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。

2016/04/23

Japan PowerShell User Group (JPPOSH) 主催の第 6 回 PowerShell 勉強会(4/9)には多数の方にお越しいただき、ありがとうございました。

PowerShell勉強会は今後も年2回くらいのペースで続けて行きたいと思っていますので、どうぞよろしくお願い致します。

さて、私のセッション「PowerShell 5.0 新機能と関連OSSのご紹介」のスライドを公開します。前半は以前のものとだいたい同じですが、正式版対応版にアップデートしています。

今回は去年から今年にかけて、PowerShell関連ソフトウェアとしてOSS化したものを、まとめて紹介しました。以下は今回紹介したもののリストです。

またデモで用いたサンプルファイルも公開します。

このzipにも同梱してますが、PSScriptAnalyzerのカスタムルールはこんな感じで作ります。作り方は、ASTを受け取って、中身をチェックして、ルールに該当するならDiagnosticRecordを返すというのが基本になります。

using namespace Microsoft.Windows.PowerShell.ScriptAnalyzer.Generic
using namespace System.Management.Automation.Language

Import-Module PSScriptAnalyzer

function Test-UsingVarsWithNonAsciiCharacter
{
    # 変数に半角英数字以外の文字種が含まれていると警告するカスタムルール。
    [CmdletBinding()]
    [OutputType([DiagnosticRecord[]])]
    Param
    (
        [Parameter(Mandatory = $true)]
        [ValidateNotNullOrEmpty()]
        [ScriptBlockAst]
        $ScriptBlockAst
    )

    Process
    {
        [Ast[]]$variableAsts = $ScriptBlockAst.FindAll({
            param([Ast]$ast)
            $ast -is [VariableExpressionAst]
        }, $true)

        $variableAsts | 
        where {
            $_.VariablePath.UserPath -notmatch '^[a-zA-z0-9_]+$'
        }|
        foreach {
            $result = [DiagnosticRecord[]]@{
                "Message"  = "変数 `$$($_.VariablePath.UserPath) に半角英数字以外の文字種が使われています。"
                "Extent"   = $_.Extent
                "RuleName" = "AvoidUsingVarsWithNonAsciiCharacter"
                "Severity" = "Warning"
            }
            $result
        }
    }
}
Export-ModuleMember Test-UsingVarsWithNonAsciiCharacter

ついでにPesterのサンプルコードも。2つのパラメータを足し算する関数、Invoke-Additionに対するテストコードの例となります。

$here = Split-Path -Parent $MyInvocation.MyCommand.Path
$sut = (Split-Path -Leaf $MyInvocation.MyCommand.Path) -replace '\.Tests\.', '.'
. "$here\$sut"

Describe "Invoke-Addition" {   # テストの定義
    Context "足し算の実行" {   # テストのグループ化
        It "整数値を2個指定すると、足し算された結果が返る" {  # テストケース
            Invoke-Addition 3 5 | Should Be 8 # アサーション
        }

        It "小数値を2個指定すると、足し算された結果が返る" {
            Invoke-Addition 3.4 5.8 | Should Be 9.2
        }
    }

    Context "エラーの発生" {
        It "足し算できないものを指定するとエラー" {
            {Invoke-Addition 10 "x"} | Should Throw 
        }
    }
}


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