[論文レビュー] Effective Quotation: relating approaches to language-integrated query

James Cheney, Sam Lindley+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2013

Advanced Database Systems and Queries参考文献 35被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、効果を用いた Links のアプローチと、クォーテーションを用いた LINQ のアプローチという、2つの型安全で言語統合型のクエリ手法を、コア計算体系 Eff と Quot を導入することで形式的に比較する。両者を双方向かつ意味論を保存する翻訳によって結びつけ、両者とも動的クエリを生成可能であり、型安全性と SQL インジェクションに対する耐性を備えていることを示している。

ABSTRACT

Language-integrated query techniques have been explored in a number of different language designs. We consider two different, type-safe approaches employed by Links and F#. Both approaches provide rich dynamic query generation capabilities, and thus amount to a form of heterogeneous staged computation, but to date there has been no formal investigation of their relative expressiveness. We present two core calculi Eff and Quot, respectively capturing the essential aspects of language-integrated querying using effects in Links and quotation in LINQ. We show via translations from Eff to Quot and back that the two approaches are equivalent in expressiveness. Based on the translation from Eff to Quot, we extend a simple Links compiler to handle queries.

研究の動機と目的

• 効果ベースのクエリ生成（Links におけるもの）とクォーテーションベースのクエリ生成（LINQ におけるもの）という、2つの代表的な言語統合クエリ手法の表現力を形式的に比較すること。
• 一方の手法では表現可能だが他方では表現不可能な動的クエリが存在するかどうかという未解決の問いを解消すること。
• 既存の効果ベースのシステム（例：Links）に LINQ 風のクォーテーションを統合する基盤を提供すること。
• 1次元でネストされた関係的クエリにおいて、両手法の表現力が等価であることを示すこと。
• クォーテーションベースの翻訳の知見を活用して、Links コンパイラに部分的なクエリサポートを拡張すること。

提案手法

• 効果と型のシステムを用いて、データベース上、ホスト言語上、または両方で実行可能なコードを分類する、Links 風のクエリ生成をモデル化するコア計算体系 Eff を定義する。
• 明示的なクォーテーションと実行時における抽象構文木の操作を用いて、LINQ 風のクエリ生成をモデル化するコア計算体系 Quot を定義する。
• 効果的な計算をクォートされた式に持ち上げることで、クエリの振る舞いを保存する Eff から Quot への前向き翻訳を構築する。
• クォーテーションを模倣するために、クエリ構築のための効果的演算を導入することで、Quot から Eff への後向き翻訳を構築する。
• 前向き翻訳を用いて、単純な Links コンパイラにクエリ式のサポートを拡張し、このアプローチの実用性を検証する。
• 両計算体系間の意味論的同等性を、観察可能なクエリ振る舞いを保存する双方向翻訳によって確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 効果ベースとクォーテーションベースの言語統合クエリ手法は、動的クエリ生成において同等の表現力を有するか？
• RQ2 効果ベースのスタイル（Eff）で書かれたすべてのプログラムは、振る舞いに損失を生じさせずに、クォーテーションベースのスタイル（Quot）に同等に翻訳可能か？
• RQ3 クォーテーションベースのスタイル（Quot）で書かれたすべてのプログラムは、型安全性とクエリ意味論を保存したまま、効果ベースのスタイル（Eff）に同等に翻訳可能か？
• RQ4 Eff から Quot への翻訳は、既存の効果ベースコンパイラに実用的な拡張を可能にし、クエリコンパイルをサポートするか？
• RQ5 観察可能なクエリ振る舞いを保存する双方向翻訳を用いて、両手法を形式的に関連付けることができるか？

主な発見

• 1次元でネストされた関係的クエリにおいて、効果ベースのクエリ生成（Links におけるもの）とクォーテーションベースのクエリ生成（LINQ におけるもの）は、形式的に同等の表現力を有する。
• Eff から Quot への意味論を保存する翻訳により、Links コンパイラに部分的なクエリコンパイルサポートを拡張でき、実用性が裏付けられた。
• Quot から Eff への後向き翻訳により、クォーテーションベースのクエリ構築が効果システムを用いてエミュレート可能であることが示され、効果モデルの一般性が裏付けられた。
• 両翻訳は観察可能なクエリ振る舞いを保存しており、両システムが同等の SQL またはメモリ内クエリ計画を生成可能であることを示している。
• この同等性の結果は驚きであり、両手法は構造的に異なるように見えるが、形式的対応により深い概念的統一性が明らかになった。
• 今後のシステムは、両者の長所を組み合わせ、クォーテーションによる拡張性を活用しながらも、効果システムのパフォーマンス保証を維持できる可能性がある。