[論文レビュー] Why Nominal-Typing Matters in OOP

Moez A. AbdelGawad|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2016

Logic, programming, and type systems参考文献 40被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、名前型付け（nominal typing）が、型名を振る舞い契約にリンクさせることで意味論的な明確性を提供し、継承とサブタイプの間に一対一の対応を可能にすることにより、構造的OOPモデルとは対照的に、オブジェクト指向プログラミング（OOP）における基本的な意味論的明確性を提供すると主張している。ドメイン理論的比較を通じて、名前型付けが堅牢で保守可能なソフトウェア設計を支援することを示し、将来の基礎的OOP研究が構造的モデルではなく名前型付けモデルを優先すべきだと提言している。

ABSTRACT

The statements `inheritance is not subtyping' and `mainstream OO languages unnecessarily place restrictions over inheritance' have rippled as mantras through the PL research community for years. Many mainstream OO developers and OO language designers however do not accept these statements. In \emph{nominally-typed} OO languages that these developers and language designers are dearly familiar with, inheritance simply is subtyping; and they believe OO type inheritance is an inherently nominal notion not a structural one. Nominally-typed OO languages are among the most used programming languages today. However, the value of nominal typing to mainstream OO developers, as a means for designing robust OO software, seems to be in wait for full appreciation among PL researchers--thereby perpetuating an unnecessary schism between many OO developers and language designers and many OO PL researchers, with each side discounting, if not even disregarding, the views of the other. In this essay we strengthen earlier efforts to demonstrate the semantic value of nominal typing by presenting a technical comparison between nominal OO type systems and structural OO type systems. Recently, a domain-theoretic model of nominally-typed OOP was compared to well-known models of structurally-typed OOP. Combined, these comparisons provide a clear and deep account for the relation between nominal and structural OO type systems that has not been presented before, and they help demonstrate the key value of nominal typing and nominal subtyping to OO developers and language designers. We believe a clearer understanding of the key semantic advantage of pure nominal OO typing over pure structural OO typing can help remedy the existing schism. We believe future foundational OO PL research, to further its relevance to mainstream OOP, should be based less on structural models of OOP and more on nominal ones instead.

研究の動機と目的

• OOPにおける継承とサブタイプが別個の概念であるという、現在のPL研究の見解に反論すること、特に名前型付け言語においてはそうである。
• 名前型付けが構造的型付けよりも意味論的に意味があり、実用的であるOOPの基礎を提供することを示すこと。
• 名前型付けの技術的および意味論的価値を示すことで、主流のOO開発者／言語設計者とPL研究者との間の溝を埋めること。
• 将来の基礎的OOP研究が、構造的モデルから名前型付けモデルに移行すべきだと主張し、実用的影響力と関連性を高めること。

提案手法

• 名前型付けOOPのドメイン理論的モデルと、よく知られた構造的型付けOOPのモデルとの間で技術的比較を実施すること。
• 名前型付け言語におけるクラス名が振るまい契約への参照として機能し、型に意味論的意味を埋め込むことの分析。
• 名前型付けシステムにおける型名の役割（固定され、契約に関連付けられている）と、構造的システムにおける型名の役割（意味を持たない同義語）を対比すること。
• 名前型付けがサブタイプ、継承、型再現性（type reification）に与える影響、特にバイナリメソッドと再帰型の文脈での分析。
• 表3を用いて、契約包含、型再現性、サブスマン動作といった主要な特徴を、名前型付け系と構造的系の間で体系的に比較すること。
• Javaなどの言語におけるジェネリクスおよびF-有界多態性（F-bounded polymorphism）が、名前型付けの実現可能性と表現力の両方をさらに裏付けている点を強調すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ主流のOO開発者や言語設計者は、Java や C# のような言語において継承とサブタイプを同一視するのか？
• RQ2 OOP型システムにおいて、名前型付けが構造的型付けよりもどのような意味論的利点を提供するのか？
• RQ3 ドメイン理論的モデルとしての名前型付けOOPと構造的OOPは、振るまい契約と型の同一性の扱いにおいてどのように異なるのか？
• RQ4 名前型付けは、継承とサブタイプの間に一対一の対応をどの程度可能にするのか？
• RQ5 名前型付けのより明確な理解は、PL研究者と主流のOOP実務家との間の溝を埋めるのに役立つだろうか？

主な発見

• 名前型付けにより、型名が直接振るまい契約を参照できるため、オブジェクト仕様がより明確になり、静的検査が可能になる。
• 名前型付けOOPでは、型継承とサブタイプが一対一の対応を保ち、開発者のメンタルモデルを維持し、一貫性を保証する。
• 構造的OOPモデルは振るまい契約を無視しており、不適切なサブスマン（spurious subsumption）やバイナリメソッドの問題を引き起こすが、名前型付けはこうした問題を回避する。
• 名前型付けは再帰型とバイナリメソッドを自然にサポートするが、構造的システムでは特別な構文が必要となるか、表現力に制限が生じる。
• 名前型付けシステムでは型名の再バインドが不可能であるため、型の安定性が保たれ、継承時の意味論的混乱を防ぐ。
• 本論文は、将来の基礎的OOP研究が、主流のソフトウェア開発に適合するよう、名前型付けモデルを優先すべきだと結論づけている。