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Cコード中にマシン語を埋め込んで実行する。

なんだろう、何百番煎じな気がする。もうお茶も出なくなってお湯ですよ、お湯。

フォロワーの @pasberth さんが、「JIT ってどういう仕掛けになってるの！」といっていたので、
メモリ上にバイトコードを置いて実行する方法ということでちょろっと書いたものです。

とりあえず、ピタゴラスの定理をアセンブラで書いて、
C でぺけぺけ。

ひとまず、私の作業環境である Windows での動作確認。

そいでもって、x86 なら、どのプラットフォームでもバイナリ部分は変えなくても走るよ！ってのを示すために、
Mac を立ち上げて実行。

ソースコードは下記のような感じです。@pasberth さん用に書いたので、Mac 向けソースになってます
Windows で動かすには、先頭の vm_protect を VirtualProtect の形式に書き換えれば動きます。

#include <mach/mach.h>
#include <stdio.h>

/************************************************
 とりあえず、中のデータは１６進で記録してあって、

リトルエンディアンですから、
 0x01020304 は、メモリ上に 0x04,0x03,0x02,0x01 の順で格納されます。
要は逆順です。

また、命令のオーダーについては、必ずしも何バイトということはありませんが、
最長命令は 32bit アーキテクチャですんで 4 バイト ( 32 bit / 8 = 4 byte. )

見やすくするために、２バイトや１バイト命令に関しては、
0x90 (NOP) [NOP = なにもしない] を挿入して、アライメント（区切り）を合わせてあります。

まー、適当に見てもらえれば。

************************************************/

int main(){
	unsigned long d;
	int a = 0,b = 0,c = 0;
	unsigned long code[32] = {0};
	
	printf("vm_protect : %s\n\n",vm_protect(
		mach_task_self(),
		(vm_address_t)code,32 * sizeof(long),
		FALSE,
			VM_PROT_READ | 
			VM_PROT_WRITE | 
			VM_PROT_EXECUTE
		) == KERN_SUCCESS ? "[OK]" : "[FALSE]");

	printf("INPUT [a,b,c] : ");
	scanf("%d,%d,%d",&a,&b,&c);

	code[0]  = 0x0424448B;	// MOV EAX,DWORD PTR SS:[ESP+4]
	code[1]  = 0x08244C8B;	// MOV ECX,DWORD PTR SS:[ESP+8]
	code[2]  = 0x9090C13B;	// CMP EAX,ECX
	code[3]  = 0x9090047E;	// JLE SHORT ; EIP+4
	code[4]  = 0x9090C88B;	// MOV ECX,EAX
	code[5]  = 0x0C24548B;	// MOV EDX,DWORD PTR SS:[ESP+C]
	code[6]  = 0x9090CA3B;	// CMP ECX,EDX
	code[7]  = 0x9090147E;	// JLE SHORT ; EIP+C
	code[8]  = 0x90909056;	// PUSH ESI
	code[9]  = 0x9090F28B;	// MOV ESI,EDX
	code[10] = 0x9090D18B;	// MOV EDX,ECX
	code[11] = 0x9090CE8B;	// MOV ECX,ESI
	code[12] = 0x9090905E;	// POP ESI
	code[13] = 0x90C0AF0F;	// IMUL EAX,EAX
	code[14] = 0x90C9AF0F;	// IMUL ECX,ECX
	code[15] = 0x90D2AF0F;	// IMUL EDX,EDX
	code[16] = 0x9090C103;	// ADD EAX,ECX
	code[17] = 0x9090C22B;	// SUB EAX,EDX
	code[18] = 0x9090D8F7;	// NEG EAX
	code[19] = 0x9090C01B;	// SBB EAX,EAX
	code[20] = 0x90909040;	// INC EAX
	code[21] = 0x909090C3;	// RETN
	
	printf("\nRETURN : %s\n",
		((int(*)(int,int,int))code)(a,b,c) == 0 ? "[FALSE]" : "[OK]");
	
	return 0;
}

中のバイトコード部分は、ソースコード中のコメントを見てもらえれば。

本来、こういうページ領域上にバイトコードを置いて、それを呼び出そうとしても、
実行できないように設定されています。

（実行できるようになっていると、プロセスに脆弱性があったとき、悪意のあるコードを攻撃者から送信されて、実行されてしまう危険性が格段に上がる）

ですが、さすがに完全に実行できないと、Java VM をはじめとしたソフトウェアが稼働できなくなってしまうため、
OSから実行可能にフラグを書き換えるAPIが提供されています。

OS	関数
Windows	VirtualProtect MSDN : http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/cc430214.aspx
Mac OS X	vm_protect The GNU Mach Reference Manual : http://www.gnu.org/software/hurd/gnumach-doc/Memory-Attributes.html Darwin : http://web.mit.edu/darwin/src/modules/xnu/osfmk/man/vm_protect.html
Linux	mprotect Man page of MPROTECT : http://linuxjm.sourceforge.jp/html/LDP_man-pages/man2/mprotect.2.html

実行可能なバイトコードは、x86 プロセッサ共通なので、同じプロセッサならどれでも動きますが、
各オペレーティングシステムに合わせて、上記に挙げた関数を利用して、実行可能に設定する必要があります。

実際の JIT コンパイラなどでは、各プラットフォームごとのライブラリや、
APIの差異の吸収が必要になって、結構面倒なことになりますが、

今回の例はきわめて単純な例を使って、 x86 プロセッサ上なら同じコードが動くということを示すのと同時に、
Java などでは、こういう感じでたぶんコードを実行しているということで。

（mono はこれ使ってる感濃厚。ソースコードを眺めていた感じでは。

IronRuby から .net を触る。

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こっちはもっと簡単。
Python でのやり方は : IronPython で .net を触るを参照してください。

require "System"
require "System.Windows.Forms"

form = System::Windows::Forms::Form.new
form.Show()

IronPython の時のように、 clr を読み込んで参照を追加して・・とやらずに、

require で要求したときに参照の追加なども自動的にやってくれるので結構楽ちんです。

加えて、IronPython との決定的な違いは、

private や protected のクラスもちゃんと読み込んでくれること。

ということで、内部的に private な class を持っていて、それを使うっていう構造であっても、

IronPython ではダメでも、IronRuby では実行してくれるということが結構あります。

そのため結構いろいろなことが、IronRuby では手軽に実行でき、

こんなように、IronRuby から IronPython を読み出し、

Python コードを Ruby 上で実行するということも可能です。

これも協調動作という面では一つのおもしろい所なのではないかな、と思います。

IronPython で .net を触る。

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直前に書いた IronPython を C# から使ってみる。の逆版。

使い方としてはまず、

import clr

とした後、

clr.AddReference

を利用して、 .net のライブラリへの参照を追加していきます。

例：

import clr
clr.AddReference("System")
clr.AddReference("System.Windows.Forms")
from System.Windows.Forms import *
form = Form()
form.Show()

追記事項として、先ほどの記事にも書きましたが、

Public なクラスしか読み込んでくれないので、 Protected や Private などが含まれるものは使えません。

生成したクラスのインスタンスの内部で、呼び出して使用するという場合でも、どうやら失敗してしまうようです・・。謎。

であであー。

IronPython を C# から使ってみる。

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みむらです。

Python でさくさくっとコードを書いて実験するという人はいると思うのですが、
それを .net で応用してみようという感じの内容です。

今回は執筆時のバージョン IronPython 2.7.1 を用いて紹介します。

（本家 Python の Version 2.7.1 と多少の点は異なりますが、かなりの部分で互換性があります。）

１．環境準備

C# の開発環境として、今回は Visual Studio 2010 を使用します。

http://www.microsoft.com/japan/msdn/vstudio/express/
ない方は、こちらから express 版を入れておくと良いかと思います。

加えて、今回のメインである、IronPython を、
http://www.ironpython.net/
ここから、ダウンロードしてインストールします。

２．プロジェクト作成

Visual Studio を立ち上げて、プロジェクトを作成します。

Visual C# の「コンソールアプリケーション」を作成。

３．参照に IronPython を追加する。

ソリューションエクスプローラの参照設定を右クリック –> 参照の追加

インストールディレクトリに移動して、

C:\Program Files\IronPython 2.7.1
or
C:\Program Files (x86)\IronPython 2.7.1

あたりにファイルがいると思います。

IronPython.dll と Microsoft.Scripting.dll を追加。

４．コードを書く

コードの先頭に

using IronPython.Hosting;
using Microsoft.Scripting.Hosting;

を追記。

最小のコードとしてはこんな所でしょうか：

using IronPython.Hosting;
using Microsoft.Scripting.Hosting;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        ScriptEngine engine = Python.CreateEngine();
        ScriptSource src = engine.CreateScriptSourceFromString("print \"Hello Python World\"");
        src.Execute();
    }
}

５．実行

ということで、ばっちり Python コードが C# 上から実行可能です。

応用例をいくつか。

ScriptScope を定義することによって、C# 上のクラスや、他のオブジェクトを触ることも可能となります。

using System;
using IronPython.Hosting;
using Microsoft.Scripting.Hosting;

public class hoge
{
    public void call()
    {
        System.Console.WriteLine("Hello C# World");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        ScriptEngine engine = Python.CreateEngine();
        ScriptScope scope = engine.CreateScope();
        scope.SetVariable("hoge", new hoge());

        ScriptSource src = engine.CreateScriptSourceFromString(@"

print ""Hello Python World""
hoge.call()"
        
            );
        src.Execute(scope);
    }
}

実行結果：

上記のように、

CreateScope() メソッドで作成したスコープに対して、

SetVariable() メソッドを利用し、第１引数に名前、第２引数に実体を指定することにより、

Python 上から利用可能となります。

ただ一つ注意点としては、

クラスが public でないと正常に動作しないという点があります。

これは、個人的には Python のクラスが全て public なのが起因しているのかと予想しておりますが、

詳細はよく分かっていません。

別の例：

using System;
using IronPython.Hosting;
using Microsoft.Scripting.Hosting;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        ScriptEngine engine = Python.CreateEngine();

        ScriptSource src = engine.CreateScriptSourceFromString("1+2+3");
        System.Console.WriteLine("RET : " + src.Execute());
    }
}

Execute メソッドの戻り値はそのまま実行結果になっていますので、

このように結果を C# 側に返すということも可能です。

また、

このように、GetVariable メソッドを利用して値を取得することも可能です。

IronPython の利用例としては、

プログラム上のマクロ機能の提供が一番大きいのではと考えております。

その他には、Python でライブラリが提供されている物に対して、IronPython を通して C# から利用するというパターン。

今回の IronPython と同様のコールの仕方を用いることで、

http://ironruby.net/

こちらの IronRuby を利用することも可能です。

執筆時点では Version 1.1.3 ですが、これは本家の Ruby の Version 1.9.2 と互換性があると明記されています。

.net では同じ .net 上で動作する言語同士を協調動作させることができますので、

こういうのもアイデアによっては非常に良い物になるのではないでしょうか。

最後に。私が某所でやってきた時のプレゼン資料を最後に貼り付けておきます。

Iron python と c sharp

View more presentations from Satoshi Mimura

はろーふらすこ、はろーしなとら。

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どうもみむらです。

ウェブ系のフレームワークは実は難しいんでしょ！と疑っていたのですが、
実際使ってみたら拍子抜けするレベルに簡単だったのでそのメモ。

意気込みを返せ－！っていう感じではありますが、
それだけ入りやすくて、本当に作りたい部分に集中出来るってことで良いんだと思います。

１．Ruby + Sinatra で Hello World

gem で sinatra を入れる。

下記のコード書く。

require 'sinatra'

get '/' do
   'Hello world!'
end

２．Python + Flask で Hello World

easy_install で Flask を入れる。

下記のコード書く。

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def func():
    return "Hello world!"

if __name__ == '__main__':
    app.run()

ということで、ひょえー。です。

みむらの手記手帳

ときどき Developer ときどき Researcher そんな社会人のいちにち。

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Cコード中にマシン語を埋め込んで実行する。

IronRuby から .net を触る。

IronPython で .net を触る。

IronPython を C# から使ってみる。

１．環境準備

２．プロジェクト作成

３．参照に IronPython を追加する。

４．コードを書く

５．実行

はろーふらすこ、はろーしなとら。

１．Ruby + Sinatra で Hello World

２．Python + Flask で Hello World