Go to Qiita Advent Calendar 2024 Top
LoginSignup
9
4

Delete article

Deleted articles cannot be recovered.

Draft of this article would be also deleted.

Are you sure you want to delete this article?

More than 3 years have passed since last update.

SENSYAdvent Calendar 2019

Day 2
@na0

BigQuery Scripting で Brainf*ck

Last updated at Posted at 2019-12-22

書いた動機

BigQuery 中心アーキテクチャでは、統計分析や機械学習のデータ準備を、Cloud Composer などから SQL を使ったデータ変換によって実現します。しかし、直列でデータ変換を行う場合には 標準 SQL のスクリプト で、こと足りるケースもあり、開発をしてつらくないなら採用したい思いがあります。
先日のサイレントアップデートで、小さなクエリの高速化が行われたこともあり、十分な速度がでると予想しました。
そんな感じで BigQuery で Brainf*ck を実現して、チューリング完全であることを確認してやろうと思いたちました。欲を言えば SELECT 文だけで実現したかったですが、再帰 WITH 句が使えないため、実現手段が思いつきませんでした。スクリプトならできそうだったのでやってみました。

公開データセットに関数公開しました

CALL `bqfunc.brainfuck.brainfuck`(input, commands, output);

BigQuery スクリプトとは

1 ジョブで複数のステートメントと制御構文を利用できる。
よく使うものだけ解説を入れる。

DECLARE

DECLARE name type [ DEFAULT expression]

変数宣言。DEFAULT を指定しないと NULL で初期化される。

SET

SET name = expression

変数代入。

IF

IF condition THEN
  [if_statement_list]
[ELSE
  else_statement_list
]
END IF;

条件分岐。

LOOP

LOOP
  sql_statement_list
END LOOP;

終了条件のない繰り返し。IF, BREAK と合わせて使う。

WHILE

WHILE boolean_expression DO
  sql_statement_list
END WHILE;

終了条件のある繰り返し。

BREAK

繰り返しから抜ける。

CONTINUE

今のブロックをスキップして、繰り返しの先頭に戻る。

RETURN

スクリプトを終了する。早期リターンで使う。

CALL

CALL procedure_name

プロシージャを呼ぶ。構造化プログラミングに使う。

開発してみてつらかったこと

  • BigQuery のジョブ実行時間 6 時間制約が、スクリプト 1 つでかかってくるため、多段に時間がかかるクエリの実行は難しい
  • クエリ履歴が大量の CREATE TEMP FUNCTION __type_coercion_internal__ で汚染され、複数を同時実行すると ウェブ UI では結果が追えなくなる
  • ARRAY の 1 つの要素だけ書き換えるコストが高い
  • スクリプトによるオーバヘッドがとても大きく感じる
  • API から結果を回収できない

実行結果

行 f0_
1 Hello World!

経過時間 10 分 26 秒
処理されたステートメント 450

うまく動いていそうです。

ソースコード

再帰じゃない版

CREATE OR REPLACE PROCEDURE
  brainfuck.brainfuck(IN input ARRAY<INT64>,
    IN commands STRING,
    INOUT output ARRAY<INT64>)
BEGIN

    DECLARE command STRING;

    DECLARE buffer ARRAY<INT64> DEFAULT ARRAY(SELECT 0 FROM UNNEST(GENERATE_ARRAY(1, 64)));
    DECLARE buffer_offset INT64 DEFAULT 0;
    DECLARE input_offset INT64 DEFAULT 0;
    DECLARE depth INT64;

    DECLARE commands_position INT64 DEFAULT 0;

    LOOP
        SET commands_position = commands_position + 1;
        SET command = SUBSTR(commands, commands_position, 1);
        IF command = '' THEN
            RETURN;
        END IF;

        IF command = '>' THEN
            SET buffer_offset = buffer_offset + 1;
            CONTINUE;
        END IF;

        IF command = '<' THEN
            SET buffer_offset = buffer_offset - 1;
            CONTINUE;
        END IF;

        IF command = '+' THEN
            SET buffer = ARRAY(SELECT IF(offset = buffer_offset, b + 1, b) FROM UNNEST(buffer) b WITH OFFSET AS offset ORDER BY offset);
            CONTINUE;
        END IF;

        IF command = '-' THEN
            SET buffer = ARRAY(SELECT IF(offset = buffer_offset, b - 1, b) FROM UNNEST(buffer) b WITH OFFSET AS offset ORDER BY offset);
            CONTINUE;
        END IF;

        IF command = '.' THEN
            SET output = ARRAY_CONCAT(output, [buffer[OFFSET(buffer_offset)]]);
            CONTINUE;
        END IF;

        IF command = ',' THEN
            SET buffer = ARRAY(SELECT IF(offset = buffer_offset, input[OFFSET(input_offset)], b) FROM UNNEST(buffer) b WITH OFFSET AS offset ORDER BY offset);
            SET input_offset = input_offset + 1;
            CONTINUE;
        END IF;

        IF command = '[' AND buffer[OFFSET(buffer_offset)] = 0 THEN
            SET depth = 1;
            WHILE depth > 0 DO
                SET commands_position = commands_position + 1;
                SET command = SUBSTR(commands, commands_position, 1);
                IF command = '[' THEN
                    SET depth = depth + 1;
                    CONTINUE;
                END IF;
                IF command = ']' THEN
                    SET depth = depth - 1;
                    CONTINUE;
                END IF;
                IF command = '' THEN
                    SELECT ERROR('missing-bracket');
                END IF;
            END WHILE;
            CONTINUE;
        END IF;

        IF command = ']' AND buffer[OFFSET(buffer_offset)] <> 0 THEN
            SET depth = 1;
            WHILE depth > 0 DO
                SET commands_position = commands_position - 1;
                SET command = SUBSTR(commands, commands_position, 1);
                IF command = ']' THEN
                    SET depth = depth + 1;
                    CONTINUE;
                END IF;
                IF command = '[' THEN
                    SET depth = depth - 1;
                    CONTINUE;
                END IF;
                IF command = '' THEN
                    SELECT ERROR('missing-bracket');
                END IF;
            END WHILE;
            CONTINUE;
        END IF;
    END LOOP;
END;

DECLARE
  output ARRAY<INT64> DEFAULT [];
CALL
  bqfunc.brainfuck.brainfuck([],
    '++++++++[>++++[>++>+++>+++>+<<<<-]>+>+>->>+[<]<-]>>.>---.+++++++..+++.>>.<-.<.+++.------.--------.>>+.>++.',
    output);
SELECT
  CODE_POINTS_TO_STRING(output);

再帰 PROCEDURE 版

PROCEDURE で再帰を使ってきれいにかけると思ったのですが、Out of stack space due to deeply-nested procedure call to a.brainfuck at [myproject.a.brainfuck:17:9] と出てしまい、Hello World を動作させることはできませんでした。ネストの小さい記述は動きます。

CREATE OR REPLACE PROCEDURE
  a.brainfuck(IN input ARRAY<INT64>,
    IN input_index INT64,
    IN commands ARRAY<STRING>,
    IN commands_index INT64,
    IN buffer ARRAY<INT64>,
    IN buffer_index INT64,
    INOUT output ARRAY<INT64>)
BEGIN
    DECLARE command STRING;
    DECLARE depth INT64;
    DECLARE counter INT64;
    SET command = commands[SAFE_OFFSET(commands_index)];
    IF command IS NULL THEN
        RETURN;
    END IF;
    IF command = '>' THEN
        CALL a.brainfuck(input, input_index, commands, commands_index + 1, buffer, buffer_index + 1, output);
        RETURN;
    END IF;
    IF command = '<' THEN
        CALL a.brainfuck(input, input_index, commands, commands_index + 1, buffer, buffer_index - 1, output);
        RETURN;
    END IF;
    IF command = '+' THEN
        CALL a.brainfuck(
            input,
            input_index,
            commands,
            commands_index + 1,
            ARRAY(SELECT IF(offset = buffer_index, b + 1, b)
                    FROM UNNEST(buffer) b
                    WITH OFFSET AS offset
                    ORDER BY offset),
            buffer_index,
            output);
        RETURN;
    END IF;
    IF command = '-' THEN
        CALL a.brainfuck(
            input,
            input_index,
            commands,
            commands_index + 1,
            ARRAY(SELECT IF(offset = buffer_index, b - 1, b)
                    FROM UNNEST(buffer) b
                    WITH OFFSET AS offset
                    ORDER BY offset),
            buffer_index,
            output);
        RETURN;
    END IF;
    IF command = '.' THEN
        SET output = ARRAY_CONCAT(output, [buffer[OFFSET(buffer_index)]]);
        CALL a.brainfuck(input, input_index, commands, commands_index + 1, buffer, buffer_index, output);
        RETURN;
    END IF;
    IF command = ',' THEN
        CALL a.brainfuck(
            input,
            input_index + 1,
            commands,
            commands_index + 1,
            ARRAY(SELECT IF(offset = buffer_index, input[OFFSET(input_index)], b)
                    FROM UNNEST(buffer) b
                    WITH OFFSET AS offset
                    ORDER BY offset),
            buffer_index,
            output);
        RETURN;
    END IF;
    IF command = '[' AND buffer[OFFSET(buffer_index)] = 0 THEN
        SET depth = 1;
        WHILE depth > 0 DO
            SET commands_index = commands_index + 1;
            SET command = commands[OFFSET(commands_index)];
            IF command = '[' THEN
                SET depth = depth + 1;
                CONTINUE;
            END IF;
            IF command = ']' THEN
                SET depth = depth - 1;
                CONTINUE;
            END IF;
        END WHILE;
        CALL a.brainfuck(
            input,
            input_index,
            commands,
            commands_index + 1,
            buffer,
            buffer_index,
            output);
        RETURN;
    END IF;
    IF command = ']' AND buffer[OFFSET(buffer_index)] <> 0 THEN
        SET depth = 1;
        WHILE depth > 0 DO
            SET commands_index = commands_index - 1;
            SET command = commands[OFFSET(commands_index)];
            IF command = ']' THEN
                SET depth = depth + 1;
                CONTINUE;
            END IF;
            IF command = '[' THEN
                SET depth = depth - 1;
                CONTINUE;
            END IF;
        END WHILE;
        CALL a.brainfuck(
            input,
            input_index,
            commands,
            commands_index + 1,
            buffer,
            buffer_index,
            output);
        RETURN;
    END IF;
    CALL a.brainfuck(input, input_index, commands, commands_index + 1, buffer, buffer_index, output);
END

DECLARE commands ARRAY<STRING> DEFAULT ['-','-','[','>','-','-','-','>','-','>','-','>','+','+','>','-','<','<','<','<','<','-','-','-','-','-','-','-',']','>','-','-','.','>','-','-','-','-','-','-','-','-','-','.','>','-','-','.','.','+','+','+','.','>','-','-','-','-','.','>','+','+','+','+','+','+','+','+','+','.','<','<','.','+','+','+','.','-','-','-','-','-','-','.','<','-','.','>','>','+','.'];
DECLARE output ARRAY<INT64> DEFAULT [];
DECLARE buffer ARRAY<INT64> DEFAULT ARRAY(SELECT 0 FROM UNNEST(GENERATE_ARRAY(1, 1024)));

CALL a.brainfuck([], 0, commands, 0, buffer, 0, output);

SELECT CODE_POINTS_TO_STRING(output);

おわりに

BigQuery スクリプトで brainf*ck のインタプリタが実装できました
再帰プロシージャの移植は不可能と結論づけました。再帰が可能なほど、スタックが詰めませんでした。再帰は 50 までの制約があります。

9
4
0

Register as a new user and use Qiita more conveniently

  1. You get articles that match your needs
  2. You can efficiently read back useful information
  3. You can use dark theme
What you can do with signing up
Sign upLogin
9
4

Delete article

Deleted articles cannot be recovered.

Draft of this article would be also deleted.

Are you sure you want to delete this article?