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2017/12/24

PowerShellにおける「文」と「式」についての考察

Posted: 12:41:51 |

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 # ①コマンド1つだけ
1 # ②数値リテラルだけ
1 + 1  # ③算術演算子で構成される算術式
$a = 1 # ④代入
gps | where Handles -gt 100 | select ProcessName # ⑤パイプ記号でコマンドを連結したもの
1 + 1 | Write-Host # ⑥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、①、⑤はコマンドのみで構成されるパイプライン、②、③は単独の式のみで構成されるパイプライン、⑥は1つの式とコマンドで構成されるパイプライン、④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 # ①変数
$a = 1 + 1 # ②算術式
$a = Get-Process # ③パイプライン（コマンド1つ）
$a = gps | where Handles -gt 100 # ④パイプライン（コマンド複数）
$a = if($true){"a"}else{"b"} # ⑤if文
$a = $b = 1 # ⑥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⑤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①や②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⑥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 ($true) {} # ①変数
if ($a -eq 1) {} # ②論理演算子で構成された式
if ("a.txt" | Test-Path) {} # ③パイプライン
if ($a = 1) {} # ④代入文

①と②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③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、④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) # ①数値演算の優先順を変更する
($a = 1) # ②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)] # ③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) # ④コマンドのパラメータにコマンド実行結果を指定する

①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②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。

③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。

2017/12/01

2017年のPowerShellを軽く振り返ってみる

Posted: 00:00:58 |

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。

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。
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。
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。

2014/04/30

IEを使わずにWebブラウザをダウンロードする・PowerShell編

Posted: 22:22:40 |

はじめに

IE6～11まで、要するに現行のIEすべてを対象とするやばげなゼロデイ脆弱性がみつかり、パッチ公開までIE以外のブラウザを使いましょうという通達が出たり出なかったりしている昨今のようです。

その文脈で、IE以外のWebブラウザをダウンロードするのにIEを使うしかない！もう死ぬしか…みたいな（本気なのか冗談なのか判断が付きかねる）反応を散見します。

実際のところはWebブラウザを探してダウンロードする位はIE使えばいいと思いますが、IE使わないでいかにWebブラウザをダウンロードするか、を考えるのが、Twitter等で一種の大喜利のようになっています。

ftp.exeを使う、wgetなどのコマンドラインツールを使う、ペイントのファイルダイアログを使う(?)等々いろいろな案がありますが、皆なぜPowerShellを使わないんだ。ということで、書きます。

なお、WebブラウザのダウンロードURLはご自分でお調べください。こちらの方の記事が参考になるかと。

Invoke-WebRequestコマンドレットを使う

一番普通のやり方としては、Invoke-WebRequestコマンドレットを使う方法ですね。

Invoke-WebRequest https://アドレス/setup.exe -OutFile setup.exe

これを実行するとファイルがダウンロードされて、カレントディレクトリにsetup.exeというファイルが生成されます。フルパス指定でももちろんOKです。

なお、Invoke-WebRequestコマンドレットはHTMLのDOMパース時のみIEコンポーネントを用いるのですが、-OutFileパラメータ使用時はパースしないのでおそらくIEとは無関係で実行できると思います。（注：IEコンポーネントによるDOMパースを抑制するには、-UseBasicParsingパラメータを付加します）

Invoke-WebRequestコマンドレットはPowerShell 3.0から追加されたコマンドレットなので、3.0が同梱されているWindows 8、4.0が同梱されているWindows 8.1では特に何もせずに利用可能です。

ちなみにInvoke-WebRequestコマンドレットはデフォルトエイリアスとしてiwrが定義されているので、iwrでも呼び出せます。PowerShell 4.0ではそれに加えてwget、curlもエイリアス定義されていたりします。（このエイリアス定義は賛否両論ですけどね）

Windows 7の場合はPowerShellのデフォルトのバージョンは2.0なので、3.0以上を追加で入れる必要があります。Vistaは2.0までしか入らないので残念でした。

Start-BitsTransferコマンドレットを使う

Windows 7以上であればBITS（バックグラウンド　インテリジェント転送サービス）の機能がPowerShellコマンドレットから利用できます。BITSはその名の通り、ネットワーク帯域の空き部分を有効活用してファイルを転送するかしこいサービスで、Windows Update等で用いられています。ファイル転送のプロトコルとしてはSMBとHTTP(S)をサポートしてるので、Webサイトからファイルをダウンロードするという用途で使うことができます。

ダウンロードを開始するには、Start-BitsTransferコマンドレットを使います。

Import-Module BitsTransfer
Start-BitsTransfer https://アドレス/setup.exe setup.exe

Windows 7標準のPowerShell 2.0だと、Cmdlet Auto Discoveryの機能が働かないため、上記のようにImport-Moduleコマンドレットによる明示的なモジュールロードが必要ですが、PowerShell 3.0以降では不要です。

BitsTransferモジュールには他にもコマンドレットがあり、非同期転送等できたりするので興味のある方はヘルプをみてください。こちらの記事も参考になるかと：PowerShell: ◆Bits転送２

WebClientオブジェクトを使う

今回の大喜利(?)でPowerShellを用いてファイルダウンロードする方法というのもいくつか見かけたのですが、WebClientを使う方法が殆んどだったように思います。まあ今回の記事を書いた動機としては、今はもうWebClient使わなくても標準のコマンドレットでできるよ！ということなんで敢えてここでは書きません。次のツイートを参照して下さい：Twitter / tanakh: IEを使わずにFirefoxをダウンロードする方法、Powe ...

おまけ：chocolateyを使う

あまりPowerShellとは関係ないのですが、そもそもWindowsにはapt-getみたいなパッケージ管理システムはないんかい、という意見をみかけたので紹介します。ChocolateyというNuGetベースのWindows用アプリケーションのパッケージ管理ツールとリポジトリです。

このツール自体のインストールはコマンドプロンプトに、サイトトップに書いてあるコマンドをコピーペーストして実行するだけです。（このコマンド内でPowerShellを呼び出しているので関係あるっちゃある…）

あとはコマンドプロンプトで cinst GoogleChrome とかしてやるとダウンロードとインストールをしてくれると思います。

ところでchocolateyは現在のところコマンドプロンプトベースであり外部ツールですが、次期バージョンのPowerShell 5.0ではOneGetと呼ばれるパッケージ管理システムが追加され、コマンドレットでchocolateyをはじめとする様々なリポジトリからファイルを取得してインストールできるようになる予定なのでご期待ください。

2012/12/14

型を定義する方法 [PS Advent Calendar '12]

Posted: 02:32:15 |

本記事はPowerShell Advent Calendar 2012の14日目の記事になります。

前回（アドベントカレンダー1日目）は「PowerShellらしい関数の書き方」と題して、パイプライン内でうまく他のコマンドと連携させるための関数をどう書けばいいのか、ということについて書きました。前回の関数の例では入力型と出力型がstringだったのですが、実際は自分で定義した型を入力、出力値に取るように書くのが普通かと思います。今回は、それをするためにどうやって型を定義するのか、そしてその型を関数にどう指定するのか、という話をします。

PowerShellにはクラス定義構文がない

そもそもの話になるんですが、型を定義する、つまりはクラスを記述するためのPowerShellのステートメントやコマンドレットが無いため、PowerShell単独ではできません。なので無理です以上おしまい。…というわけにはいかないので、実際はどうするのがいいのかという話をしていきます。

方法としては大きく分けて二つあると思います。

１．C#など他の.NET言語を用いてクラスを記述する

２．ユーザー定義オブジェクトを作成する

今回は１の方法を説明します。

C#を用いてクラスを記述する

つまりはPowerShellでクラスを定義できないなら、C#を使えばいいじゃない。ということです。幸いPowerShell 2.0からはAdd-Typeというコマンドレットを用いると、C#やVBなど.NET言語のソースをその場でコンパイルしてアセンブリとして現在のセッションに読み込むことが可能です。

たとえば、論理ドライブを表すDriveというクラスを定義してみます。

Add-Type -TypeDefinition @"
    namespace Winscript
    {
        public enum DriveType
        {
            Unknown, NoRootDirectory, RemovableDisk, LocalDisk, NetworkDrive, CompactDisc, RAMDisk
        }

        public class Drive
        {
            public string Name {get;set;}
            public string VolumeName {get;set;}
            public DriveType Type {get;set;}
            public long Size  {get;set;}
            public long FreeSpace  {get;set;}
            public long UsedSpace  {get;set;}
            public string RootPath {get;set;}
        }
    }
"@ -Language CSharpVersion3

このようにC#のコードを文字列として-TypeDefinitionパラメータに与えると、コンパイルされて指定のクラス（ここではWinscript.Drive）がロードされます。

ここで-Language CSharpVersion3というパラメータは指定コードをC# 3.0としてコンパイルすることを指定するため、今回使用している自動実装プロパティなどC# 3.0の構文が利用できます。なおこのパラメータはPowerShell 3.0では不要です。ただし明示しておくとPowerShell 2.0でも正しく動作します。というのも-Languageパラメータ省略時はPowerShell 2.0ではC# 2.0でコンパイルされるのですが、PowerShell 3.0ではC# 3.0でコンパイルするためです（逆にPSv3でC#2.0でコンパイルするには”CSharpVersion2”という新しく追加されたパラメータ値を指定します）。

なお、ここでは-TypeDefinitionパラメータを用いてクラス全体を記述しましたが、この例のように列挙体も定義してそれをプロパティの型にするなどせず、すべて基本型のプロパティで完結するのならば、-MemberDefinitionパラメータを使ってメンバ定義だけを行う方が記述が短くなります。以下はWinscript.Manというクラスを定義する例です。

Add-Type -Namespace Winscript -Name Man -MemberDefinition @"
    public int Age {get;set;}
    public string Name {get;set;}
"@ -Language CSharpVersion3

例のようにC#のコード内には特にロジックを記述せず、単にデータの入れ物となるクラスにとどめておくのが良いかと思います。別にロジックを書いてもいいのですが、ISEで記述する限りはC#の編集に関してはただのテキストエディタレベルの恩恵しか受けないですし、それなら最初からVisual Studio使ってC#で全部コマンドレットとして書けばいいのに、ともなりかねないので。PowerShellでは実現困難な処理などがあればそれをメソッドとして書く程度ならいいかもしれません。ただしメソッドを記述してもそれをユーザーに直接使わせるというよりも、関数でラップして使わせる形が望ましいでしょう。

さて、次はこのクラスのオブジェクトを扱う関数を記述していきます。

定義した型のオブジェクトを扱う関数の記述

ここでは3つの関数を定義しています。Get-Drive関数はシステムに含まれるすべての論理ドライブを取得、Show-Drive関数は指定のDriveオブジェクトをエクスプローラで開く、Set-Drive関数は指定のDriveオブジェクトのボリューム名(VolumeNameプロパティ)を変更するものです。

ちなみに関数の動詞部分（ここではGet, Show, Set）は、Get-Verb関数で取得できるリスト以外のものは基本的に使わないようにします。モジュールに組み込んだ場合、インポートのたびに警告が出てしまうので。

関数の基本については前回に書いているので、今回のコードはそれを踏まえて読んでみてください。

function Get-Drive
{
    [OutputType([Winscript.Drive])]
    param(
        [string[]]$Name,
        [Winscript.DriveType]$Type
    )

    Get-WmiObject -Class Win32_LogicalDisk | ForEach-Object {
        if($null -ne $Name -and $Name -notcontains $_.Name)
        {
        }
        elseif($Type -ne $null -and $_.DriveType -ne $Type)
        {   
        }
        else
        {
            New-Object Winscript.Drive -Property @{
                Name = $_.Name
                VolumeName = $_.VolumeName
                Type = [enum]::Parse([Winscript.DriveType],$_.DriveType)
                RootPath = if($_.ProviderName -ne $null){$_.ProviderName}else{$_.Name + "\"}
                Size = $_.Size
                FreeSpace = $_.FreeSpace
                UsedSpace = $_.Size - $_.FreeSpace
            }
        }
    }
}

（↑10:33 foreachステートメントではなくForEach-Objectコマンドレットを使うように修正。Get-*な関数のようにパイプラインの先頭で実行する関数でも、内部でPowerShellのコマンドレットや関数の出力を利用する場合は、配列化してforeachするよりも、ForEach-Objectで出力を逐次処理した方が良いですね。内部関数の出力がすべて完了してから一気に出力するのではなく、内部関数が1個オブジェクトを出力するたびに出力するようにできるので。）

function Show-Drive
{
    [OutputType([Winscript.Drive])]
    param(
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true,Mandatory=$true)]
        [Winscript.Drive[]]
        $Drive,
        
        [switch]
        $PassThru
    )

    process
    {
        foreach($d in $Drive)
        {
            Start-Process $d.Name
            if($PassThru)
            {
                $d
            }
        }
    }
}

function Set-Drive
{
      param(
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true,Mandatory=$true)]
        [Winscript.Drive]
        $Drive,
        
        [Parameter(Mandatory=$true)] 
        [string]
        $VolumeName
    )

    process
    {
        Get-WmiObject Win32_LogicalDisk -Filter "DeviceID='$($Drive.Name)'" |
            Set-WmiInstance -Arguments @{VolumeName=$VolumeName} | Out-Null
    }
}

細かい説明は省きますが、前回説明した関数の基本フォーマットに、自分で定義した型を適用してロジックを書くとこうなる、という参考例としてとらえてください。

一つだけ前回に説明し忘れてたことがあります。それは[OutputType]属性です。これは文字通り、関数の出力型を指定するものです。この属性を指定しておくと何が嬉しいかというと、関数の出力を変数に代入したりWhere-Objectコマンドレットでフィルタをかけるコードを記述する際、関数の実行「前」にもプロパティ名をちゃんとタブ補完してくれるようになります。残念ながらこの静的解析機能はPowerShell 3.0からのものなので2.0だとできませんが、OutputType属性自体は2.0でも定義可能なので、定義しておくことを推奨します。

さて、型の定義と関数の定義をしたので実際に関数を実行してみます。

PS> Get-Drive # 全ドライブ取得

Name       : C:
VolumeName :
Type       : LocalDisk
Size       : 119926681600
FreeSpace  : 12262494208
UsedSpace  : 107664187392
RootPath   : C:\

Name       : D:
VolumeName :
Type       : LocalDisk
Size       : 500086886400
FreeSpace  : 198589583360
UsedSpace  : 301497303040
RootPath   : D:\

Name       : Q:
VolumeName :
Type       : CompactDisc
Size       : 0
FreeSpace  : 0
UsedSpace  : 0
RootPath   : Q:\

Name       : V:
VolumeName : 
Type       : NetworkDrive
Size       : 1500299390976
FreeSpace  : 571001868288
UsedSpace  : 929297522688
RootPath   : \\server\D

PS> Get-Drive | where {$_.Size -gt 1TB} # Where-Objectでフィルタ

Name       : V:
VolumeName : 
Type       : NetworkDrive
Size       : 1500299390976
FreeSpace  : 571001868288
UsedSpace  : 929297522688
RootPath   : \\server\D

PS> Get-Drive -Type NetworkDrive | Show-Drive -PassThru | ConvertTo-Csv #ネットワークドライブのみエクスプローラーで開く。取得結果はCSVとして出力。
#TYPE Winscript.Drive
"Name","VolumeName","Type","Size","FreeSpace","UsedSpace","RootPath"
"V:","","NetworkDrive","1500299390976","571001868288","929297522688","\\server\D"
PS> Get-Drive -Name D: | Set-Drive -VolumeName 新しいドライブ # D:ドライブのボリューム名を指定。（管理者権限で）

関数をきちんとPowerShellの流儀に従って記述したおかげで、このようにPowerShellの他の標準コマンドレットと同様の呼び出し方ができ、自作関数やそれ以外のコマンド同士をうまくパイプラインで繋げて実行することができています。

さて、おそらく一つ気になる点があるとすれば、ドライブの容量表示が見づらいということでしょう。容量であればGBとかの単位で表示してほしいですし、大きい数字は,で桁を区切ってほしいですよね。じゃあそういう値を文字列で返すプロパティを定義してやる必要があるというかと言えばそんなことはなく、PowerShellには型に応じた表示フォーマットを指定する方法が用意されています。次回はそのあたりを解説しようと思います。

また、C#とかめんどくさいしもうちょっと楽な方法はないのか？ということで、最初の方でちょっと触れた、ユーザー定義オブジェクトを利用する方法も、余裕があれば次回に。

さて、PSアドベントカレンダー、明日はsunnyoneさんです。よろしくお願いします！

2012/12/01

PowerShellらしい関数の書き方 [PS Advent Calendar '12]

Posted: 10:16:26 |

今日から、PowerShell Advent Calendar 2012が始まりました。初日は私が担当させていただきます。お題は旬の話題、PowerShell 3.0の新機能！…ではなく、初心に返って、PowerShellの「関数」ってどう書くのがいいのかというお話をします。PowerShell 3.0どころか、大部分はPowerShell 1.0から変わっていない基本の話です。

これは今までずっと書きたかったネタですがなかなか書く暇がなくて放置してたものです。3.0の話はきっと他の皆さんが書いて下さるはず！私もまた順番が回ってきたら書こうと思います。

PowerShellの関数は従来言語とだいぶ違う

PowerShellを使いこなすようになってくると、他の言語を使う時と同じで、定型処理は関数として一つにまとめたくなってきます。ところが他の言語と同じような感覚で関数を書くと、どうもうまくいかないのです。

たとえば引数にフォルダパスとフォルダ名を指定すると、指定フォルダが存在すればFalseを返し、存在しなければ作成してTrueを返す関数を書いてみました。

function MakeDir($path,$name)
{
    $newDirPath = Join-Path $path $name
    if((Test-Path $newDirPath))
    {
        return $false
    }
    else
    {
        New-Item -ItemType Directory -Path $newDirPath 
        return $true
    }
}

実行は

MakeDir("C:\test","NewFolder")

と、メソッド風に呼び出すことはできないので、コマンドレット風に

MakeDir C:\test NewFolder

と呼び出せばいいんですが（まあ最初はここもつまづきポイントではありますが）、この実行結果は以下のようになります。

    ディレクトリ: C:\test

Mode                LastWriteTime     Length Name 
----                -------------     ------ ----
d----        2012/12/01      7:51            NewFolder
True

フォルダが作成されてTrueが返却されることを想定していたのに、なんか余計な出力が混じってしまっています。なんでしょうこれは？

実はPowerShell関数内で値が出力されると、returnキーワードがついてなくてもすべて呼び出し元に出力されるという仕様なのです。そしてPowerShellにおけるreturnキーワードの効果は「後続処理を打ち切って呼び出し元に戻る。ただしreturnの後に値が指定してあればそれを最後の値として戻す」となります。そのため、呼び出し元に返したくない出力が関数内にある場合は、すべて[void]にキャストしたり|Out-Nullとしてリダイレクトするなどして出力を破棄する必要があるのです。このMakeDir関数の場合はNew-Itemコマンドレットが作成したフォルダのFolderInfoオブジェクトを出力するので、これをNew-Item -ItemType Directory -Path $newDirPath | Out-Null のように破棄してやる必要があるわけです。

パイプラインの動作

先ほどの例を見ると、「いやいやなんでそんな訳のわからない仕様なんだよ、returnあるときだけ値返せよ」とお思いかと思います。しかしこれはPowerShellの特長の一つである、コマンドのパイプラインによる連携を行うための仕様なんです。

ここでコマンドを繋ぐパイプラインがどういう動作をしてるか、おさらいします。

Get-Process | where {$_.Handles -ge 500} | foreach {$_.Path}

これはハンドル数が500以上のプロセスのメインモジュールファイルのパスを取得するというコマンドで、別に何の変哲もありません。ところが、このコマンドがやっている処理を、次のように誤解してませんでしょうか？

① 稼働中のすべてのプロセスの一覧を配列として取得する。
② ①で取得した配列を走査して、Handlesプロパティの値を調べる。Handlesが500以上のオブジェクトだけ抽出した配列を生成する。
③ ②で生成した配列を列挙して、{}内のスクリプトをそれぞれ実行する。

しかし、これは間違いです。

正しくは

① 稼働中の1つのプロセスオブジェクトを取得して次のコマンドへ送る。
② そのプロセスのハンドル数が500以上なら、次のコマンドへ送る。そうでないなら①に戻る。
③ そのプロセスに対して{}内のスクリプトを実行する。まだ未取得のプロセスが残っていれば①に戻る。

という動きをしています。つまり、パイプラインの手前で一旦すべての処理を終えてから、出力オブジェクトがまとめて配列という形で次のコマンドに送られるのではなく、オブジェクトがパイプラインの先頭から末尾に向けて1つずつ通過していき、それが先頭コマンドの出力オブジェクト数だけ繰り返される、という動作をしているのです。

これがPowerShellのパイプライン処理が、従来の処理系での関数と決定的に違うところで、パイプラインによって複数のコマンドが、あたかももとからあった単一のコマンドのように密に連携するわけです。

（この処理、.NETのLINQにちょっと似てると思う方もいらっしゃると思います。しかしLINQとは全然違うものです。なんせPowerShellはLINQより先に世に出てますし！しかし類似点も多いのでいずれ比較なんかを書きたいと思ってます）

パイプラインで連携可能な関数の書き方

さて、先ほどのパイプラインの話ではコマンドレットを連携させていました。しかしPowerShellにおいてはコマンドレットも関数も、それが.NETのクラスかPowerShellのスクリプトなのかの違いがあるだけで、基本は同じ「コマンド」です。なので、関数もコマンドレットと同様、適切な記述をおこなえば、パイプラインでコマンド同士を連携させることが可能です。

以下に、Get-Repeatという関数の例を挙げます。この関数は-Textパラメータに文字列を指定し、-Countパラメータに回数を指定すると、指定文字列を指定回数分連結した文字列を出力する、という何の変哲もない関数です。しかしパイプラインからの入力を受け付け、次のパイプラインへ出力することを想定した作りになっています。

function Get-Repeat
{
    param(
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true,Mandatory=$true)]
        [string[]]
        $Text,
        
        [int]
        $Count=2
    )

    begin
    {
    }

    process
    {
        foreach($s in $Text)
        {
            $s * $count
        }
    }

    end
    {
    }
}

以下は実行例です。

PS> Get-Repeat -Text ab -Count 2
abab
PS> "ab" | Get-Repeat -Count 2
abab
PS> Get-Repeat -Text ab,cd -Count 2
abab
cdcd
PS> "ab","cd" | Get-Repeat -Count 2
abab
cdcd

このように、パラメータに値を指定してもパイプラインから入力しても、スカラー値（配列ではない単一のオブジェクト）でも配列でも、正しく処理されています。

この関数をポイントごとに見ていきましょう。

PowerShellの正式な関数はparam節、beginブロック、processブロック、endブロックに分かれます。param節にはパラメータを指定します。beginブロックにはパイプラインで連携した際、最初の1回だけ実行される初期化処理、endブロックには最後の1回だけ実行される後始末処理を記述します。beginとendは今回の例では内容を省略しています。processブロックには、パイプラインから入力された1つのオブジェクトに対してその都度実行される処理を記述します。

ちなみに、

コマンド①|コマンド②|コマンド③

とある場合、各コマンドにおけるbegin,process,endブロックは次のような順番で呼び出されます。

コマンド①begin→コマンド②begin→コマンド③begin→{コマンド①process→コマンド②process→コマンド③process→コマンド①process…}→コマンド①end→コマンド②end→コマンド③end

processブロックでの処理は、通常はパイプラインだけではなくパラメータからも値を入力できるようにしておきます。そのためにはparam節に記述するパラメータに「このパラメータはパイプラインから値を入力することもできる」を意味する[Parameter(ValueFromPipeline=$true)]という属性を指定します（この属性はPowerShell 2.0から利用可）。今回のパラメータには「このパラメータは必須である」を意味するMandatory=$trueもあわせて指定しています。

先述の通り、パイプラインから入力される場合は配列ではなくオブジェクトが単体で渡されるのですが、パラメータから入力される場合はスカラー値と配列値、どちらの可能性もあるため、[string[]] のようにパラメータの型を配列型にしておくことで、どちらを指定しても処理できるようにしています。

processブロックではパラメータ経由で配列値が渡された場合に、各要素に対して処理を行うためforeachループを設けています。ちなみにスカラー値が渡された場合もforeachは問題なく処理します。

processブロック内では、returnは記述しません。returnするとその時点で関数が終了してしまうので正しくすべての出力ができなくなってしまいます。

特にこの例の関数のように入力型と出力型が同一の場合は、processブロックでは1オブジェクトの入力に対して、1オブジェクトを出力するようにしておくと、他のコマンドと連携させやすくなります。ただしWhere-Objectコマンドレットのようにフィルタ処理を行う関数の場合は、条件によっては何も出力しないようにします(空の配列とか$nullを返すのではないことに注意)。もちろん入力オブジェクトから何らかの配列値を出力する場合もありえます。

最低限、これらのポイントを押さえて関数を記述すると、他のコマンドとパイプラインで連携しやすい、PowerShellらしい関数を書くことができると思います。

まとめ

PowerShellでは従来言語と同じ感覚で関数を書くと、うまくいかないことが多いです。もっとも単に処理をひとまとめにしたいというニーズだけならばそれでも問題ないのですが、関数同士を組み合わせたいときに問題が顕在化します。

パイプラインの真の動作を理解し、パイプラインの中に組み込んで動作させることを想定した関数を記述すると、他のコマンドレットあるいは自作関数と連携しやすくなり、PowerShellの真の力を解放することができると思います。

PowerShell Advent Calendar 2012の1日目にしてはえらい固いネタかもですが、基本をおさらいするのも大事ですよね。

さて、明日は@jsakamotoさんの番です。よろしくお願いします。

2012/03/07

3/24(土)第27回.NET 勉強会 / ヒーロー島（＠広島）でPowerShellハンズオンを実施します

Posted: 22:54:32 |

3/24（土）に広島の日本マイクロソフト株式会社中四国支店で第27回.NET 勉強会 / ヒーロー島が開催されます。今回のテーマは「ハンズオンでPowerShellに触れてみよう」ということで、丸一日かけてPowerShellセッションとハンズオンが行われます。

.NET 勉強会 / ヒーロー島 - 第27回勉強会

私はこのうちハンズオンのスピーカー（進行？）を担当させていただきます。ハンズオンの前に行われるセッションにはマイクロソフトエバンジェリストの安納さんがスピーカーをされ、PowerShell概要、そして3.0のお話をしていただきます。

ハンズオンというのは通常のセッションのようにスピーカーの話を聴くのがメインのスタイルではなく、講師の指示にしたがいながら実際に自分のノートPCで操作を行い、学習を進めていく方式になります。今回はPowerShellの基本操作を学ぶハンズオンにしていきたいと考えています。

ハンズオンに参加していただくにはノートPCが必須になります。ぜひ、ご自分のノートPCをお持ちいただきますようお願いします。Windows 7でしたら特に前準備は必要ありません。Vista, XPの場合は.NET Framework 3.5 sp1以上とPowerShell 2.0をあらかじめインストールしておいていただきますようお願いいたします。Windows 8 のプレビュー版やPowerShell 3.0 beta版をさっそくインストールされている方もそのままご参加いただけます。

ハンズオン内容に関しては現在構成中ですが、もし「これをやってみたい！」というのがありましたらコメント欄やTwitterなどでご連絡いただければ、参考にさせていただきたいと思います。

お近くの方でご興味がございましたら、ぜひご参加ください！丸一日PowerShell漬けの勉強会というのはなかなかないですので！スタートメニューにある謎の（？）プログラム、この機会に触ってみませんか！それとエバンジェリストによるPowerShell 3.0話を聴けるめったにないチャンスですよ！

というわけでみなさまのご参加、お待ちしております。

2012/01/13

スリープ状態に移行する

Posted: 14:23:47 |

コンピュータの再起動はRestart-Computerコマンドレット、シャットダウンはStop-Computerコマンドレットを使えばできますが、（休止状態ではなく）スリープはどうやるんだろう？と疑問に思い調査しました。

COMコンポーネントのShell.ApplicationのSuspendメソッドを使う方法：
少なくともうちのWin7環境では使えませんでした（何も起こらない）。
shutdown.exeを使う方法：
/hオプションを使えば休止状態にはできるが、スリープはできない模様。
rundll32.exe powrprof.dll,SetSuspendStateを使う方法：
ハイブリッドスリープが有効である場合は休止状態になる。ちなみにネットでたまにみかける”rundll32.exe powrprof.dll,SetSuspendState Sleep”でスリープするというのは嘘tipsです。
参照：rundll32.exe powrprof.dll,SetSuspendState Sleepって大嘘は誰が言い出したん - xcaqhbajのメモ
WMIのWin32_OperatingSystemのWin32Shutdownメソッドを使う方法：
シャットダウン、再起動、ログオフはできますがスリープや休止状態はできないようです。

というわけであまり簡単にはいかないようです。

幸いPowerShell 2.0からはAdd-TypeコマンドレットによりC#やVBを介してP/Invokeができますので、これを利用してスリープを行うWin32APIを呼び出すことにしました。

$signature = @"
[DllImport("powrprof.dll")]
public static extern bool SetSuspendState(bool Hibernate,bool ForceCritical,bool DisableWakeEvent);
"@
$func = Add-Type -memberDefinition $signature -namespace "Win32Functions" -name "SetSuspendStateFunction" -passThru 
$func::SetSuspendState($false,$false,$false)

powrprof.dllに含まれるSetSuspendState関数をP/Invokeで呼び出してやります。引数のHibernateはTrueを指定すると休止状態、Falseを指定するとスリープになります。今回はスリープしたいので$falseを渡してやります。

あとで知ったのですがSystem.Windows.Forms.Application.SetSuspendState メソッドを使うのでもいいですね。こちらの場合はAdd-TypeコマンドレットでSystem.Windows.Formsを読み込むと利用できるかと思います。

Add-TypeコマンドレットのおかげでPowerShellからWin32APIを簡単に呼べるようになり、○○はWin32APIを使わないといけないから諦めよう、ということがなくなりました。WSH時代に比べると良くなったなーと思います。本当はなるべくならWin32APIを直接は使わずに片づけたいところですけども。

2011/12/25

バックグラウンドジョブを使った並列処理 [PS Advent Calendar '11]

Posted: 00:03:02 |

はじめに

PowerShell Advent Calendar 2011の25日目最終日の記事、そしてこれが私の記事では4回目となります。今回もバックグラウンドジョブについての話題です。今回はバックグラウンドジョブを使って並列処理をやってみようという試みです。

これまでの記事は以下になります。

2日目：バックグラウンドジョブの使い方・基本編

13日目：バックグラウンドジョブとの通信

19日目：PowerShell 3.0で追加されるバックグラウンドジョブ関係の新機能

ところでつい2日前、WMF3 CTP2 Windows PowerShell Workflow.pdfというpdfファイルが公開されました。これは19日目に書いたPS workflowについての詳しい説明（英語）です。構文だけでなくPSスクリプトとの違いやWFとの関係などが詳しく書かれています。ぜひ目を通しておくことをお勧めします。23日目のAhfさんの記事と併せて読むと理解が深まると思いますよ！

並列処理スクリプト

C#をご存知の方なら、PowerShellのバックグラウンドジョブ機能はC#4.0から使えるTaskオブジェクトとちょっと似てるかなーと思われるかもしれません。ではC#4.0でコレクションに対して並列処理でループを回すParallel.For()やParallel.Invoke()みたいなことはPowerShellでできないのか、という疑問が出てくるかと思います。

前回述べたようにPowerShell 3.0ならworkflowを使えば並列処理が可能で、for -parallelステートメントやparallelブロックでParallel.For()やParallel.Invoke()みたいなことが可能になります。しかしPowerShell 3.0がリリースされるのはまだ先ですし制限事項も多いので、なんとかPowerShell 2.0で、しかもworkflowのような制限なしで、並列処理のスクリプトは書けないものかと考えてみました。

function ParallelForEach-Object
{    
    [CmdletBinding()]
    param(
        [Parameter(Mandatory=$true,Position=1)][scriptblock]$process,
        [scriptblock]$begin={},
        [scriptblock]$end={},
        [Parameter(ValueFromPipeline=$true)][psobject]$inputObject
    )
    begin
    {
        &$begin
        $jobs=@()
    }
    
    process
    {    
        $jobs|Receive-Job
        while(@($jobs|?{$_.State -eq "Running"}).Length -ge 5)
        {
            $jobs|Receive-Job
            start-sleep -Milliseconds 100
        }       
        
        $jobs += Start-Job $process -argumentList $inputObject
    }

    end
    {
        while(@($jobs |?{$_.State -eq "Running"}).Length -gt 0)
        {
            $jobs|Receive-Job
            start-sleep -Milliseconds 100
        }
        $jobs|Receive-Job
        $jobs|remove-job
        &$end
    }
}




$watch=new-object System.Diagnostics.Stopwatch

"ForEach-Object 開始"

$watch.Start()
1..10|ForEach-Object {
    "start: " + $_
    Start-Sleep -sec 5
    "end: " + $_
    
}
$watch.Stop()

"ForEach-Objectの場合：" + $watch.Elapsed.TotalSeconds + " sec"

$watch.Reset()

"ParallelForEach-Object 開始"

$watch.Start()
1..10|ParallelForEach-Object {
    "start: " + $args[0]
    Start-Sleep -sec 5
    "end: " + $args[0]
}
$watch.Stop()

"ParallelForEach-Objectの場合：" + $watch.Elapsed.TotalSeconds + " sec"

ParallelForEach-Object関数はパイプラインから渡されたコレクションの各要素について、並列にスクリプトブロックを実行させるものです。同等の処理をForEach-Objectを使って同期的に逐次処理した場合とかかる時間を比較しています。10個の要素があり、各要素につき5秒かかる処理なので、逐次的に処理すると当然50秒以上かかりますが、ParallelForEach-Object関数を使って並列処理させると環境にもよりますが20秒以内に完了します。

この関数では渡されたコレクション1要素に対し1つのジョブを割り当て、同時に5ジョブまで（呼び出し元を含めて同時稼働が6プロセスまで）を並列実行するようにしています。

ただこれはあくまでなんちゃって並列処理なので、並列化することで本当に処理が高速になるかどうかは環境次第かと思います。一応、うちのCore2Duo (2コアCPU)な環境だと、足し算を3万回ほどする処理を10回行う場合、逐次処理とこの関数を使った並列処理では54秒が39秒に短縮され、有意な実行時間差が出ました。

またジョブを開始するのに新しくプロセスを起動させるので、1ループあたりの実行時間がプロセス起動にかかる時間より短ければ、この関数による並列化で処理時間の短縮は見込めません。

処理の対象が複数のリモートPCである場合などは割と有効なのかなと思います。たとえば複数サーバーから別々のファイルを同時にダウンロードするときなど。

ここではParallel.For()やParallel.ForEach()相当の関数を書きましたが、Parallel.Invoke()のような関数も書けるかと思います。スクリプトブロックの配列をStart-Jobで順に走らせ、Wait-Job, Receive-Jobする感じですね。

あとここではやりませんでしたが、Start-Jobの代わりにInvoke-Commandを使い複数のリモートPCに処理を振り分ければ、なんちゃって分散処理もできるのかなあと思いました。

おわりに

実はこのスクリプトを書いたのはPS Workflowの調査前のことで、Workflowで同様のことが可能になることを知って少々愕然としたのですが、それなりに面白いスクリプトかと思ったので公開することにしました。ともあれ、これからのマルチコア、メニーコアの時代、非同期処理や並列処理はますます重要になるかと思います。管理スクリプトにおいてもこれらの概念を意識しないわけにはいかなくなるでしょう。全4回にわたってPowerShellのバックグラウンド機能を解説してきましたが、これらがあなたの非同期＆並列スクリプトライフ（？）の一助になれば幸いです。

さてさて、これでPSアドベントカレンダー2011もおしまいです。楽しんでいただけたでしょうか？　私自身も自分で記事を書いていて楽しかったですし、他の方の記事を読むのも色々な発見があり、とても有意義な25日間でした。記事を書いて参加していただいた方々、そして読者の方々に厚く御礼申し上げます。これからもぜひ、PowerShellを活用し、楽しんでくださいませ。

それでは皆様、良いクリスマスをお過ごしください！

2011/12/19

PowerShell 3.0で追加されるバックグラウンドジョブ関係の新機能 [PS Advent Calendar '11]

Posted: 02:09:08 |

はじめに

PowerShell Advent Calendar 2011の19日目の記事、そしてこれが私の記事では3回目となります。今回も前々回、前回からの引き続きでバックグラウンドジョブについての話題です。前回までは現行バージョンであるPowerShell 2.0におけるバックグラウンドジョブの機能の使い方を解説してきましたが、今回はPowerShellの次期バージョンである3.0に追加される予定の機能のうち、ジョブ関係のものをピックアップしてみます。現在PowerShell 3.0を含むWindows Management Framework(WMF)3.0のCTP2が公開されています。またWindows 8 Developer Preview / Windows Server 8 Developer PreviewにはWMF3.0 CTP1相当のPowerShell 3.0が含まれています。

注意：本記事で取り上げた内容は製品のプレビュー版をもとに記述しています。そのためリリース版では内容が一致しない可能性があることをご承知おきください。

using:ラベル

前回、ジョブに値を渡す方法について解説しましたが、-argumentListに引数として渡すというのは正直めんどうです。呼び出し元のグローバル変数を直接ジョブ側から参照したいですよね。そこでPowerShell v3では新たに変数に付けるusing:ラベルというのが追加されました。このラベルをジョブのスクリプトブロック内で使うと、呼び出し元の変数を参照することができます。具体例。

$test="PowerShell 3.0"
Start-Job {$using:test}|Wait-Job|Receive-Job

とすると、「PowerShell 3.0」と表示され、たしかにジョブのスクリプトブロックから呼び出し元の変数を参照できていることがわかります。これは便利ですね。ただし残念ながらこの方法を使ってもスクリプトブロックをジョブに渡すことはできないようです。相変わらず文字列にキャストされてしまいました。

Receive-Jobコマンドレットの変更点

前々回に、Invoke-Command -asJobで複数リモートコンピュータに対してジョブを走らせた場合、そのジョブに対して$job|Receive-Jobがなぜか機能しない、と書きましたがこの問題が解決されています。そもそもなんでこの問題が発生していたのか、面白いのでちょっと解説します。

実はReceive-Jobコマンドレットの-locationパラメータに「パイプライン入力を許可する true (ByPropertyName)」フラグがついていたのが原因でした。複数コンピュータに対して実行したジョブは子ジョブを複数持ちますが、親ジョブ自体は配列ではありません。そしてそのLocationプロパティには子ジョブが実行されているコンピュータ名が"remote01,remote02,remote03"のようなカンマ区切りの文字列として格納されています。よってこのジョブオブジェクトをパイプラインを通じてReceive-Jobコマンドレットに渡すと、ValueFromPipelineByPropertyName属性が付いている-locationパラメータにジョブオブジェクトのLocationプロパティの値が渡されますが、その値はカンマ区切りの文字列なので正しく解釈されず、結果として期待の動作をしなかったわけです。

v3ではReceive-Job -locationのValueFromPipelineByPropertyName属性が取り除かれ、問題なく動作するようになりました。

他の変更点としてはReceive-Jobにジョブが完了するまで待つための-waitパラメータが追加されました。が、$job|Wait-Job|Receive-Jobと違いが分からないかも…。

Get-Jobコマンドレットの変更点

Get-Jobに-filterパラメータが追加されました。連想配列でジョブにフィルタをかけられるものです。

Get-Job -filter @{State="Completed";Location="localhost"}

where-objectを使わずともフィルタできるので便利、かも。しかし個人的には-filterパラメータはいろんなコマンドレットで定義されているものの、使い方がそれぞれ異なるのがとてもとてもイヤです。まず覚えられないのでヘルプを引くところから始まっちゃいますので。パフォーマンスの関係上、Where-Objectを使うよりコマンドレット内部でフィルタしたほうが速くなるというのはわかるのですが、もう少しフィルタ方式に統一性を持たせられなかったんだろうかとか思いますね。

Get-Jobにはほかに-afterと-beforeというパラメータが追加されています。これは後述するPSScheduledJobの完了時刻をDateTimeで範囲指定し、フィルタするものです。

PowerShell Workflow

PowerShell3.0というかWMF3.0のおそらく目玉機能の一つがPowerShell Workflowです。文字通り、PowerShellでワークフローが記述できるようになります。

Workflowは関数の一種なのですが、長時間を要するタスクやリモート実行や並列実行などで使うことを主目的としているようです。functionキーワードの代わりにworkflowキーワードでワークフローを定義すると、自動的に実行対象コンピュータ名や資格情報といったパラメータが複数定義されるので、これらのパラメータを特に定義なしで利用することができます。またworkflow内ではparallelブロックを定義でき、その中に記述された各行は並列に実行されます。またfor/foreachステートメントで-parallelパラメータが利用可能になり、繰り返し処理やコレクションの列挙を並列して行うことができるようになります。

自動定義されるパラメータに-asJobがあり、これを利用するとworkflowをジョブとして実行できます。このジョブは通常のジョブとは違い、新たに追加されたSuspend-JobコマンドレットとResume-Jobを使うことによって、ジョブの一時中断と再開ができます。このジョブの中断と再開は、リモートコンピュータ上でワークフローを走らせてるときでも可能ですし、中断後リモートセッションが切断されたあとに再開することもできますし、リモートコンピュータがシャットダウンしても再起動後にジョブを再開することまでできてしまいます。これらはWMFにおけるリモート基盤を支えているWinRMの最新バージョン、WinRM3.0が実現している機能です。このようにセッションを再接続してもタスクを継続できるような接続をrobust（堅牢な）, resilient（弾力性のある、障害から容易に回復する） connectionと称しているようです。

PowerShell WorkflowはWindows Workflow Foundation（WF）と密接な関係があり、WFのデザイナで作ったxamlをPS Workflowに変換したり（逆もできる？）、Invoke-Expressionでxamlを実行したりできるらしいです。WF側でもPowerShellの多くの機能がアクティビティとして使用できたりして、WFとPowerShellがWMFというシステム管理フレームワークの主要なパーツとして密に連携していくようです。このあたりの話はWFの専門家であるAhfさんがPSアドベントカレンダーの23日目にしてくださる予定なので、楽しみですね！

なおPS Workflowは従来のPSスクリプトとは異なった利用状況を想定しているため、あるいはWFの機能と合わせるため、PSスクリプトではできるのにPS Workflowではできないことがとてもたくさんあります。forの中でbreakやcontinueステートメントが使えないとかStart-Sleepは-Secondパラメータしか指定できない（ミリ秒単位でスリープかけられない）とか色々あります。そのうちPS WorkflowとPSスクリプトの違いというドキュメントが公開されるんじゃないかと思います。

ちなみにWinRM3.0のおかげでワークフローではない通常のリモートジョブでも、New-PSSessionで作成したセッションの中でジョブを実行した場合、そのジョブが動作しているコンピュータへのセッションを切断(Disconnect-PSSession)したあと、セッションに再接続（Connect-PSSessionやReceive-PSSession）すればジョブの結果を取得したりすることができます。またセッションを作製したインスタンス(powershell.exe)でそのセッションを切断すると、それ以降は別のインスタンスやコンピュータからそのセッションにConnect-PSSessionで接続することができます。

ScheduledTasksモジュール

PowerShell3.0が含まれる次期Windowsでは大量のモジュールが追加され、それらのモジュールに含まれるコマンドレットの総数はWindows 8でも2000を超える膨大な量になります。これはWindows 8やWindows Server 8では従来のコマンドプロンプトから実行するコンソールexeコマンドのほとんどすべてをPowerShellコマンドレットに置き換える措置のためです。もちろん従来のコマンドは互換性のために残されますが、netsh.exeなど一部のコマンドではPowerShellへの移行を促すメッセージが表示されたりするようになるようです。参考：Window 8の機能の概要－＠IT

ScheduledTasksモジュールというタスクスケジューラを扱うモジュールもWindows 8 / Windows Server 8に新しく追加されるモジュールの一つで、schtasks.exeを置き換えるものとなります。これまでPowerShellでタスクスケジューラを扱うにはschtasks.exeを使うか、WMIのWin32_ScheduledJobを使う必要があり面倒でしたが、このモジュールに含まれるコマンドレットを用いるとそれが容易に行えるようになります。たとえば「notepad.exeを毎日朝10:00に起動する。バッテリ駆動のときでも実行」というタスクを「test」という名前で登録するには、

$action = New-ScheduledTaskAction -Execute "notepad.exe"
$trigger = New-ScheduledTaskTrigger -At "10AM" -Daily
$setting = New-ScheduledTaskSettings -AllowStartIfOnBatteries 
New-ScheduledTask -action $action -trigger $trigger -setting $setting|Register-ScheduledTask -TaskName test

とすれば可能であるはずです。実はServer 8 Developer Preview版ではこのコードは機能しません。タスクのトリガを作成するNew-ScheduledTaskTriggerコマンドレットが正しいオブジェクトを作ってくれないのです。これは将来のバージョンできっと修正されるかと思います。ただトリガを定義する部分をはずせば（あんまり意味はないですが）このコードは動作するので、やり方はたぶんあってると思います。

Register-ScheduledTaskコマンドレットには-asJobパラメータがあり、タスクスケジューラへの登録をジョブとしてバックグラウンドで行うことができます。ScheduledTasksモジュールはWMIを利用してタスクスケジューラを操作するので、ほかのWMI関係のコマンドレットと同様ですね。

なおScheduledTasksモジュールはデフォルトでは読み込まれていないので、使用するには本来Import-Moduleコマンドレットを使用しなければならないところですが、PowerShell3.0のCmdlet Discoveryという機能によりImport-Moduleは実行しなくてもScheduledTasksモジュールに含まれるコマンドレットを利用することができます。Cmdlet Discoveryとは現在読み込まれていて実行可能なコマンドレットの中にない、未知のコマンドレットを実行しようとしたとき、Modulesフォルダに存在するモジュールから同名のコマンドレットが定義されているものを探し出し、発見できたらそのモジュールを読み込んだうえでコマンドレットを実行するという優れた機能です。初回だけモジュールの検索とロードの手順が実行されるので待たされますが、一度Cmdlet Discoveryによってモジュールがシェルに読み込まれればあとは快適にコマンドレットを実行できるようになります。

PSScheduledJobモジュール

ScheduledTasksモジュールは-asJobパラメータが定義されているくらいで実はそれほどPowerShellのジョブとは関係ないのですが、ScheduledTasksモジュールが内包しているPSScheduledJobモジュールはPowerShellのジョブ機能と大いに関係があります。

従来PowerShellスクリプトをタスクスケジューラに登録するにはコマンドラインに"powershell.exe"を、引数に"-file hoge.ps1"を指定して、みたいなまわりくどいことをする必要がありました。しかし新しく追加されるPSScheduledJobモジュールに含まれるコマンドレット群はこの問題を解消します。PowerShellスクリプト（.ps1）あるいはスクリプトブロックをPSScheduledJobとして直接タスクスケジューラに登録できるようになり、PowerShellとタスクスケジューラのシームレスな連携を実現します。こちらはWindows 8/Server 8に付属のモジュールではなく、PowerShell 3.0に付属のモジュールなので、Win7などでも使用可能になる予定です。

使用例を見ていきましょう。

$triggers = @()
$triggers += New-JobTrigger -at "2012/01/01 11:11:10" -Once
$triggers += New-JobTrigger -at "10:00"　-Daily

$sb = {
    "This is Scheduled Job."
    Get-Date
}

Register-ScheduledJob -ScriptBlock $sb -Trigger $triggers -Name ScheduledJobTest1

まずNew-JobTriggerコマンドレットによってトリガー（具体的には実行時刻など）を定義します。ここでは決められた時刻に1回実行するものと、毎日同じ時刻に実行するものの2つを定義してみました。そしてこれらの時刻に実行したい内容をスクリプトブロックに記述し、これらをRegister-ScheduledJobコマンドレットで登録してやります。

するとこのスクリプトブロックはタスクスケジューラに登録され、指定時刻になると指定したスクリプトブロックの内容が実行されます。このタスクは「タスクスケジューラ― ライブラリ\Microsoft\Windows\PowerShell\ScheduledJobs」に登録されています。

このタスクのアクションは具体的には次のようになっています。

powershell.exe -NoLogo -NonInteractive -WindowStyle Hidden -Command "Import-Module PSScheduledJob; Start-Job -DefinitionName 'ScheduledJobTest2' -DefinitionPath 'C:\Users\Administrator\AppData\Local\WindowsPowerShell\ScheduledJobs' -WriteToStore | Wait-Job"

これによると、指定時刻に実際にタスクスケジューラによって実行されるのはpowershell.exeであり、Start-Jobコマンドレットを使って登録したスケジュールをPowerShellのジョブとして実行していることがわかります。Start-Jobコマンドレットの-DefinitionNameパラメータなどはPSScheduledJobのために追加されたもので、これによりRegister-ScheduledJobが出力したPSScheduledJob定義をファイルから読み込んでジョブとして実行できるようになっています。PSScheduledJob定義とジョブの出力は-DefinitionPathで指定されているフォルダの下にxmlファイルとして保存されているので興味がある方は覗いてみるといいかもしれません。

さて、スケジュールしたジョブの実行結果はどうやって受け取ればいいのでしょうか。実はこれはすごく簡単で、PSScheduledJob（ここではScheduledJobTest1という名前で定義しました）がタスクスケジューラによって一度以上実行された後は、

$job=Get-Job -name ScheduledJobTest1

とすることでJobオブジェクトとして取得することができるようになります。あとは通常のジョブと同じ取り扱いができるので、

$job|Receive-Job

などで実行結果を取得できます。

ちなみにPSScheduledJobはそれを定義したインスタンス以外でも参照することができます。具体的にはpowershell.exeでジョブをスケジューリングして終了→また別のpowershell.exeを立ち上げてimport-module PSScheduledJobしたあとGet-Job|Receive-JobしてPSScheduledJobの結果を参照、みたいなことができます。

ここで紹介した一連の操作ではスクリプトブロックをPSScheduledJobにしましたが、Register-ScheduledJobコマンドレットの-FilePathパラメータを用いれば.ps1ファイルをPSScheduledJobとして登録することも可能です。

現行バージョンのPowerShellはとにかく起動が遅いため、タスクスケジューラにスクリプトを登録しても実行が始まるまで何十秒も待たされるなどはざらでしたが、PSv3は起動がずいぶん速くなり、スペックや状況にもよるとは思いますがpowershell.exeの起動後ほんの数秒でスクリプトが走り始めます。この速度のおかげもあってPSScheduledJobはきっととても有効に機能するんじゃないかと思います。

おわりに

今回はPowerShell 3.0で増強されるバックグラウンドジョブ関係の機能をまとめてみました。これらの新機能のおかげで、時間のかかる処理や定期実行する処理を扱うのが飛躍的にやりやすくなりそうです。PowerShell 3.0で追加される機能は他にもたくさんあって、このブログでもいつか全部紹介したいと思ってるのですが、今回取り上げたジョブ関係はその中でもかなり重要な機能増加を多く含んでいると言えるでしょう。PowerShell 3.0やWindows 8/Server 8のリリースに備えてジョブ関係から予習しておくのは悪くないと思いますよ。

なんか25日のアドベントカレンダーのうち3回もバックグラウンドジョブネタをやって、PSアドベントカレンダーというより私だけ一人でPSジョブアドベントカレンダーをやってる感じでちょっと申し訳ないんですが、どうか許してください。そして前回は今回で終了するって言ってたんですが、実はまだジョブ関係の小ネタが残ってるので最終日25日にさせてください。では今日のところはこのへんで。明日はwaritohutsuさんの登場です。よろしくお願いします。

2011/05/16

連想配列を変換してユーザー定義オブジェクトを簡単に作成する

Posted: 12:23:01 |

昨日の記事で取り上げたJavaScriptSerializerを用いると、連想配列から楽にJSONを作成できることが分かったのですが、この記事を書いていて思ったのは、「PowerShellの連想配列って意外に使えるな」という点でした。

現在のところ、PowerShellは独自のクラスを記述する方法がありません（Add-Typeコマンドレットを用いてC#などでクラスを書いて利用することはできますが）。Add-Memberコマンドレットを用いると、既存のオブジェクトに対し、任意のプロパティやPowerShellスクリプトで記述したメソッドを追加することはできます。素のオブジェクトであるPSObjectをNew-Objectして作ったオブジェクトでもこれは可能なので、一応ユーザー定義オブジェクトを作ることは可能です。ですが、Add-Memberコマンドレットを使うのはちょっとめんどくさいです。

「Windows PowerShellインアクション」ではAdd-Memberを使いPowerShellの関数を駆使してクラス定義構文のようなものを実装した例はありますが、いささか大仰な感は否めません。

しかし連想配列をユーザー定義オブジェクト代わりに使うと、簡単にできますしそこそこ便利に使えます。

連想配列をオブジェクトの代わりにすることのメリットとデメリット

連想配列をオブジェクトの代わりにすることのメリットは以下の三点があるかと思います。

簡単な記述（連想配列のリテラル）でオブジェクトが作成できる
PowerShellの連想配列リテラル@{}を使うことで、簡単に記述できます。またそれを配列化するのも@()を使うと容易です。
```
$pcItems=
@(
    @{
        code=25;
        name="ハードディスク2TB";
        price=7000;
    },
    @{
        code=56;
        name="メモリ8GB";
        price=8000;
    }
)
```
ドット演算子で値の参照、設定ができる
PowerShellの連想配列は「連想配列[キー名]」のほかに、「連想配列.キー名」でもアクセスできる。
```
Write-Host $pcItems[1].name # 値の参照
$pcItems[1].name = "test" # 値の設定
$pcItems[0].maker = "Seagate" # 要素の追加
```
連想配列の配列に対してWhere-Objectコマンドレットでフィルタをかけることができる
これは2とも関係しているのですが、通常のオブジェクトと同様にWhere-Objectコマンドレットでのフィルタ、ForEach-Objectコマンドレットでの列挙が可能です。
```
$pcItems|?{$_.price -gt 7000}|%{Write-Host $_.name}
```

このようにメリットはあるのですが、本物のオブジェクトではないのでそれに起因するデメリットがいくつかあります。

要素（プロパティ）をいくらでも自由に追加できてしまう
これはメリットではあるのですが、デメリットでもある点です。後述するデメリットのせいで、同じキーをもつ連想配列の配列を作ったつもりでも、どれかのキー（プロパティ名）を間違えていた場合、それを検出するのが困難です。
メソッドがうまく記述できない
連想配列要素にスクリプトブロックを指定し、&演算子で実行することでメソッド的なことはできます。しかしこのスクリプトブロック内では$thisが使えず、オブジェクトのプロパティにアクセスすることができないのでいまいちです。
```
$pcItem= @{
    name="ハードディスク2TB";
    price=7000;
    getPrice={Write-Host $this.price};
}
&$pcItem.getPrice # 何も表示されない。$thisが使えない
# getPrice={Write-Host $pcItem.price}ならOKだが…
```
Get-Member、Format-List、Format-Tableなどが使えない
これらのコマンドレットはあくまで連想配列オブジェクト（Hashtable）に対して行われるので、意図した結果になりません。たとえば$pcItems|Format-Listした場合、
```
Name  : name
Value : ハードディスク2TB

Name  : code
Value : 25

Name  : price
Value : 7000

Name  : name
Value : メモリ8GB

Name  : code
Value : 56

Name  : price
Value : 8000
```
こんな表示になってしまいます。

連想配列をユーザー定義オブジェクトに変換する関数ConvertTo-PSObject

このように、連想配列の記述のお手軽さは捨てがたいものの、いくつかの問題点もあるのが現実です。そこで連想配列のお手軽さを生かしつつ、ユーザー定義オブジェクトの利便性も取るにはどうすればいいか考えました。結論は、「連想配列を変換してユーザー定義オブジェクトにする関数を書く」というものでした。それが以下になります。

#requires -version 2
function ConvertTo-PSObject
{
    param(
        [Parameter(Mandatory=$true, ValueFromPipeline=$true)]
        [System.Collections.Hashtable[]]$hash,
        [switch]$recurse
    )
    process
    {
        foreach($hashElem in $hash)
        {
            $ret = New-Object PSObject
            foreach($key in $hashElem.keys)
            {
                if($hashElem[$key] -as [System.Collections.Hashtable[]] -and $recurse)
                {
                    $ret|Add-Member -MemberType "NoteProperty" -Name $key -Value (ConvertTo-PSObject $hashElem[$key] -recurse)
                }
                elseif($hashElem[$key] -is [scriptblock])
                {
                    $ret|Add-Member -MemberType "ScriptMethod" -Name $key -Value $hashElem[$key]
                }
                else
                {
                    $ret|Add-Member -MemberType "NoteProperty" -Name $key -Value $hashElem[$key]
                }
            }
            $ret
        }
    }
}

ご覧のようにコード的には割にシンプルなものが出来ました。連想配列またはその配列をパラメータにとり、またはパイプラインから渡し、連想配列要素をプロパティまたはメソッドに変換してPSObjectにAdd-Memberしてるだけです。-recurseパラメータを付けると連想配列内に連想配列がある場合に再帰的にすべてPSObjectに変換します。

それでは実際の使用例を挙げます。

# 一番単純な例。パラメータに連想配列を渡すとPSObjectに変換する。
$book = ConvertTo-PSObject @{name="Windows PowerShell ポケットリファレンス";page=300;price=2000}
Write-Host $book.name # 「Windows PowerShell ポケットリファレンス」と表示
$book.name="test" # プロパティに値をセットする
Write-Host $book.name # 「test」と表示
#$book.size="A5" # 存在しないプロパティに値を代入しようとするとエラーになる

# 連想配列をコードで組み立てていく例。
$mutaHash=@{} # 空の連想配列を作る
$mutaHash.name="mutaguchi" # キーと値を追加
$mutaHash.age=32
$mutaHash.introduce={Write-Host ("私の名前は" + $this.name + "です。")} # スクリプトブロックを追加
$mutaHash.speak={Write-Host ($args[0])} # パラメータを取るスクリプトブロックを追加
$muta = $mutaHash|ConvertTo-PSObject # 連想配列はパイプラインで渡すことができる
$muta.introduce() # 「私の名前はmutaguchiです。」と表示
$muta.speak("こんにちは。") # 「こんにちは。」と表示

# 連想配列の配列→PSObjectの配列に変換
$stationeryHashes=@()
$stationeryHashes+=@{name="鉛筆";price=100} 
$stationeryHashes+=@{name="消しゴム";price=50}
$stationeryHashes+=@{name="コピー用紙";price=500}
$stationeryHashes+=@{name="万年筆";price=30000}
$stationeries = ConvertTo-PSObject $stationeryHashes
# "200円以上の文具を列挙"
$stationeries|?{$_.price -ge 200}|%{Write-Host $_.name} # 「コピー用紙」と「万年筆」が表示

# 連想配列の配列をリテラルで一気に記述する
$getPrice={Write-Host $this.price} # 共通のメソッドを定義
$pcItems=
@(
    @{
        code=25;
        name="ハードディスク2TB";
        price=7000;
        getPrice=$getPrice
    },
    @{
        code=56;
        name="メモリ8GB";
        price=8000;
        getPrice=$getPrice
    },
    @{
        code=137;
        name="23インチ液晶ディスプレイ";
        price=35000;
        getPrice=$getPrice
    }
)|ConvertTo-PSObject
$pcItems[1].getPrice() # 「8000」と表示
$pcItems|Format-List
<#
表示：
name  : ハードディスク2TB
code  : 25
price : 7000

name  : メモリ8GB
code  : 56
price : 8000

name  : 23インチ液晶ディスプレイ
code  : 137
price : 35000
#>

# 連想配列の中に連想配列を含めたもの→PSObjectをプロパティの値に持つPSObject
$blog=
@{
    utl="http://winscript.jp/powershell/";
    title="PowerShell Scripting Weblog";
    date=[datetime]"2011/05/16 00:25:31";
    keywords=@("スクリプト","PowerShell","WSH"); # 配列を含めることもできる
    author=@{name="mutaguchi";age=32;speak={Write-Host "ようこそ私のブログへ"}} # 連想配列を含める
}|ConvertTo-PSObject -recurse # -recurseパラメータを指定すると再帰的にすべての連想配列をPSObjectに変換する
$blog.author.speak() # 「ようこそ私のブログへ」と表示
Write-Host $blog.keywords[1] # 「PowerShell」と表示
# ※配列要素に連想配列以外の値が含まれている場合は展開しない

このように簡単な関数一つで、連想配列にあった問題点をすべて解消しつつ簡単な記述で独自のオブジェクトを記述できるようになりました。おそらくかなり便利だと思いますのでぜひ使ってみてください。

余談：ScriptPropertyを使う場合

余談ですが、今回使用したNotePropertyはプロパティに代入できる型を指定したり、リードオンリーなプロパティを作ったりすることができません。そういうのを作りたい場合はScriptPropertyを使います。Add-Memberコマンドレットの-valueパラメータにゲッターを、-secondValueパラメータにセッターをそれぞれスクリプトブロックで記述します。

しかしこいつはあまりいけてないです。これらのスクリプトブロック内で参照するフィールドを別途Add-MemberでNotePropertyを使って作成する必要があるのですが、これをprivateにすることができません。よってGet-Memberでもばっちり表示されてしまいますし、フィールドを直接書き換えたりもできてしまいます。

また今回のように連想配列をPSObjectに変換する場合はprivateフィールド名も自動生成する必要があるのですが、それをScriptProperty内のゲッター、セッターから取得する方法がなく、たぶんInvoke-Expressionを使うしかありません。

これらを踏まえて元の連想配列要素の値の型を引き継ぎ、それ以外の型を代入できないようにしたScriptPropertyバージョンも一応書いてみました。ConvertTo-PSObject関数のelse句の部分を以下に置き換えます。

#$ret|Add-Member -MemberType "NoteProperty" -Name ("_" +$key) -Value $hash[$key]
"`$ret|Add-Member -MemberType ScriptProperty -Name $key -Value {[" + $hash[$key].gettype().fullname + "]`$this._" + $key + "} -SecondValue {`$this._" + $key + "=[" + $hash[$key].gettype().fullname + "]`$args[0]}"|iex

まあこれはいまいちなんで参考程度に。

2012/08/23追記
この記事を書いた時は知らなかったのですが、実は単にNotePropertyだけを持つユーザー定義オブジェクトを作成するのであれば、もっと簡単な方法があります。

# PowerShell 1.0
$o=New-Object PSObject|Add-Member noteproperty Code 137 -pass|Add-Member noteproperty Name 23インチ液晶ディスプレイ -pass

# PowerShell 2.0
$o=New-Object PSObject -Property @{Code=137;Name="23インチ液晶ディスプレイ"}

# PowerShell 3.0
$o=[pscustomobject]@{Code=137;Name="23インチ液晶ディスプレイ"}

3つのコードはほぼ等価です。PowerShell 2.0と3.0では連想配列リテラルを用いて簡単にカスタムオブジェクトを作れるようになりました。

元記事：http://blogs.wankuma.com/mutaguchi/archive/2011/05/16/199086.aspx

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