CPL (Categorical Programming Language) は圏論に基づいたプログラミング言語で、1987年に開発された。
2016年ごろにこの言語のオリジナル実装のソースコードが公開されたのを見て実行方法をまとめようとしていたが、長らく放置していたので4年越しでまとめ直してみた（雰囲気でsimhを使っているのでいろいろ間違っているかもしれない）。
萩野先生が圏論言語CPLのオリジナル実装を https://t.co/J4xz9jwkZl で公開してくれました。わーい。 ただし、当時のコードそのままなので今は動かないかも。 Franz Lisp + C で書かれている。 端末UI(?)のコードがあって驚いた。
— Masahiro Sakai (@masahiro_sakai) February 10, 2016
環境構築
オリジナルの CPL は VAX UNIX 4.2 上で Franz Lisp を使って実装されている。現代でFranz Lispの環境を作るのは大変なので、 simh でVAX ULTRIX 4.0の環境をつくり、その上で動かしてみることにする（環境構築方法は #:g1: Ultrix 4.0でFranz Lispを動かしてみよう と #:g1: Ultrix 4.0でT 3.1を動かそうも参考にした）。
simhのインストール
macOSであれば、Homebrewでインストールできる。
% brew install simh
tap形式のデータの準備
simhでマウントできるtap形式のデータを用意する。ULTRIX からはテープデバイスとして見える。
ULTRIX自体とunsupportedユーティリティのtapデータは http://bitsavers.org/bits/DEC/vax/ultrix/4.0/ からダウンロードして gunzip しておく。
% mkdir cpl
% cd cpl
% wget http://bitsavers.org/bits/DEC/vax/ultrix/4.0/Ultrix_4.0_Supported.tap.gz
% gunzip Ultrix_4.0_Supported.tap.gz
% wget http://bitsavers.org/bits/DEC/vax/ultrix/4.0/Ultrix_4.0_Unsupported.tap.gz
% gunzip Ultrix_4.0_Unsupported.tap.gz
CPLのソースコードは、 corbieのブログ:SIMH - テープ作成コマンドの改良 の tapewrite プログラムを使ってtar形式からtap形式に変換する。
% cc -o tapewrite tapewrite.c
% wget http://web.sfc.keio.ac.jp/~hagino/cpl.tgz
% gzcat cpl.tgz| ./tapewrite > cpl.tap
ULTRIX 4.0のインストール
ULTRIX 4.0 under SIMHを参考にインストールを進める。
以下のような設定ファイルを用意する。
vax.conf
; chevron prompt (extended memory boot ROM) and non-volatile RAM for the
; emulated MicroVAX 3900
load -r /usr/local/share/simh/vax/ka655x.bin
att nvr ultrix.nvr
; 32MB RAM
set cpu 32m
set cpu conhalt
; console interface
set tto 7b
set tti 7b
; RA90 disk drive, 1.2GB
set rq0 ra90
att rq0 rq1.dsk
; tape
set tq tk50
att tq0 Ultrix_4.0_Supported.tap
;att tq0 Ultrix_4.0_Unsupported.tap
;att tq0 cpl.tap
; disable stuff
set cr dis
set lpt dis
set rl dis
set ry dis
set ts dis
set tq1 dis
set tq2 dis
set tq3 dis
; use "setcap cap_net_raw=ep /usr/bin/simh-vax" to be able to run SIMH as
; non-root. This must be a dedicated NIC on the host, in up state.
at xq0 eth1
; start the VAX
boot cpu
exit
上記の設定ファイルを引数に vax コマンドを実行する。
% vax vax.conf
対話的にインストールを進める。
KA655-B V5.3, VMB 2.7
Performing normal system tests.
40..39..38..37..36..35..34..33..32..31..30..29..28..27..26..25..
24..23..22..21..20..19..18..17..16..15..14..13..12..11..10..09..
08..07..06..05..04..03..
Tests completed.
>>>boot mua0
設定ファイルの att でアタッチしたテープ（mua0, Ultrix_4.0_Supported.tap）から起動する。
*** STANDALONE ULTRIX ENVIRONMENT ***
If you select the BASIC Installation option from the list that follows,
the installation software creates file systems on default partitions on
your system disk and loads the mandatory ULTRIX software subsets.
If you require additional installation choices, select the ADVANCED
Installation option.
Select one of the following options:
1) BASIC Installation
2) ADVANCED Installation
3) System management
Enter your choice: 2
ADVANCED Installation を選択する。
*** SYSTEM DISK SELECTION ***
The installation booklet for your processor explains the following table
of system disk drives. Select one of the devices below to contain the
root file system:
SYSTEM DISK TABLE
Selection Device ULTRIX Device Controller Controller
Name Name Number Name Number
----------------------------------------------------------------------
1 RA90 ra0 0 RQDX3 0
----------------------------------------------------------------------
Enter your choice: 1
You selected RA90, device number 0. Make sure this disk drive
is on line and write-enabled (if applicable to your disk drive), then
confirm your choice.
Use RA90, ra0, for your system disk? (y/n) []: y
他に選択肢がないのでこのデバイスを選択する。
*** BOOTSTRAP COMMAND SEQUENCE ***
Enter the following boot sequence at the console mode prompt
after the installation software halts the processor:
>>> b dua0
syncing disks... done
?06 HLT INST
PC = 8005F28D
>>>b dua0
指示に従ってディスク（dua0）から起動しなおす。
*** SYSTEM NAME SPECIFICATION ***
Select the name of your system using alphanumeric characters.
The first character must be a letter. For example, tinker.
Enter your system name: tinker
You selected tinker as the name of your system. Is this
correct? (y/n) [y]: y
システム名を設定する。何でもいいので入力例通り tinker にしてみる。
*** DATE AND TIME SPECIFICATION ***
The current date and time should be specified using the following
format:
yymmddhhmm
Use two digits for year (yy), month (mm), day (dd), hour (hh), and
minute (mm). Enter the time in 24-hour format. For example, 11:30
p.m. on May 3, 1990 would be entered as:
9005032330
Enter the date and time: 9005032330
ULTRIXは2000年問題非対応らしいので、入力例の通りにして 1990-05-30T23:30 にしてみる。
*** TIME ZONE SELECTION ***
Select the time zone for your area, using the options listed in the
table below. You can also enter the number of hours (-12 to 12) in
time east of Greenwich.
Selection Time Zone
---------------------------------
e Eastern
c Central
m Mountain
p Pacific
g Greenwich
---------------------------------
Enter your choice: e
Does your area alternate between Daylight Savings and Standard
time? (y/n) [y]: y
Select your geographic area for Daylight Savings Time, using the
options in the table below.
Selection Geographic Area
--------------------------------
u USA
a Australia
e Eastern Europe
c Central Europe
w Western Europe
--------------------------------
Enter your choice [u]: u
The current date and time is Thu May 3 23:30:37 EDT 1990
適当にタイムゾーンを設定する。
*** SPECIFY THE SUPERUSER PASSWORD ***
The installation booklet for your processor instructs
you on how to enter the superuser password.
Changing password for root
Enter new password:
Verify:
root のパスワードを適当に決める。
*** FILE SYSTEM DEFAULT OPTION ***
The following table shows the default file system layout on RA90, ra0:
partition bottom top size overlap default
a 0 32767 32768 c root
b 32768 159839 127072 c swap, dump
d 159840 580036 420197 c,g /usr
If you choose the defaults, the var area will be allocated to /usr/var.
Do you want to choose the default file system layout? (y/n): y
デフォルトに任せる。
Do you want to install ULTRIX Worksystem Software? y/n []: y
y を入力してULTRIX Worksystem Softwareのインストールに進む。
*** SUPPORTED SOFTWARE INSTALLATION ***
Please make sure your installation tape is mounted and on-line.
Are you ready (y/n)? y
テープはマウントされているので y を選択する。
*** Enter Subset Selections ***
The following subsets are mandatory and will be installed automatically:
* Base System * Kernel Configuration Files
* TCP/IP Networking Utilities * Network File System Utilities
* Extended (Berkeley) Mailer * X11/DECwindows Servers
* X11/DECwindows User Environment * X11/DECwindows 75dpi Fonts
The subsets listed below are optional:
1) System Exerciser Package 2) X11/DECwindows 100dpi Fonts
3) VS35XX X11/DECwindows Fonts 4) RAND Mail Handler
5) Additional DECwindows Applications 6) Worksystem Development Software
7) Kerberos Network Authentication 8) Enhanced Security Features
9) Document Preparation Software 10) Printer Support Environment
11) Adobe Font Metric Files 12) Software Development Utilities
13) RPC Runtime Environment 14) RPC Development Environment
15) Internationalization Tools 16) Source Code Control System
17) Pascal Development Package 18) VAX C/ULTRIX
19) On Line Manual Pages 20) UWS Reference Pages
21) Accounting Software 22) Communications Utilities
23) Bisynchronous Communications 24) Maintenance Operations Protocol
25) Unix-to-Unix Copy Facility
26) All of the Above
27) None of the Above
28) Exit without installing subsets
Enter your choice(s): 27
CPLをコンパイル・実行するにはBase Systemだけで十分そうなので追加のものはインストールしない。
You are installing the following subsets:
Base System Kernel Configuration Files
TCP/IP Networking Utilities Network File System Utilities
Extended (Berkeley) Mailer X11/DECwindows Servers
X11/DECwindows User Environment X11/DECwindows 75dpi Fonts
Is this correct? (y/n): y
確認して y を選択する。
*** CONFIGURATION FILE KERNEL OPTION SELECTION ***
Selection Kernel Option
---------------------------------------------------------------
1 Local Area Transport (LAT)
2 Bisynchronous Communication protocol (VAX only)
3 Computer Interconnect (CI) network
4 Ethernet Packet Filter
5 Enhanced Security Features
6 DECnet
7 All of the above
8 None of the above
----------------------------------------------------------------
Enter the selection number for each kernel option you want.
For example, 1 3 : 1 3
言われるままにしてみる。
You specified the following kernel options:
Local Area Transport (LAT)
Computer Interconnect (CI) network
Is this correct? (y/n) [n]: y
大丈夫だと思う。
*** SYSTEM CONFIGURATION PROCEDURE ***
The installation software found these devices in the floating
address space:
dz0 on uba0 at 0160100
dz1 on uba0 at 0160110
dz2 on uba0 at 0160120
dz3 on uba0 at 0160130
Configuration file complete.
Do you want to edit the configuration file? (y/n) [n]:
このまま進む。
Enter the following boot sequence at the console mode prompt
after the installation software halts the processor:
>>> b dua0
syncing disks... done
?06 HLT INST
PC = 80080411
>>>b dua0
しばらく待つとインストールが完了するので、画面にしたがってディクスからブートする。
Loading system software.
No default boot device has been specified.
Available devices.
-DUA0 (RA90)
-DUA1 (RD54)
-DUA2 (RD54)
-DUA3 (RX50)
-MUA0 (TK50)
-XQA0 (08-00-2B-AA-BB-CC)
Device? [XQA0]: dua0
ブートデバイスを聞かれたので dua0 と答えてみる。
ULTRIX V4.0 (Rev. 161) (tinker)
login: root
Password:
root でログインする。
# ls
.cshrc bin lib pcs750.bin usr
.login dev lost+found sys var
.profile etc mnt tmp vmb.exe
.rhosts genvmunix opr ultrixboot vmunix
# halt
syncing disks... done
インストールできたようなので halt して vax コマンドを終了する。
Franz Lispをインストールする
設定ファイルの att の部分を下記のように変更して、 Ultrix_4.0_Unsupported.tap をアタッチするようにする。
; tape
set tq tk50
;att tq0 Ultrix_4.0_Supported.tap
att tq0 Ultrix_4.0_Unsupported.tap
;att tq0 cpl.tap
再度 vax コマンドを実行する。
% vax vax.conf
Tests completed.
>>>b dua0
dua0 から起動して先程と同じようにrootでログインする。
# setld -a /dev/rmt0h
Please make sure your installation tape is mounted and on-line.
Are you ready (y/n)? y
Positioning Tape
*** Enter Subset Selections ***
The subsets listed below are optional:
1) Base Extension 2) GNU Emacs
3) Games and Diversions 4) Franz Lisp Development Package
5) Modula-2 Development Package 6) Raster Plotter Package
7) Supplementary Documentation 8) APL Development Package
9) Bibliographic Utilities 10) Remote Procedure Call Compiler
11) CP/M 8in Diskette Utility 12) Auxiliary Command Line Interpreter
13) Hyperchannel Utilities 14) ICON (Language) Development Packag
15) Ingres DBMS 16) USENET News Interface Software
17) Notesfiles Package 18) Revision Control System
19) Software Project Management System 20) Miscellaneous User-Contributed Uti
21) Unsupported Fortran Utilities 22) Computer Aided System Tutor
23) Unsupported On-Line Documentation 24) Unsupported X11 Components
25) Unsupported X10 to X11 tools 26) Unsupported X11 Reference Pages
27) All of the Above
28) None of the Above
29) Exit without installing subsets
Enter your choice(s): 4
You are installing the following subsets:
Franz Lisp Development Package
Is this correct? (y/n): y
Copying Franz Lisp Development Package (ULXLISP400) from tape
Verifying Franz Lisp Development Package (ULXLISP400)
Rewinding Tape...
ULTRIX内で setld コマンドを実行してFranz Lispをインストールする。インタプリタの lisp コマンドと、コンパイラの liszt コマンドがインストールされる。
# rehash
# lisp
Franz Lisp, Opus 38.79
-> t
t
-> ^D
Goodbye
# halt
lisp コマンドが実行できればインストールは成功。 halt して再度 vax コマンドを終了する。
CPLをビルドする
設定ファイルの att の部分を下記のように変更して、 cpl.tap をアタッチするようにする。
; tape
set tq tk50
;att tq0 Ultrix_4.0_Supported.tap
;att tq0 Ultrix_4.0_Unsupported.tap
att tq0 cpl.tap
再度 vax コマンドを実行する。
% vax vax.conf
>>>b dua0
dua0 から起動して先程と同じようにrootでログインする。
# tar tv
tar: blocksize = 1
rwxr-xr-x 138/-15456 0 Jan 6 04:15 1998 cpl/
rwxr-xr-x 138/-15456 0 Jan 6 04:15 1998 cpl/src/
rwxr-xr-x 138/-15456 0 Jan 6 04:15 1998 cpl/system/
rw-r--r-- 138/-15456 348 Jun 9 07:39 1987 cpl/system/InfList
rw-r--r-- 138/-15456 444 Jun 9 06:42 1987 cpl/system/List
rw-r--r-- 138/-15456 283 Jun 9 06:42 1987 cpl/system/Sort
rw-r--r-- 138/-15456 972 Jun 9 06:42 1987 cpl/system/Nat
rw-r--r-- 138/-15456 8463 Jun 9 09:21 1987 cpl/system/log
rw-r--r-- 138/-15456 4525 Jun 9 06:42 1987 cpl/system/Nat.save
rw-r--r-- 138/-15456 192 Jun 9 09:21 1987 cpl/system/CoNat
rw-r--r-- 138/-15456 51176 Sep 25 09:02 1987 cpl/src/wm.c
rw-r--r-- 138/-15456 18610 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/display.c
r--r--r-- 138/-15456 11036 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/tv.l
rw-r--r-- 138/-15456 7228 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/exm.tex
rw-r--r-- 138/-15456 16675 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/winlib.c
rw-r--r-- 138/-15456 62505 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/wcat.l
rw-r--r-- 138/-15456 2656 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/term.h
rw-r--r-- 138/-15456 3702 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/wcathelp.l
rw-r--r-- 138/-15456 20431 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/handout.tex
rw-r--r-- 138/-15456 12914 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/wmlib.l
rw-r--r-- 138/-15456 2645 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/termcap
rw-r--r-- 138/-15456 707 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/winlib.h
rw-r--r-- 138/-15456 13257 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/wm.hlp
rw-r--r-- 138/-15456 777 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/display.h
rw-r--r-- 138/-15456 15128 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/wtrace.l
rw-r--r-- 138/-15456 20028 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/wdia.l
rw-r--r-- 138/-15456 3189 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/wm.cmd
rw-r--r-- 138/-15456 9918 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/term.c
rw-r--r-- 138/-15456 732 Jun 9 06:42 1987 cpl/src/makefile
# tar x
tar: blocksize = 1
# cd cpl
# ls
src system
CPLのソースコードがテーブデバイスとして見えているので tar で展開する。
# cd src
# make
src で make すると、 liszt で .l ファイルをコンパイルして実行ファイル lcat ができる。
動かしてみる
CPL自体の使い方は 萩野達也「カテゴリー理論的関数型プログラミング言語」1990年1月 の5章なども参照。
# ./lcat
Categorical Programming Language (version 3)
cpl>help
edit input or edit objects and morphisms
show show objects and morphisms
delete delete objects and morphisms
let define morphisms
simp simplify morphisms
expand expand auxiliary morphisms
new clear old definitions
read read file
load load saved file
save save definitions onto file
diagram diagram editor
set set flags
scroll scroll show window
alias set aliases
keypad set keypad
help print help message
quit quit the system
help コマンドで使い方を確認する。
cpl>read ../system/Nat
productive right object 1 defined
productive right object prod(+,+) defined
productive right object exp(-,+) defined
coproductive left object coprod(+,+) defined
left object bool defined
left object nat defined
add : prod(nat,nat) -> nat defined
mult : prod(nat,nat) -> nat defined
fact : nat -> nat defined
sub1 : nat -> coprod(nat,1) defined
minus : prod(nat,nat) -> coprod(nat,1) defined
lesseq : prod(nat,nat) -> bool defined
and : prod(bool,bool) -> bool defined
or : prod(bool,bool) -> bool defined
not : bool -> bool defined
equal : prod(nat,nat) -> bool defined
read コマンドでファイルからCPLプログラムを読み込める。
cpl>simp mult.pair(s.s.0, s.s.s.0)
s.s.s.s.s.s.0
:1 -> nat
上で読み込んだ nat, prod の定義と、 simp コマンドを使うとこんな感じで掛け算が計算できる。
cpl>quit
bye
quit で終了できる。
Haskell版
CPLを試したいだけなら、たぶんHaskell版実装を使う方が楽です。