[論文レビュー] Concepts and their Use for Modelling Objects and References in Programming Languages

Alexandr Savinov|ArXiv.org|Dec 30, 2007

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 14被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、参照クラスとオブジェクトクラスを統合する'コンセプト'を用いて、オブジェクトと参照をモデル化する、概念指向プログラミング（CoP）という新しいパラダイムを紹介する。参照を値で渡し、オブジェクトを参照で渡すことで、間接的オブジェクトアクセス、階層的バーチャルアドレッシング、およびメソッドインターセプト、デュアルメソッド、ライフサイクル管理といった高度な機能を実現し、参照とオブジェクト行動に対する強化された制御を提供する、オブジェクト指向プログラミングの統一的モデルを提供する。

ABSTRACT

In the paper a new programming construct, called concept, is introduced. Concept is pair of two classes: a reference class and an object class. Instances of the reference classes are passed-by-value and are intended to represent objects. Instances of the object class are passed-by-reference. An approach to programming where concepts are used instead of classes is called concept-oriented programming (CoP). In CoP objects are represented and accessed indirectly by means of references. The structure of concepts describes a hierarchical space with a virtual address system. The paper describes this new approach to programming including such mechanisms as reference resolution, complex references, method interception, dual methods, life-cycle management inheritance and polymorphism.

研究の動機と目的

• 従来のオブジェクト指向プログラミングにおけるオブジェクトの同一性と参照セマンティクスに関する複雑さと曖昧さを解消すること。
• 新しい構文 'コンセプト' を用いて、参照とオブジェクトのセマンティクスを明示的に分離する統一モデルを導入すること。
• 構造的で階層的な参照システムを通じて、オブジェクトのライフサイクル、参照、メソッドディスパッチのより表現力があり安全な管理を可能にすること。
• 一貫した参照モデル内で、メソッドインターセプト、多態性、デュアルメソッドといった高度な言語機能の基盤を提供すること。
• オブジェクトが参照を通じて間接的にアクセスされるように形式化されたプログラミングモデルを整備し、カプセル化と参照制御を向上させること。

提案手法

• 参照クラス（値で渡される）とオブジェクトクラス（参照で渡される）のペアとしてコンセプトを定義する。
• 階層的バーチャルアドレス空間内の参照から対応するオブジェクトへのマッピングを実現するための参照解決メカニズムを用いる。
• パスベースのアクセスを可能にする構造的かつ拡張可能な参照解決システムを通じて、ネストされたまたは間接的なオブジェクト参照へのアクセスを支援する。
• 参照レベルのメソッド呼び出しを通じて動的ディスパッチと振るまいの変更を可能にする、メソッドインターセプトを実装する。
• 参照クラスとオブジェクトクラスの両方に定義されたメソッド（デュアルメソッド）を導入し、アクセスの文脈に応じた多態性振るまいをサポートする。
• ライフサイクル管理の継承を適用し、オブジェクト生成、破壊、参照管理ポリシーをコンセプトの階層構造全体にわたって伝搬可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 型安全性とカプセル化を保ちながら、参照とオブジェクトのセマンティクスを統合するプログラミングモデルはどのように実現できるか？
• RQ2 パフォーマンスと表現力を維持しつつ、参照を通じた間接的オブジェクトアクセスをサポートするにはどのようなメカニズムが必要か？
• RQ3 複雑な参照解決とナビゲーションを可能にするために、階層的バーチャルアドレスシステムはどのように設計できるか？
• RQ4 メソッドインターセプトとデュアルメソッドは、多態性とランタイム振るまいカスタマイズをどのように向上させることができるか？
• RQ5 ライフサイクル管理と継承は、コンセプトベースのモデル内でどのように一貫して統合できるか？

主な発見

• コンセプトモデルは参照とオブジェクトのセマンティクスを効果的に分離し、間接的アクセスを通じてより安全で柔軟なオブジェクト操作を可能にした。
• 階層的バーチャルアドレス空間における参照解決により、複雑なパスベースのオブジェクトアクセスが可能になり、モジュラーや拡張性に優れたシステムを実現できる。
• メソッドインターセプトとデュアルメソッドは、ランタイムオーバーヘッドを伴わず、メソッドディスパッチに対する細かい制御を提供する。
• ライフサイクル管理の継承により、一貫したオブジェクト生成および破壊ポリシーをコンセプトの階層構造全体にわたって伝搬でき、ボイラープレートコードとエラーを削減できる。
• 参照とオブジェクトの統一的モデルは、言語レベルの複雑さを最小限に抑えつつ、高度な機能を実装可能であることが示された。
• 技術報告書およびプロトタイプ実装により、概念指向プログラミングが従来のクラスベースモデルの代替として実現可能で表現力に富んだものであることが確認された。