2017/12/01

この記事はPowerShell Advent Calendar 2017の1日目です。

毎年恒例のPowerShell Advent Calendar、今年も始まりました。ここ数年は私がトップバッターを務めさせていただいて、1年間のPowerShell界隈の出来事をさくっとまとめてみています。→2016年2015年

昨年2016年はPowerShell 10周年の年であり、PowerShell 5.1、Windows Server 2016、Nano ServerとPowerShell Core Editionが各々正式版としてリリースされ、さらにはPowerShellがオープンソース化、マルチプラットフォーム展開を始めるという大きな変革があった年でした。

今年2017年は昨年ほど大きな変化はないとはいえ、昨年のOSS化からのマルチプラットフォーム展開を着実に進行させた年だと言えると思います。

以下、いくつかトピックを紹介します。

WMF 5.1インストーラーの登場

PowerShell 5.1を含むWMF (Windows Management Framework) 5.1は、Windows2016に同梱され、昨年8月にリリースされたWindows 10 Anniversary Updateにも同梱されました。今年1月に公開されたWMF5.1のインストーラーは、下位OS(Windows 7/8.1/Server 2008 R2/2012/2012 R2)のためのものです。

なお、Win10/2016に同梱のPester(テストフレームワーク)やPSReadline(コンソール入力支援)についてはWMF5.1には含まれていないので、別途PowerShellGetでインストールするのがお勧めです。

Azure Cloud ShellでのPowerShell サポート

Webブラウザ上で動作するAzureの管理用シェルである、Azure Cloud ShellではまずBashがサポートされていましたが、今年9月にPowerShellもサポート(まだプレビューですが)されました。

自動的に認証された状態で最新のAzure PowerShellのコマンドが使え、AzureのリソースにAzure:ドライブを介してアクセスすることが可能です。

注意点があって、このPowerShell版Azure Cloud Shell、どうも現バージョンでは(Nano Serverではなく)Windows Server Coreのコンテナ上で動作しているらしく、Bashに比べ起動が若干遅いのと、実体はPowerShell CoreではなくWindows PowerShell 5.1であることはちょっと念頭においておいたほうがいいかもしれません。

これ、PowerShell CoreではまだAzure PowerShellの全機能がサポートされてないからだと思うんですが、今後に期待ですね。

PowerShell for Visual Studio Code 正式版リリース

先だってオープンソース化された、マルチプラットフォーム対応のコードエディタであるVisual Studio CodeでPowerShellスクリプトの開発を行うためのExtension、PowerShell for Visual Studio Codeの正式版(1.0)が5月に公開されました。なお、現時点での最新バージョンは1.5.1となっています。

当初は、PowerShellに付属の標準スクリプト開発環境、PowerShell ISEの方が多機能だったようにも思いますが、今はもう完全にISEの機能を追い越したんじゃないかと思います。シンタックスハイライト、インテリセンス、デバッグ、コンソールといった基本機能はもちろん、Gitによるバージョン管理もVSCode自体でサポートされていることに加え、静的解析機能を提供するPowerShell Script Analyzer、テストフレームワークのPester、プロジェクト管理機能を提供するPlasterなどが統合されており、本格的な開発環境となっています。

また当然ではありますが、マルチプラットフォーム対応なので、WindowsではWindows PowerShell 、LinuxやMacではPowerShell Coreの開発が各々可能です。

公式ブログでのアナウンスによれば、今後ISEがなくなることはありませんが、ISEに新機能が追加されることはなくなり、PowerShell for VSCodeの開発に注力されることになります。ISEはとにかく標準添付である(GUI有効ならサーバーOSでも動く!)という強みがあり、シンプルなスクリプト記述であればそこそこ便利に使えるので、これからもシチュエーションに応じて使い分けて行けば良いのかなと思います。

PowerShell Core RCのリリース

昨年OSS化したPowerShell Core 6はα版として開発が続いていましたが、今年5月にはβ版となり、先月(11月)、ついにRC(Release Candidate)となりました。6.0.0のGAリリースは来年1月になるそうです。

OSS化直後からRCに至るまでの変更点は多岐に渡り、とても一言で説明できるものではないですが、ポイントとしては以下の3点に集約されるんじゃないかと思います。

  1. PowerShellが長年抱えていた問題点の洗い出しと修正

    PowerShellがOSS化した当初は、ほとんどがWindows PowerShell 5.1のコードそのままであったと言ってよいかと思います。10年以上増改築が繰り返されたコードが突如、全世界に公開されたわけです。コミュニティの力でバグや変な仕様といった問題点が洗い出され、どんどん修正されていきました。
    また、不足していると思われる機能はどんどん追加されました。既存コマンドレットのパラメータが増えるというパターンが多かったように思います。

    特筆すべきは、破壊的変更であっても妥当性があれば躊躇せずに取り入れていったことかと思います。これは英断ではありますが、一方でWindows PowerShell 5.1とPowerShell Coreでは細かいところで非互換性が色々出ていますので、移行の際には注意を要します。

  2. マルチプラットフォーム対応

    前述の通り、OSS化した当初のPowerShell 6.0は、ほぼWindows PowerShell 5.1なので、Windowsでしか動作しない部分が多々ありました。それをLinuxやMac環境でも動作するように多くの修正が加えられました。

    ところで、PowerShell 6.0は当初、条件付きコンパイルにより、Windows用に.NET Framework(Full CLR)をターゲットにして、Desktop Edition相当のPowerShellをビルドすることが可能でした。

    しかしβ版になったタイミングで、OSS版PowerShell 6.0は、「PowerShell Core 6.0」すなわち、「.NET Core上で動作するPowerShell Core」であることが明確にされました。よってFull CLRターゲットのビルドはできなくなり、β6ではついにFull CLR対応のコードはすべて削除され、Core CLR対応のコードのみとなりました。

  3. Windows PowerShell用コマンドレットの呼び出し

    PowerShell Core 6.0にはいくつかのコマンドレットが同梱されていますが、Windows PowerShell 5.1に含まれているすべてのコマンドレットを網羅しているわけではありません。また、WindowsやWindows Serverの管理のために提供されている、OS付属のモジュール群もCore 6.0には含まれておらず、α版の段階では実行も不可能(だったはず)でした。

    β1からターゲットが.NET Core 2.0に移行したことにより、.NET Standard 2.0がサポートされました。このことによって、Windowsに付属の数千ものコマンドレットを初めとするWindows PowerShell用コマンドレット(要はFull CLRをターゲットとしてビルドされたもの)のうち、.NET Standard 2.0に含まれるAPIしか使われていないものであれば、原理的にはPowerShell Coreでも実行可能になりました。

Windows PowerShellの今後

さて、PowerShell Core 6.0がまもなく正式版リリースということですが、では従来のWindows PowerShellはどうなるのか、という話について。

公式ブログのアナウンスによれば、Windows 10やWindows Server 2016に付属のWindows PowerShell 5.1については、今後もサポートライフサイクルに則り、重大なバグフィックスやセキュリティパッチ提供等のサポートは継続されます。もちろん下位バージョンのOS/Windows PowerShellも同様です。

しかしながら、Windows PowerShellに新機能が追加されることは今後はなく、開発のメインはPowerShell Coreへと移行します。つまりは、PowerShell Coreの開発の中で追加された新機能、変更点、バグフィックスについては、基本的にはWindows PowerShellとは無関係ということです。

また、現状ではPowerShell CoreはWindows PowerShell環境に追加インストールし、サイドバイサイド実行が可能となっていますが、将来的にPowerShell CoreがWindowsに同梱されるかどうかについては言及されておらず、今のところは不明です。

以下は私見になります。

このような状況で、Windows PowerShellユーザー、とりわけWindows Serverの管理はするが、Linuxとかは特に…というユーザーはこれからどうすべきか?という点は割と悩ましいところだと思います。個人的には、WindowsやWindows Serverを管理するスクリプトが現時点であるなら、それを無理に今すぐCore対応にする必要はないと思います。現時点で今すぐCoreに移行すべき理由というのはとくに無いと感じます。Coreで追加、改善された機能はあるものの、Coreには無い機能もたくさんあるからです。
また新規にスクリプトを作る場合でも、対象がWindowsに限定されるのであれば、Windows PowerShell用に作れば良いのではないかと。OS付属のコマンドレットの動作は確実に保証されているわけですから。

ただし、ご存じの通りWindows10とServer 2016は半期に一度の大型アップデートで新機能が次々追加されていきます。その過程でPowerShell Coreが含まれるようになったり、Coreのみ対応のコマンドレットが追加される可能性は無きにしもあらずなのではないかとも思います。なので、Coreの状況をチラ見しつつ、未来に備えておく必要はあると思います。Windows10/Server2016の「次」も見据えて。

それとPowerShellでWindowsもLinuxも面倒みていきたい、という野心がある方は、Coreを採用していくのがいいのではないかと思います。ただし、現状しばらくは茨の道ではあるとは思います。

あとはスクリプトやモジュールを作成し公開する方は、より多くの環境で使われるように、可能であればCore対応を進めるのは悪くないんじゃないかと思います。

おわりに

他にもWin10/Server2016におけるPowerShell 2.0の非推奨化の話とか、DSC Core構想とか、なにげに結構いろいろ話題はありました。

さて、Windows PowerShellとしては一端落ち着いた感もある界隈ですが、PowerShell Coreとしてはこれからも活発に動いていくものと思います。注目していきたいですね。

そんな2017年の締めくくり、今年はどんな記事が集まるでしょうか。PowerShell Advent Calendar 2017の参加、お待ちしております。

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。

2016/01/03

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。

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。

2011/03/25

PowerShellは一次元のobject配列を多用しますが、実は他言語と同様に、多次元配列やジャグ配列(配列の配列)もちゃんとあります。

ジャグ配列

ジャグ配列の作成

PS > $array = @(@("a","b"),@("c","d","e"))

配列の参照

PS > $array
a
b
c
d
e
PS >  $array.Length
2
PS >  $array[0]
a
b
PS >  $array[0][1]
b

ジャグ配列の作成は、配列をまず作って、その配列を要素に持つ配列を作成するとできます。とても直感的かと思います。ただしここで注意しなければならない点は、

PS > $array = @(@("a","b") + @("c","d","e"))

のように、配列を+演算子で連結するのは駄目であるという点です。こうしてしまうと単に一次元配列同士が連結された要素数5の一次元配列が生成されてしまいます。

さて、このようにジャグ配列に含まれる配列とその数があらかじめ分かっている場合はこのように,演算子を使えば問題ありませんが、そうではない場合はちょっと工夫が必要です。たとえば「テキストファイルの一行ごとにchar[]配列を作り、それらを要素に持つジャグ配列を作成する」ことを考えてみましょう。まず最初に駄目な例。

$lines = @(Get-Content file.txt)
$array = @()
foreach($line in $lines)
{
	$array += [char[]]$line
}

これは一見うまくいきそうですが、先ほどと同じパターンで$arrayは単なるchar[]の一次元配列になってしまいます。目的のジャグ配列を得るには次のようにします。

$lines = @(Get-Content file.txt)
$array = @()
foreach($line in $lines)
{
	$array += ,[char[]]$line
}

ここでは配列要素の追加処理の際、配列に「,」を前置することによって「配列要素を展開することなく、配列そのものとして扱う」ようにしています。こうすることで$arrayにはchar[]配列そのものが要素として追加され、結果としてジャグ配列が格納されます。

 

多次元配列

2x2の多次元配列を作成

PS > $array = New-Object "object[,]" 2,2

要素に値を代入

PS > $array[0,0] = "a"
PS > $array[0,1] = "b"
PS > $array[1,0] = "c"
PS > $array[1,1] = "d"

配列の参照

PS > $array
a
b
c
d

配列のスライス

PS > $array[@(0,0)]
a
PS > $array[@(0,0),@(0,1)]
a
b
PS > $array[@(0,0),@(1,0)]
a
c

配列の作成の仕方がちょっと気持ち悪いですが、これはサイズ固定の一次元配列を作るときと同じ要領です。

配列のスライスも可能で、切り出したい要素のインデックスを「要素のインデックスを表す配列」で指定します。たとえば$array[0,0]を取り出したい場合は$array[@(0,0)]になるわけですね。複数の要素を切り出したい場合は「要素のインデックスを表す配列」の配列(つまりはジャグ配列)を指定することになります。

 

おまけ:一次元配列のちょっとしたtips

変数、プロパティ、コマンドレットの戻り値などで、その値が配列かそうでないかが事前に分からない場合でも、必ず配列として処理したい場合には@を用います。

$lines = Get-Content file.txt

Get-Contentコマンドレットはテキストファイルが1行の場合は、$linesには文字列の配列ではなく文字列が格納されます(複数行なら行ごとの文字列が格納された配列になる)。よってこの場合$linesが配列かどうかは事前には分からないことになります。テキストファイルの1行目を取得するつもりで $lines[0] とやっても、もしテキストファイルが1行だった場合は、その1行の一文字目が返ってきてしまいます。このような事態を防ぐには、

$lines = @(Get-Content file.txt)

のようにすると、$linesには必ず配列が格納されます。たとえテキストファイルが1行でも、要素数1の配列になります。

これとは逆のケースで、「配列か非配列かわからないが、必ず非配列として扱いたい」場合は次のようにするのも手でしょう。

$value = @($unknown)[0]

この場合だともし$unknownが配列だったとしても、その1要素目をとってきて$valueに格納してくれます。本来なら$unknownが配列かどうか確かめて、その要素数がいくつであるかなどを確認すべきなんですが、「非配列か要素数1の配列どちらかが返されるパターン」というのはADSIやXMLなど扱う際に意外と多くて、そういう場合に有用かと思います。

JavaScriptの配列操作と同じようなことをする方法

$array = @(1..5)
# push(配列末尾に値を追加)
$array += 6

# unshift(配列先頭に値を追加)
$array = @(0) + $array

# shift(配列先頭の値を削除)
$array[0]; $array = $array[1..($array.length-1)]

# pop(配列末尾の値を削除)
$array[$array.length-1]; $array=$array[0..($array.length-2)]
元記事:http://blogs.wankuma.com/mutaguchi/archive/2011/03/25/197857.aspx


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