[Haskell]FFI使ってC++バインディングに入門

この記事はHaskell Advent Calendarのために書いたものです。

FFIでCの関数を呼び出すところまではすんなりいったので、次C++行ってみよう！として
ドハマりしたという内容です。


C++でクラスを作成して、ラッパー関数を書き、Haskellから呼び出すという手順でやってみます。

とりあえず何も考えずに以下のコードを書きました。

point.h
point.cpp
wrapper.cpp
main.hs

/* point.h */

class Point{
public:
    Point(int, int);
    int getX();
    int getY();
private:
    int x, y;
};

/* point.cpp */

#include "point.h"

Point::Point(int x, int y){
    this->x = x;
    this->y = y;
}

int Point::getX(){
    return this->x;
}

int Point::getY(){
    return this->y;
}

/* wrapper.cpp */

#include "point.h"

Point* createPoint(int x, int y){
    return new Point(x, y);
}

int getPointX(Point* p){
    return p->getX();
}

int getPointY(Point* p){
    return p->getY();
}

void destroyPoint(Point* p){
    delete p;
}

-- main.hs

{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}

module Main where

import Foreign
import Foreign.Ptr
import Foreign.C.Types

data Point = Point

main = do
  p <- c_createPoint 1000 2000
  x <- c_getPointX p
  y <- c_getPointY p
  c_destroyPoint p
  print x
  print y

foreign import ccall "createPoint" c_createPoint :: CInt -> CInt -> IO (Ptr Point)
foreign import ccall "getPointX" c_getPointX :: Ptr Point -> IO CInt
foreign import ccall "getPointY" c_getPointY :: Ptr Point -> IO CInt
foreign import ccall "destroyPoint" c_destroyPoint :: Ptr Point -> IO ()

ビルドしてみます。

$ g++ -c point.cpp wrapper.cpp
$ ghc --make main.hs point.o wrapper.o

すると以下のようなエラーが。

[1 of 1] Compiling Main             ( main.hs, main.o )
Linking main ...
ld: warning: in point.o, file was built for unsupported file format which is not the architecture being linked (i386)
ld: warning: in wrapper.o, file was built for unsupported file format which is not the architecture being linked (i386)
Undefined symbols:
  "_destroyPoint", referenced from:
      _rKi_info in main.o
      _sTt_info in main.o
  "_getPointX", referenced from:
      _rKg_info in main.o
      _sTx_info in main.o
  "_createPoint", referenced from:
      _rKe_info in main.o
      _sWN_info in main.o
ld: symbol(s) not found
collect2: ld returned 1 exit status

「Undefined symbols?」が目にはいったので調べてみると、
CとC++ではコンパイル後の関数名が異なるとのこと。

オーバーロード機能があるC++では同名の関数をユニークな名前に
変換する必要があると書いてあります。
（マングリングっていうらしい）

納得。


でC++で用意した関数をCからも呼べるようにこのマングリングを回避するのが
よく目にする、「extern "C" { }」ってことでした。

早速、Haskellから直接呼ぶ関数を並べているwrapper.cppを
「extern "C" { }」で囲って再度ビルド。


同じエラーが・・・

よくよく見ると

file was built for unsupported file format

というエラーが一緒に出てます。

Mac SnowLeopardで作業していたのですが、そのgccが64bitでコンパイルしていたことによるものでした。
ghcは64bitコードを扱えないそうです。

32bitでコンパイルすればこの問題は解決します。

$ g++ -c point.cpp wrapper.cpp -m32
$ ghc --make main.hs point.o wrapper.o

今度はエラー内容が変わりました。

[1 of 1] Compiling Main             ( main.hs, main.o )
Linking main ...
Undefined symbols:
  "operator delete(void*)", referenced from:
      _destroyPoint in wrapper.o
      _createPoint in wrapper.o
  "operator new(unsigned long)", referenced from:
      _createPoint in wrapper.o
  "___gxx_personality_v0", referenced from:
      ___gxx_personality_v0$non_lazy_ptr in wrapper.o
     (maybe you meant: ___gxx_personality_v0$non_lazy_ptr)
ld: symbol(s) not found
collect2: ld returned 1 exit status

new とか deleteを使えないって言ってるっぽい・・。


でもC++ライブラリのバインディングが存在してるのでできるはず！
とドキュメントを漁っていたら以下の記事に遭遇。

http://www.haskell.org/haskellwiki/CPlusPlus_from_Haskell

この記事の中段あたりに

ghc --make main.hs -o hybrid_program -lstdc++ nifty_code.o

と書かれているのを発見。

「-lstdc++」って、もろいけそうじゃん！

ってことで・・

$ g++ -c point.cpp wrapper.cpp -m32
$ ghc -lstdc++ --make main.hs point.o wrapper.o

ビルドできたー！
C/C++周りの知識に乏しい自分にはきつかった・・org


「-lstdc++」ってgccでC++をビルドする際に使われていたオプションみたいですね。


以上をまとめると・・

・Haskellから呼び出す関数は、extern "C" { }で囲っておく。
・ghcは64bitコードを現在サポートしていない。
・リンクのとき、「-lstdc++」をオプションとして指定する。


C++コードをghciで扱う方法が分かりませんでした。
どなたかご存知でしたらぜひ教えていただきたいです。


最後にMecabで試してみました。
（Mecabのホームページに掲載されていたコードを拝借しました。）

-- main.hs

{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}

module Main where

main = c_mecabTest

foreign import ccall "mecabTest" c_mecabTest :: IO ()

/* wrapper.cpp */

#include <mecab.h>
#include <iostream>

extern "C" {

void mecabTest(){
    char input[1024] = "太郎は次郎が持っている本を花子に渡した。";
    MeCab::Tagger *tagger = MeCab::createTagger (0, 0);
    const MeCab::Node* node = tagger->parseToNode(input);
    for (; node; node = node->next) {
        std::cout << node->id << ' ';
        if (node->stat == MECAB_BOS_NODE)
            std::cout << "BOS";
        else if (node->stat == MECAB_EOS_NODE)
            std::cout << "EOS";
        else
        std::cout.write (node->surface, node->length);

        std::cout << ' ' << node->feature
	    << ' ' << (int)(node->surface - input)
	    << ' ' << (int)(node->surface - input + node->length)
	    << ' ' << node->rcAttr
	    << ' ' << node->lcAttr
	    << ' ' << node->posid
	    << ' ' << (int)node->char_type
	    << ' ' << (int)node->stat
	    << ' ' << (int)node->isbest
	    << ' ' << node->alpha
	    << ' ' << node->beta
	    << ' ' << node->prob
	    << ' ' << node->cost << std::endl;
    }

    delete tagger;
}

}

ビルドと実行。

$ ghc --make main.hs wrapper.cpp /usr/local/lib/libmecab.dylib -lstdc++
$ ./main
0 BOS BOS/EOS,*,*,*,*,*,*,*,* 0 0 0 0 0 0 2 1 0 0 0 0
5 太郎 名詞,固有名詞,人名,名,*,*,太郎,タロウ,タロー 0 6 1291 1291 44 2 0 1 0 0 0 8614
8 は 助詞,係助詞,*,*,*,*,は,ハ,ワ 6 9 261 261 16 6 0 1 0 0 0 9699
15 次郎 名詞,固有名詞,人名,名,*,*,次郎,ジロウ,ジロー 9 15 1291 1291 44 2 0 1 0 0 0 20566
18 が 助詞,格助詞,一般,*,*,*,が,ガ,ガ 15 18 148 148 13 6 0 1 0 0 0 21070
22 持っ 動詞,自立,*,*,五段・タ行,連用タ接続,持つ,モッ,モッ 18 24 742 742 31 2 0 1 0 0 0 25702
31 て 助詞,接続助詞,*,*,*,*,て,テ,テ 24 27 307 307 18 6 0 1 0 0 0 24174
40 いる 動詞,非自立,*,*,一段,基本形,いる,イル,イル 27 33 919 919 33 6 0 1 0 0 0 24723
46 本 名詞,一般,*,*,*,*,本,ホン,ホン 33 36 1285 1285 38 2 0 1 0 0 0 29905
53 を 助詞,格助詞,一般,*,*,*,を,ヲ,ヲ 36 39 156 156 13 6 0 1 0 0 0 29095
54 花 名詞,一般,*,*,*,*,花,ハナ,ハナ 39 42 1285 1285 38 2 0 1 0 0 0 33000
63 子 名詞,接尾,一般,*,*,*,子,コ,コ 42 45 1298 1298 51 2 0 1 0 0 0 39627
65 に 助詞,格助詞,一般,*,*,*,に,ニ,ニ 45 48 151 151 13 6 0 1 0 0 0 39654
77 渡し 動詞,自立,*,*,五段・サ行,連用形,渡す,ワタシ,ワタシ 48 54 735 735 31 2 0 1 0 0 0 42751
86 た 助動詞,*,*,*,特殊・タ,基本形,た,タ,タ 54 57 435 435 25 6 0 1 0 0 0 41874
89 。 記号,句点,*,*,*,*,。,。,。 57 60 8 8 7 3 0 1 0 0 0 38440
91 EOS BOS/EOS,*,*,*,*,*,*,*,* 60 60 0 0 0 0 3 1 0 0 0 36904

動いたー！