

ただし、ASTオブジェクトをそのままConvertTo-Jsonコマンドレットに渡すわけにはいきません。というのも、AST構造を再帰的に展開するには、探索の深さ(-Depth)を大きくしなければいけませんが、そうするとASTではないオブジェクトも逐一展開してしまい、現実的な時間内で終わらなくなってしまいます。

そこで、ASTオブジェクトそのものをJSONにするのではなく、必要なプロパティのみ再帰的に取得したカスタムオブジェクトを生成し、それをJSONにする方針を取りました。その成果が以下のコードです。(using namespace節を使っているので、v5以上必須です。)

using namespace System.Management.Automation.Language

function GetAstInner
{
    param([Ast]$ast)
    end
    {
        $base = [ordered]@{
            ExtentText = $ast.Extent.Text
            AstName = $ast.GetType().Name
        }

        $children = [ordered]@{}
        $leaves = [ordered]@{}

        $ast.psobject.Properties |
        ? Name -notin Extent, Parent |
        %{
            $type = [type]($_.TypeNameOfValue)
            $propValue = $ast.($_.Name)
                
            if($type.IsSubclassOf([ast]))
            {             
                if($null -ne $propValue)
                {
                    $children[$_.name] = GetAstInner $propValue
                }
            }
            elseif($type.IsGenericType -and $null -ne ($type.GetGenericArguments() | where{$_.Name -eq "Tuple``2"}))
            {
                $asts = @()

                foreach($next in $propValue)
                {
                    if($null -ne $next)
                    {
                        $asts += [pscustomobject]@{
                            Item1 = $(
                                if($null -ne $next.Item1 -and $next.Item1 -is [ast])
                                {
                                    GetAstInner $next.Item1
                                }
                            )
                            Item2 = $(
                                if($null -ne $next.Item2 -and $next.Item2 -is [ast])
                                {
                                    GetAstInner $next.Item2
                                }
                            )
                        }
                    }
                }

                if($asts.length -ne 0)
                {
                    $children[$_.Name] = $asts
                }

            }
            elseif($type.IsGenericType -and $null -ne ($type.GetGenericArguments() | where{$_.IsSubclassOf([ast])}) )
            {
                $asts = @()

                foreach($next in $propValue)
                {
                    if($null -ne $next)
                    {
                        $asts += GetAstInner $next
                    }
                }

                if($asts.length -ne 0)
                {
                    $children[$_.Name] = $asts
                }
            }
            else
            {
                if($null -ne $propValue)
                {
                    $leaves[$_.Name] += $propValue.Tostring()
                }
            }
        }
        [pscustomobject]($base + $leaves + $children)
    }
}

function Get-Ast
{
    param([scriptblock]$ScriptBlock)
    end
    {
        GetAstInner $ScriptBlock.Ast
    }
}

本来なら、50種以上あるAstクラスに応じてきちんと場合分けすべきなのですが、コードが長くなるだけなので、動的言語の強みを生かしてダックタイピング的な方法で下位ノードを再帰的に展開しています。

途中、IfStatementAstのClausesプロパティなどで用いられている、ReadOnlyCollection<Tuple<Ast, Ast>>型であることを確認するのに苦労してますが、多分もっといい方法があると思います…。他はAstオブジェクトそのものか、ReadOnlyCollection<Ast>を返すだけなのでそんなに苦労はないです。Ast抽象クラスに含まれているExtent、Parentプロパティ以外で、Astを要素に含まないプロパティに関しては、ASTの葉として解釈しています。

次にこのスクリプトを使って、スクリプトブロックをJSONとして出力します。

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

Get-Ast $scriptBlock | 
    ConvertTo-Json -Depth 100 |
    Set-Content ast.json

サンプルとして用いるスクリプトブロックは、前回のものと同じです。これを先ほど書いたGet-Ast関数に渡して、結果をConvertTo-JsonでJSON化しています。この際、探索の深さを100としていますが、ネストが深いスクリプトブロックなどでは、もっと大きくする必要も出てくるかもしれません。

出力されたast.jsonを、JSON Viewerを使って表示してみたのが、以下のスクリーンショットになります。

スクリーンショット 2016-12-15 09.44.06

色んなスクリプトのASTを表示して、楽しんでみてください。

ASTシリーズはもう少し続きます。次回はAST Visitorと静的解析のお話です。

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。

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。

2015/09/07

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。

2014/04/20

Select-Object、Format-Table、Sort-Objectなど、-Propertyパラメータを持つコマンドレットには、プロパティ名を指定する以外にも「集計プロパティ」という連想配列を指定することができます。

集計プロパティを利用すると、オブジェクトが持っていないプロパティを動的に作成し、その値を表示することができるようになります。

たとえば、dir (Get-ChildItem)の出力するファイルリストに、テキストファイルとして開いた場合の1行目の記述(Textプロパティとする)も合わせて表示したい場合は以下のようにします。

dir | select Name, Extension, @{Name="Text"; Expression={$_|gc|select -First 1}}

出力は以下のようになります。

Name            Extension            Text                              
----            ---------            ----         
test1.ps1       .ps1                 param([Parameter(ValueFro...
test2.ps1       .ps1                 $x=1231                           
test3.ps1       .ps1                 Start-Transcript                  
test4.ps1       .ps1                 Get-Content .\gacha_log.t...

ここで、@{Name="Text"; Expression={$_|gc|select -First 1}}と指定している部分が集計プロパティです。連想配列のキーとしてプロパティ名を表すNameと、スクリプトブロックを指定するExpressionを含めます。なお、キー名のNameはN、ExpressionはEと省略表記できるので、

dir | select Name, Extension, @{N="Text"; E={$_|gc|select -First 1}}

と書くこともできます。

ここまではヘルプにも載っていることなのでご存知の方も多いと思います。ただ、連想配列を指定してごにょごにょ、というのは(特にインタラクティブ実行時には)正直だるいです。そこでもっと楽な書き方はないものかと思って何気なく、

dir | select Name, Extension, {$_|gc|select -First 1}

とプロパティとしてスクリプトブロックをそのまま書いたら、普通に通りました。これ、知ってました? 私は知らなかったです。しかしv2環境で実行しても動いたので前からあったんですね。なぜヘルプに載ってないのか…。それともどこかに載ってるんでしょうか…。

ただしこの方法だと、集計プロパティでプロパティ名(Nameキー)を指定しない場合と同様、以下のようにプロパティ名がスクリプトブロックの定義そのままになります。

Name          Extension          $_|gc|select -First 1                              
----          ---------          ---------------------         
test1.ps1     .ps1               param([Parameter(ValueFro...

そのため、コマンドの出力を変数に入れて利用する場合などはこの方法は不適です。ですがインタラクティブ実行時で、結果表示の見た目よりも効率を重視する場合なら、この方法はお勧めです。

2013/12/05

はじめに

この記事はPowerShell Advent Calendar 2013の5日目の記事です。

突然ですが、PowerShellにはJobが完了するまで待機するWait-Jobコマンドレットというのがあります。これはその名の通り、パイプラインから入力したJobオブジェクトがすべて(あるいはどれか一つが)完了状態になるまでスクリプトの実行を待機する効果があります。

当然ながらWait-JobはJobオブジェクトにしか利用できませんが、任意の入力オブジェクトに対して待機条件を指定してやれば、その条件を満たすまで実行を停止するコマンドがあると便利なんじゃないかな?と常々思っていたので書いてみました。

Wait-State関数
function Wait-State
{
    [CmdletBinding(DefaultParameterSetName="ByProperty")]
    param(
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true)]
        [PSObject]$InputObject,
        [Parameter(Position=1,Mandatory=$true,ParameterSetName="ByProperty")]
        [string]$Property,
        [Parameter(Position=2,ParameterSetName="ByProperty")]
        [object]$Value,
        [Parameter(Position=1,Mandatory=$true,ParameterSetName="ScriptBlock")]
        [Alias("Script")]
        [ScriptBlock]$FilterScript,
        [Parameter()]
        [switch]
        $Any,
        [Parameter()]
        [switch]
        $IgnoreImmutable,
        [Parameter()]
        [switch]
        $PassThru,
        [Parameter()]
        [switch]
        $AllOutput,
        [Parameter()]
        [int]
        $IntervalSec=1,
        [Parameter()]
        [int]
        $TimeoutSec=60
    )

    begin
    {
        $objects = @()
        $watch = New-Object System.Diagnostics.StopWatch
        $watch.Start()
        $firstChecked = $false
    }

    process
    {
        foreach($o in $InputObject)
        {
            $objects += $o
        }
    }

    end
    {
        while($true)
        {
            $remains = @()
            foreach($o in $objects)
            {
                if($firstChecked)
                {
                    if($o.Refresh)
                    {
                        $o.Refresh()
                    }
                }

                if($null -ne $FilterScript)
                {
                    if($o|&{process{&$FilterScript}})
                    {
                        if($PassThru)
                        {
                            if((!$IgnoreImmutable -or ($IgnoreImmutable -and $firstChecked)))
                            {
                                $o
                            }
                        }
                    }
                    else
                    {
                        $remains += $o
                    }
                }
                else
                {
                    if($Value -eq $o.$Property  -and (!$IgnoreImmutable -or ($IgnoreImmutable -and $firstChecked)))
                    {
                        if($PassThru)
                        {
                            if((!$IgnoreImmutable -or ($IgnoreImmutable -and $firstChecked)))
                            {
                                $o
                            }
                        }
                    }
                    else
                    {
                        $remains += $o
                    }
                }
            }

            if($remains.Length -eq 0)
            {
                break
            }
            elseif($Any -and $remains.Length -lt $objects.Length)
            {
                if($AllOutput -and $PassThru)
                {
                    $remains
                }
                break
            }
            elseif($watch.Elapsed.TotalSeconds -ge $TimeoutSec)
            {
                if($AllOutput -and $PassThru)
                {
                    $remains
                }
                break
            }
            
            $objects = @($remains)
            $remains = @()
            
            $firstChecked = $true

            Start-Sleep -Seconds $IntervalSec
        }
    }
}
コマンド構文
Wait-State [-Property] <string> [[-Value] <Object>] [-InputObject <psobject>] [-Any] [-IgnoreImmutable] [-PassThru] [-AllOutput] [-IntervalSec <int>] [-TimeoutSec <int>]  [<CommonParameters>]

Wait-State [-FilterScript] <scriptblock> [-InputObject <psobject>] [-Any] [-IgnoreImmutable] [-PassThru] [-AllOutput] [-IntervalSec <int>] [-TimeoutSec <int>]  [<CommonParameters>]
パラメータ

-InputObject:入力オブジェクト。パイプライン入力可。
-Property:変更を確認するプロパティ名。
-Value:-Propertyで指定のプロパティ値が、このパラメータに指定する値になるまで待機する。
-FilterScript:プロパティを指定する代わりに待機条件をスクリプトブロックで指定する。
-Any:入力のどれか一つが条件を満たすまで待機するようにする。(省略時は入力が全部条件を満たすまで待機)
-PassThru:入力オブジェクトが待機条件を満たした時点で、そのオブジェクトを出力する。省略時は出力なし。
-IgnoreImmutable:最初から条件を満たしている場合は出力しない。-PassThruと併用。
-AllOutput:タイムアウトした場合や-Any指定時に一部のオブジェクトしか出力していない場合でも、最終的に未出力のすべてのオブジェクトを出力してから終了する。-PassThruと併用。
-IntervalSec:プロパティ値のチェック、もしくは待機条件スクリプトの実行の間隔秒数を指定。デフォルト1秒。
-TimeoutSec:最大待機秒数。デフォルト60秒。この時間を過ぎると条件を満たしていなくても待機を終了する。

使用例
# 停止しているサービスがすべて開始するまで待機する。
Get-Service |? Status -eq Stopped | Wait-State -Property Status -Value Running

# 上記と同じだが、開始したサービスを逐次表示する。
Get-Service |? Status -eq Stopped | Wait-State -Property Status -Value Running -PassThru

# 停止しているサービスが少なくとも1つ開始するまで待機する。
Get-Service |? Status -eq Stopped | Wait-State -Property Status -Value Running -Any

# プロセスのワーキングセットが100MBを超えた段階で逐次表示する。
Get-Process | Wait-State {$_.WorkingSet -ge 100MB} -PassThru

# 上記と同じだが、最初から100MBを超えてるものは出力しない。
Get-Process | Wait-State {$_.WorkingSet -ge 100MB} -PassThru -IgnoreImmutable

# ディレクトリ内のファイル容量がすべて50KBを超えるまで待機し、出力のFileInfo配列を変数に代入。
$files = Get-ChildItem | Wait-State {$_.Length -ge 50KB} -PassThru -AllOutput -TimeoutSec 3600
問題点

プロパティ値を取得するときにリアルタイムに値が反映されないオブジェクト(要するにGetした時点のプロパティ値がずっと固定されてるもの)に対しては正しく動作しません。というか、PowerShellで扱うオブジェクトはほとんどそうなんじゃないかと思います(汗

ServiceControllerオブジェクト、Processオブジェクト、FileInfoオブジェクト、DirectoryInfoオブジェクトについては、Refreshメソッドを実行すると、プロパティ値を現在の値に更新してくれるので、それを利用してプロパティ値を監視できるようにはしています。

それ以外についても監視できるようにするには、たぶんそれぞれのオブジェクトに応じた監視方法を地道に調査して実装していくしかないんじゃないかなあと思います。

INotifyPropertyChangedインターフェースを実装したクラスについては、PropertyChangedイベントをSubscribeしてプロパティ値の変更を追跡できるようにしてみようとちょっと思ったんですが、PowerShellで扱うオブジェクトにINotifyPropertyChangedを実装したクラスのものってそんなにあるんだろうか?と疑問を覚えたのでやめました。

WMIオブジェクトについては何か共通の方法でプロパティ値変更を監視できないかなあと思ったんですが、結局IntervalSec間隔でクエリを発行する方法になってしまい、低コストで行う方法がちょっと思いつきませんでした。

ただ、-FilterScriptパラメータをサポートしているので、ここに書くことでいかようにも待機条件をカスタマイズできるので、極端な話、条件スクリプトブロックに{(Get-Hoge -Name $_.Name).Property -eq “ほげ”}みたいなコードを書いてゴリ押しすることもできるかと思います。

感想

というわけで、なんだか微妙な成果になって恐縮ですが、なんで無いんだろうと思っていた関数を実際に書いてみると、無い理由が分かったりするものなんだなあ、と思ったりした次第です。

スクリプトの解説を何もしてないですが、あえて解説する程のものでもないこともないですが、まあ長くなるのでやめときます。

ただ、入力オブジェクトを一旦全部取得してから、後続パイプラインに流し込む例としていくらか参考になるかもしれません。(beginで入れ物を用意して、processで詰めて、endでメインの処理を書くだけですけど)

あとはフィルタースクリプトブロックの実装方法の一例としても参考になるかも? スクリプトブロックを二重にして$_に対象オブジェクトがきちんと格納されるようにする方法、若干トリッキーな気もしますが正式にはどう書くのが良いのか不明なのでこうしてみました。

2013/03/29

はじめに

Twitterブログ: 日本の皆さんにも「全ツイート履歴」が使えるようになりました の記事のとおり、自分の全ツイートデータをダウンロードする機能がTwitterで利用可能になっています。

ダウンロードされるzipファイルには、ツイートを表示するためのHTML、JavaScriptファイルのほか、CSV形式のデータ(tweets.csv)も含まれています。CSVファイルの処理といえばPowerShellが得意とするところです。このファイルを読み込んで、PowerShellで自分のツイートを分析してみましょう。

準備

具体的にダウンロードする方法は上記記事を参考にしていただいて、まずはダウンロードしたzipファイルからtweets.csvを解凍し、PowerShellのカレントディレクトリをtweets.csvのあるフォルダに移動させておいてください。

毎回CSVを読み込むと時間がかかるので、まず以下のようにしてImport-CsvコマンドレットによりCSVファイルを読み込み、変数にオブジェクトとして入れておきます。

$tweets = Import-Csv tweets.csv

なお私の総ツイート数は4万ほどで、tweets.csvは10MB程です。これくらいの容量だとそのままでもまずまずまともな速度で分析が可能ですが、何十万ツイートもしていらっしゃるTwitter廃人マニアの方は、適宜ファイルを分割するなどして対処願います。

CSVファイルのヘッダ行は

"tweet_id","in_reply_to_status_id","in_reply_to_user_id","retweeted_status_id","retweeted_status_user_id","timestamp","source","text","expanded_urls"

となっています。Import-Csvコマンドレットはデフォルトでは1行目を出力オブジェクトのプロパティ名とするので、データ行の1行がtweet_idプロパティ等を持つオブジェクトとして読み込まれ、$tweets変数にはそのオブジェクトの配列が格納されることになります。

ツイート抽出/検索
一番最初のツイートを表示
PS> $tweets | select -Last 1

tweet_id                 : 948090786
in_reply_to_status_id    : 
in_reply_to_user_id      : 
retweeted_status_id      : 
retweeted_status_user_id : 
timestamp                : 2008-10-06 10:54:10 +0000
source                   : web
text                     : はぐれメタルがあらわれた!
expanded_urls            : 

Select-Objectコマンドレット(エイリアスselect)はオブジェクトの絞り込みに使います。このCSVファイルではツイートの並び順がタイムスタンプの降順なので、最初のツイートは一番最後の行となります。

直近5ツイート表示
PS> $tweets | select -First 5 | fl timestamp,text

timestamp : 2013-03-21 17:02:23 +0000
text      : Need for Speedがなんか懐かしい。初めて買ったPCに体験版がバンドルさ
            れてた記憶がある。

timestamp : 2013-03-21 17:01:23 +0000
text      : そいえばEAのシムシティ不具合お詫び無料DL特典、何選ぼうかなあ。シム
            シティ4あるけど英語版という噂だし2013やった後につらいもんがありそう
            。

timestamp : 2013-03-21 16:45:09 +0000
text      : というわけでシムシティ大好きなんで、私の街を返してください…

...

Format-Listコマンドレット(エイリアスfl)を使うと必要なプロパティ値のみ抽出してリスト形式で表示できます。

文字列で検索
PS> $tweets | where {$_.text -match "眠い"} | fl timestamp,text

timestamp : 2013-03-05 10:46:39 +0000
text      : 眠いのってもしかしてアレルギールの副作用かも。蕁麻疹がひどいときし
            か飲んでないんだけどねえ

timestamp : 2013-03-05 05:42:18 +0000
text      : なんでこんなに眠いのかな

timestamp : 2013-03-04 07:44:18 +0000
text      : 眠いなあ

...

Where-Objectコマンドレット(エイリアスwhere)を使うとオブジェクト配列のうち特定条件のもののみ抽出できます。ここではツイート本文(textプロパティ)に"眠い"という文字列が含まれているものを抽出しています。どんだけ眠いんですか私は…

2009年のツイートのみ表示
PS> $tweets | select @{L = "timestamp"; E = {Get-Date $_.timestamp}},text | 
    where {$_.timestamp.Year -eq 2009} | sort timestamp |
    fl timestamp,text

timestamp : 2009/01/01 0:01:08
text      : あけおめ!

timestamp : 2009/01/01 0:16:31
text      : 2chとついったー強いなーmixiしんでた

timestamp : 2009/01/01 13:37:50
text      : 家族でおせちをたべた。おいしかった

...

もちろん本文に含まれる文字列以外にも、timestamp(ツイート時刻)で抽出するなどもできます。ここではtimestampがGMTで分かりづらく、かつ文字列のため扱いづらいので、Select-Objectに集計プロパティを指定してDateTime型に変換しています。Format-ListやSelect-Objectに指定する集計プロパティの書式は、@{L="ラベル";E={値を返すスクリプトブロック}}のように連想配列で指定します。LはLabel、EはExpressionのように省略せずに指定してもOKです。

集計プロパティはあんまり解説を見かけないですけども、オブジェクトを処理するコマンドレットの多くで利用可能できわめて重要なので覚えておくと良いと思います。

よるほ成功ツイート
PS> $tweets | where {(Get-Date  $_.timestamp).ToString("HH:mm:ss") -eq "00:00:00"} | 
    fl @{L = "timestamp"; E = {Get-Date $_.timestamp}},text

応用でこんなんもできます。0:00:00ちょうどのツイートを抽出します。私はかつてよるほ成功したことがないので結果は何も返ってきませんけど。

ツイート中のURLリストを作る
PS> $tweets | where {$_.expanded_urls} | select -expand expanded_urls
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B2%A1%E7%B4%A0%E4%B8%96
http://htn.to/4oxXDN
http://guitarrapc.wordpress.com
...

whereによる抽出を応用するとこういうこともできます。なお、expanded_urls列は本文中のURLが複数含まれているとそれらは,で区切られるため、可変長の行となります。Import-Csvコマンドレットはこのような可変長なCSVに対応していないので、複数URLがあっても最初の1つのみ取得します。それとexpanded_urlsが追加されたのはt.coによるURL短縮が始まってからなので、昔のツイートにこの値は含まれていません。

ツイート数統計
月別ツイート数表示
PS> $tweets | group @{E = {(Get-Date $_.timestamp).ToString("yyyy/MM")}} -NoElement

Count Name
----- ----
  432 2013/03
  413 2013/02
  248 2013/01
  741 2012/12
  497 2012/11
  791 2012/10
  659 2012/09
...

ツイート分析と言えばやはりツイート数統計を取ることから始まるでしょう。統計を取るにはGroup-Objectコマンドレット(エイリアスgroup)が使えます。ここでもグループ化キーとして集計プロパティを指定してやります。ツイートの「年/月」を文字列化し、それが同じツイートでグループ化することで、月別ツイート数の統計が表示できるわけです。

時間帯別ツイート数表示
PS> $tweets | group @{E = {Get-Date $_.timestamp | 
    select -expand Hour}} -NoElement |
    sort @{E = {[int]$_.Name}}

Count Name
----- ----
 2369 0
 1630 1
 1137 2
 ...
 2270 23

やり方としては先ほどのとほぼ同じです。Select-Object -ExpandPropertyはパイプライン入力でオブジェクトのプロパティ値を取得できるのでよく使います。ちなみにPowerShell 3.0だと「$obj|foreach プロパティ名」でも取れますね。

Sort-Objectコマンドレット(エイリアスsort)でもソートキーとして集計プロパティを指定できます。ここではNameプロパティ(グループ化キーの値)をintに変換したものをキーにソートしています。

曜日別ツイート数表示
PS> $tweets | group @{E = {Get-Date $_.timestamp | 
    select -expand DayOfWeek}} -NoElement |
    sort @{E = {[DayOfWeek]$_.Name}}

Count Name
----- ----
 4939 Sunday
 5164 Monday
 5463 Tuesday
 5164 Wednesday
 5563 Thursday
 5992 Friday
 6331 Saturday

これもやり方としてはほぼ同じ。ソートキーはDayOfWeek列挙体にキャストしてちゃんと曜日順に並ぶようにしてます。

ツイート数計測
総ツイート数
PS> $tweets | measure

Count    : 38616
Average  :
Sum      :
Maximum  :
Minimum  :
Property :

ここからはツイート数の計測をしていきます。単純にツイート総数を取るだけならMeasure-Objectコマンドレット(エイリアスmeasure)を使うだけでOKです。Averageなどは対応するスイッチパラメータ(-Averageなど)を指定すると計測されますが、この場合は元オブジェクトが数値ではないのでエラーになります。

ツイート文字数分析
PS> Add-Type -AssemblyName System.Web
PS> $tweets | where {!$_.retweeted_status_id} | 
    select @{L = "TextLength"; E = { 
        [System.Web.HttpUtility]::HtmlDecode($_.text).Length}} | 
    measure -Sum -Maximum -Minimum -Average -Property TextLength

Count    : 37718
Average  : 48.7322233416406
Sum      : 1838082
Maximum  : 140
Minimum  : 1
Property : TextLength

ツイート文字数を計測するとき、元のオブジェクトにはツイート文字数を返すプロパティはないので、Select-ObjectコマンドレットにTextLengthという集計プロパティを指定して新たに作ってしまいます。

Measure-Objectコマンドレットは-Propertyパラメータにより対象オブジェクトのどのプロパティ値を計測するか指定できます。そしてスイッチパラメータを全部有効にすることで、平均、合計、最大、最小値を計測しています。私の総ツイート文字数は183万です。

なお、リツイートの場合はretweeted_status_idにリツイート元のツイートIDが入るので、このIDがあるものはWhere-Objectで除外してます。またツイート本文の<や&などはHTMLエンコードされたものがtext列に格納されているので、HttpUtilityを使ってデコードしてから文字数をカウントしています。

通常ツイートとRTの比率
PS> $tweets | foreach {
  $TweetCount = 0;
  $RTCount = 0
} {
    if($_.retweeted_status_id){
        $RTCount++
    }else{
        $TweetCount++
    }
} {
    New-Object psobject @{
        AllCount = $tweets.Length;
        TweetCount = $TweetCount;
        RTCount = $RTCount;
        RTRatio = $RTCount/$tweets.Length
    }
}


Name                           Value
----                           -----
RTCount                        898
TweetCount                     37718
AllCount                       38616
RTRatio                        0.023254609488295

Measure-Objectコマンドレットは計測方法を指定することはできないので、独自の計測を行う場合はこんな感じでコードめいたものを書く必要が出てくるかと思います。RT率たったの2%か…ゴミめ…

ForEach-Object(エイリアスforeach)は1個のスクリプトブロックをパラメータに指定するとprocessブロック相当の列挙部分を実行しますが、このように3個指定すると、それぞれbegin(初期化処理)、process、end(終了処理)ブロックに割り振られます。

ここではbeginブロックで変数初期化、processブロックで通常ツイートとリツイートを加算、endブロックで計測値をPSObjectに格納して出力してます。ちなみにPowerShell 3.0ではカスタムオブジェクトを作る場合は「[pscustomobject]@{連想配列}」で書くほうが楽です。

お前は今まで寒いと言った回数を覚えているのか
PS> $tweets | foreach {$count = 0} {
    $count += ($_.text -split "寒い").Length - 1} {$count}
137

覚えてないから数えます。137回か。

数値だけを出力するならこんな感じでシンプルに書けますね。

ランキング
クライアントランキング
PS> $tweets | group @{E = {$_.source -replace "<.+?>"}} -NoElement | 
    sort Count -Descending

Count Name
----- ----
12927 Janetter
11333 web
 5230 Azurea for Windows
 3060 TweetDeck
 1694 Hatena
  866 twicca
  667 twigadge
...

ここからはいろんなランキングを取得してみます。まずはツイートに使ったTwitterクライアントのランキング。ここでもGroup-Objectを使っています。クライアント名はクライアント配布URLがaタグで含まれているのでそれを-replace演算子で削ったものをグループ化キーとしています。ランキングなので最後はCountで降順ソート。

リプライしたユーザーランキング
PS> $tweets | where {$_.in_reply_to_user_id} |
    select @{L = "user"; E = {if($_.text -match "^(@[a-zA-Z0-9_]+)"){$matches[1]}}} |
    group user -NoElement | sort Count -Descending

Count Name
----- ----
  807 @xxxxxxxxxx
  417 @xxxxxxxxxx
  333 @xxxxxxxxxx
...

ランキング系はどれもgroup→sort Countのパターンになるかと思います。リプライツイートはin_reply_to_user_id列にリプライしたユーザーIDが含まれるのでまずはそれでフィルタし、ユーザー名はツイート本文から取ります。ユーザー名は-match演算子を使って正規表現で抽出します。$matches自動変数は連想配列で、[0]にマッチ全体が、[1],[2],...にはサブ式のキャプチャが入ります。ちなみにサブ式に名前を付けてるとキー名が数値ではなくサブ式名となります。

ハッシュタグランキング
PS> $tweets | foreach {[regex]::Matches($_.text, "(#\S+)") | 
    % {$_.Captures} |% {$_.Value}} | 
    group -NoElement | where Count -gt 1 | sort Count -Descending

Count Name
----- ----
  199 #zanmai
   75 #nowplaying
   68 #nhk
   63 #techedj2009
...

ハッシュタグも同様のアプローチで取れますが、ハッシュタグは1ツイートに複数あることがあり、-match演算子だと複数のマッチは取れないので[regex]を使って取得しています。

おわりに

PowerShellのオブジェクト処理用コマンドレットを用いると、CSVデータの分析ができます。普通はログファイル等を解析するのに使うわけですが、こういう身近なデータを扱ってみるのも面白いんじゃないでしょうか。きっとPowerShellの勉強にもなると思います。

2013/03/16

PowerShellのforループで2変数を初期化するにはどうすれば良いのかと、昨日とある方に質問されました。C#やJavaScriptなんかでは

for (int i = 0, j = 10; i < 10; i++, j--){}

のように初期化子を,で区切って複数指定できますが、PowerShellでは

for ($i = 0, $j = 10; $i -lt 10; $i++, $j--){}

という書き方ができません。初期化子部分には一つの変数しか書けないのです。

そこで考えたのが部分式を利用する方法です。部分式は一つの式に複数の文を埋め込むための書式で、

Write-Host "今日は $($d = Get-Date; $d.ToString("M/dd")) です。"

こんな感じで$()の中に複数の文を入れて変数のように実行結果の値を参照できます。なお、部分式の内部は、スクリプトブロックとは違い、外側と同じスコープとなります。

この部分式をforループの初期化子に利用してみます。

for ($($i = 0; $j = 3); $i -lt 3; $i++, $j--)
{
    "$i $j"
}

実行結果は

0 3
1 2
2 1

となりちゃんと動いてますね。

この書き方が果たして正式なものなのか、分かりませんが、forループで複数値の初期化をしたいときに使えるテクなんじゃないでしょうか。

ちなみにPowerShellのforループの初期化子宣言はループ内のスコープにおける変数とはならず、ループの外側でも参照や代入ができてしまいますので注意です。forループの中は別スコープとはならないのですね。それは部分式を使っても同じです。(それだったらforループの前で変数初期化しても同じことじゃん、となるかもしれませんが…)

また例をみていただければ分かりますが、反復式の部分は,で複数指定できるようです。ただしこの,はforステートメントの構文の一部ではなく、配列連結演算子の,だと思います。

追記。エントリ読み返して気づいたんですが、反復式を配列として記述できるのだから、初期化も配列でやっちゃえば良かったですね。このように。

for ($i, $j = 0, 3; $i -lt 3; $i++, $j--)
{
    "$i $j"
}

こっちのほうがいいですね。


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