【Ruby】なぜeach関数よりもfor inが遅いのか

先日、以下の記事を公開しました。

Rubyで配列からハッシュを作る際に、どの方法が一番パフォーマンスが良いのかを計測したのですが、過去にJavaScriptで似たような計測をした時はシンプルなfor文が最速だったので、Rubyでも同じような結果になると思っていたらfor inが最も遅く、each関数が最も速いという結果になりました。

一体、なぜこのような結果になるのか。Rubyの深い部分まで把握する必要がありそうだと判断し、前回の記事では調査を行わなかったのですが、今回はその謎に迫ってみたいと思います。

そもそもRubyにはfor文がない

この記事を書く前までRubyには他言語と同様にfor文が定義されているものだと思っていましたが、それが勘違いであることに気づきました。Rubyでは繰り返し処理を記述したい場合、whileやeach関数を使うのが一般的です。例えば、JavaScriptでは10回、文字列を出力する際に以下のように書きます。

for (let i = 0; i < 10; i++) {
  console.log('hello!');
}

よくある一般的なfor文かなと思います。それに対して、Rubyでは一例として以下のように書きます。

for x in 1..10 do
  puts "hello!"
end

前回の計測でeach関数よりも遅いと判明したfor inです。
パッと見た感じ、どちらも同じ一般的な繰り返し処理に見えますが、Rubyのfor inはJavaScriptで実装されているfor文とは似て非なるものです。一体、何が違うのでしょうか。

for inは糖衣構文

なんとRubyのfor inは糖衣構文であり、内部でeach関数に近しい処理を実行しているそうです。

先ほどはRubyの組み込みのループプリミティブはwhileとuntilだけだと言いました。
ではこの「for」というものは何でしょうか。実際には、forはほぼ糖衣構文といえるものです。

Programming Ruby: The Pragmatic Programmer's GuideのFor...inより

つまりfor inを呼び出すと内部ではeach関数に近しい処理に変換されているということが分かりました。

# list.each { |x| puts x } に近しいものに変換される
for x in [1,2,3] do
  puts x
end

なるほど...確かにそれならfor inがeach関数よりも遅いという説明がつきますね。
つまりRubyにはfor文は実装されていないということになります。ただ、ループのプリミティブな定義はwhileとuntilだけとありましたが、each関数はどうなのでしょうか。内部でwhileを呼び出していたりするのでしょうか。

array.cを見てみる

いよいよ最深部へ...。RubyのC言語実装のコードへやってきました。
each関数が実装されているのはarray.cというファイルだそうです。

VALUE
rb_ary_each(VALUE ary)
{
    long i;
    ary_verify(ary);
    RETURN_SIZED_ENUMERATOR(ary, 0, 0, ary_enum_length);
    for (i=0; i<RARRAY_LEN(ary); i++) {
        rb_yield(RARRAY_AREF(ary, i));
    }
    return ary;
}