[논문 리뷰] Gradual System F

Elizabeth Labrada, Matías Toro외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 12.

Logic, programming, and type systems참고 문헌 47인용 수 27

한 줄 요약

이 논문은 관계적 정형성(relational parametricity)을 유지하면서 정적 및 동적 타이핑을 모두 지원하는 System F의 점진적 변종인 점진적 시스템 F(GSF)를 소개한다. 시스템 F의 변종에 대해 추상적 점진적 타이핑(AGT) 방법론을 적용함으로써, GSF는 정형성, 타입 안정성, 그리고 정적에서 동적 타이핑으로의 매끄러운 이행 사이에 독특한 균형을 이루지만, 전체 동적 점진적 보장(dynamic gradual guarantee)을 포기하고 더 약한, 그러나 여전히 의미 있는 변종을 선택한다.

ABSTRACT

Bringing the benefits of gradual typing to a language with parametric polymorphism like System F, while preserving relational parametricity, has proven extremely challenging: first attempts were formulated a decade ago, and several designs have been recently proposed, with varying syntax, behavior, and properties. Starting from a detailed review of the challenges and tensions that affect the design of gradual parametric languages, this work presents an extensive account of the semantics and metatheory of GSF, a gradual counterpart of System F. In doing so, we also report on the extent to which the Abstracting Gradual Typing methodology can help us derive such a language. Among gradual parametric languages that follow the syntax of System F, GSF achieves a unique combination of properties. We clearly establish the benefits and limitations of the language, and discuss several extensions of GSF towards a practical programming language.

연구 동기 및 목표

• . 이 논문은 오랫동안 지속된 과제인 점진적 타이핑과 정형 다형성의 조합을 통해 관계적 정형성을 유지하는 데 목적이 있다.
• 이것은 시스템 F를 보존적으로 확장하는 점진적 정형 언어를 설계할 때 내재된 디자인 갈등을 탐구한다.
• 목표에는 정적 및 동적 타입 안정성을 모두 지원하는 GSF의 형식적 의미론과 메타이론을 개발하는 것이다.
• 이 논문은 점진적 언어에서 정형성과 동적 점진적 보장 사이의 상호 교환 가능성을 명확히 하고자 한다.
• 이 논문은 GSF가 봉인 원리(primitives)를 갖춘 동적 타이핑 프로그램을 충실하게 임bed할 수 있음을 보여주는 데 목적이 있다.

제안 방법

• . 저자들은 시스템적 구축을 보장하기 위해 시스템 F의 변종에서 GSF를 유도하기 위해 추상적 점진적 타이핑(AGT) 방법론을 적용한다.
• 그들은 소스 언어의 문법에 기반한 정적 의미론을 정의하며, 타입 주석을 유지하면서 시스템 F의 구조를 그대로 보존한다.
• 동적 의미론은 캐스트 미니멀리즘(cast calculus)을 사용하여 구축되며, 런타임 검사를 명시적 캐스트를 통해 도입하여 타입 일관성을 강제한다.
• 불확실한 타입에 대해 명시적 타입 인스턴스화를 통합하여 시스템 Fω로의 확장을 지원함으로써 상호운용성을 향상시킨다.
• 저자들은 GSF가 만족하는 더 약한 동적 점진적 보장의 형태를 형식화한다. 이는 정형성 제약로 인해 전체 버전을 포기했지만, 여전히 의미 있는 형태로 유지된다.
• 그들은 명시적 타입 인스턴스화를 사용한 다형성의 새로운 처리 방식을 도입하여, 더 나은 타입화된-비타입화된 상호운용성을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 . 점진적 정형 언어가 정적 및 동적 타이핑을 모두 지원하면서도 관계적 정형성을 유지할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 . 시스템 F 유사 언어에서 정형성을 유지하면서 동적 점진적 보장을 충족시키는 데 내재된 디자인 갈등은 무엇인가?
• RQ3 . GSF는 얼마나 충실하게 봉인 원리(예: Sumii와 Pierce, 2004)를 갖춘 동적 타이핑 프로그램을 임베드할 수 있는가?
• RQ4 . AGT 방법론은 정적 및 동적 타입 안정성과 같은 핵심 안정성 및 행동 성질을 만족하는 시스템 F의 점진적 변종을 효과적으로 도출하는 데에 적용될 수 있는가?
• RQ5 . GSF에서 명시적 타입 인스턴스화의 한계는 무엇이며, 이를 언어 확장으로 어떻게 보완할 수 있는가?

주요 결과

• . GSF는 다형 함수가 모든 타입에서 균일하게 행동함을 보장하는 핵심 의미론적 성질인 관계적 정형성을 성공적으로 유지한다.
• 언어는 더 약한 형태의 동적 점진적 보장을 만족하며, 이는 다른 시스템 F 기반 점진적 언어보다 더 강력하다.
• GSF는 시스템 F의 보존적 확장이며, 봉인 원리가 있는 동적 타이핑 프로그램을 충실하게 임베드할 수 있다.
• GSF에서 타입 인스턴스화의 명시적 처리 방식은 이전 방법에 비해 타입화된 코드와 비타입화된 코드 간의 상호운용성을 향상시킨다.
• 저자들은 전체 정형성을 유지하는 데에는 상충 관계가 존재함을 밝혀내었으며, 전체 동적 점진적 보장은 달성할 수 없지만 더 약한 형태는 가능하고 충분히 유의미하다고 밝혔다.
• 기존의 존재적 타입 지원 및 타입화된-비타입화된 상호운용을 위한 새로운 기법을 포함한 GSF의 확장은 언어의 확장성과 실용적 잠재력을 입증한다.