[논문 리뷰] Multimethods and separate static typechecking in a language with C++-like object model

Emanuele Panizzi, Bernardo Pastorelli|arXiv (Cornell University)|2000. 05. 31.

Logic, programming, and type systems참고 문헌 21인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 C++ 유사 구문을 가지되 포인터를 사용하지 않고, 다형 메서드를 지원하는 클래스 기반 언어인 OOLANG을 제안한다. 이 언어는 정적 타입 체킹과 효율적인 링크 타임 검증을 별도로 지원한다. 두 단계 타입 체킹 시스템을 도입하여 각 모듈에 대해 컴파일 타임 타입 체킹을 수행하고, 압축된 디스패치 테이블을 사용한 경량 링크 타임 검증을 수행한다. 또한 다중 상속에서 발생하는 객체 재정렬 문제를 런타임 타입 테이블과 오프셋 계산을 통해 해결한다.

ABSTRACT

The goal of this paper is the description and analysis of multimethod implementation in a new object-oriented, class-based programming language called OOLANG. The implementation of the multimethod typecheck and selection, deeply analyzed in the paper, is performed in two phases in order to allow static typechecking and separate compilation of modules. The first phase is performed at compile time, while the second is executed at link time and does not require the modules' source code. OOLANG has syntax similar to C++; the main differences are the absence of pointers and the realization of polymorphism through subsumption. It adopts the C++ object model and supports multiple inheritance as well as virtual base classes. For this reason, it has been necessary to define techniques for realigning argument and return value addresses when performing multimethod invocations.

연구 동기 및 목표

• 다중 상속을 지원하는 C++ 유사 객체 지향 언어에서 다형 메서드의 정적 별도 컴파일을 가능하게 하는 것.
• 다른 모듈에 대해 별도로 컴iles된 다형 메서드를 링크할 때 타입 불일치 문제를 해결하는 것.
• 포인터 없이도 효율적인 런타임 디스패치를 지원하기 위해 포함관계(subsumption)와 가상 함수를 사용하는 것.
• 다중 상속으로 인해 타입 경계를 넘어서 객체를 전달하거나 반환할 때 발생하는 객체 재정렬 문제를 해결하는 것.
• 수학 및 고성능 계산을 대상으로 하는 언어에서 다형 메서드의 실용적이고 성능이 우수한 구현을 제공하는 것.

제안 방법

• 두 단계 타입 체킹 시스템을 제안한다: 각 모듈에 대한 컴파일 타임 타입 체킹과 압축된 디스패치 테이블 생성 과정에서의 경량 링크 타임 검증.
• 런타임 타입 테이블(RTTABLE)을 사용하여 부모 클래스 오프셋을 저장함으로써, 런타임에 객체를 기대하는 하위객체 표현으로 동적으로 재정렬할 수 있도록 한다.
• 값, 참조, const 매개변수 전달 방식을 다형 메서드 디스패치와 함께 처리하기 위해 호출자와 피연산자 간의 협조가 필요한 매개변수 전달 체계를 도입한다.
• RTTABLE에서 제공하는 부모 오프셋 정보를 이용해 파생 객체 내에서 목표 부모 하위객체의 주소를 계산하는 재정렬 메커니즘을 도입한다.
• 포함관계(subsumption)를 통해 다형성을 지원하여, 파생 클래스 인스턴스가 기본 클래스 타입이 요구되는 곳에서도 사용 가능하게 한다. 이는 다형 메서드 컨텍스트에서도 유효하다.
• 링크 타임 검증을 압축된 디스패치 테이블 생성 과정에 통합하는 디스패치 메커니즘을 설계하여, 전체 프로그램 분석이 필요 없이도 타입 안전성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 C++ 유사 객체 지향 모델에서 다중 상속을 지원하는 환경에서 다형 메서드를 별도 컴파일된 모듈 간에 정적으로 타입 체킹할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 다른 모듈에 대해 별도로 컴파일된 다형 메서드를 링크할 때 타입 안정성을 확보하기 위해 필요한 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 다중 상속 계층을 넘어서 객체를 전달하거나 반환할 때 런타임에 객체 주소를 어떻게 재정렬할 수 있는가?
• RQ4 링크 타임 검증을 디스패치 테이블 생성 과정에 통합할 경우 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 포인터가 없는 언어에서 다형 메서드 디스패치와 함께 값, 참조, const 매개변수 전달 방식의 의미 체계를 안전하게 조율하기 위해선 어떤 조치가 필요한가?

주요 결과

• 두 단계 타입 체킹 접근법은 전체 프로그램 분석이 필요 없이도 별도 컴파일된 모듈에서 다형 메서드의 완전한 정적 타입 체킹을 가능하게 한다.
• 링크 타임 검증은 압축된 디스패치 테이블 생성 과정에 효율적으로 통합되어 최소한의 오버헤드로 타입 안정성을 확보한다.
• 런타임 타입 테이블(RTTABLE)을 사용하여 부모 클래스 오프셋을 저장함으로써, 메서드 호출 및 반환 과정에서 정확한 하위객체 주소 접근이 가능해진다.
• 시스템은 다중 상속과 const 매개변수를 포함한 복잡한 케이스를 성공적으로 처리하였으며, 타입 안정성에 손상을 주지 않았다.
• 포함관계를 통한 다형성과 C++ 유사 객체 레이아웃, 가상 함수 의미 체계와의 호환성을 유지한다.
• 실제 구현을 통해 포인터가 없고 정적으로 타입이 지정된 클래스 기반 언어에서 효율적이고 안전하며 모듈화된 다형 메서드의 구현이 가능하다는 것이 입증되었다.