[論文レビュー] Multimethods and separate static typechecking in a language with C++-like object model

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

Logic, programming, and type systems参考文献 21被引用数 3

ひとこと要約

この論文では、C++に似た、ポインタ非使用のクラスベース言語OOLANGを提示する。OOLANGは、静的型チェックと効率的なリンク時検証を備えたマルチメソッドをサポートする。2段階型チェックシステム—モジュールごとのコンパイル時チェックと、圧縮ディスパッチテーブルを用いた軽量のリンク時チェック—を導入し、多重継承におけるオブジェクト再配置の課題を、実行時型テーブルとオフセット計算により解決する。

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.

研究の動機と目的

• C++に似たオブジェクト指向言語における多重継承を伴うマルチメソッドの静的で分離可能なコンパイルを可能にすること。
• 別々にコンパイルされたモジュール同士をリンクする際の型不一致の課題を解決すること。
• ポインタを使用せずにサブスティチューションと仮想関数を用いて、マルチメソッドの効率的な実行時ディスpatchをサポートすること。
• オブジェクトを型境界を越えて渡したり戻したりする際、多重継承に起因するオブジェクト再配置の問題に対処すること。
• 数学的および高性能コンピューティングを想定した言語において、マルチメソッドの実用的で効率的な実装を提供すること。

提案手法

• 2段階型チェックシステムを提案：モジュールごとのコンパイル時型チェックと、圧縮ディスパッチテーブル構築時の軽量なリンク時チェック。
• 実行時型テーブル（RTTABLE）を用いて親クラスのオフセットを保存し、実行時にオブジェクトを期待されるサブオブジェクト表現に動的に再配置可能にする。
• 呼び出し元と呼び出し先の間で協調するパラメータ渡し方式を採用し、値渡し、参照渡し、constパラメータ渡しをマルチメソッドディスpatchと併用可能にする。
• RTTABLEからの親クラスオフセット情報を利用して、派生オブジェクト内でのターゲット親サブオブジェクトのアドレスを計算する再配置メカニズムを導入する。
• サブスティチューションによるポリモールフィズムをサポートし、派生クラスインスタンスを、ベースクラス型が要求される場所でも使用可能にする（マルチメソッド文脈でも可）。
• リンク時チェックを圧縮ディスパッチテーブル生成に統合するディスpatchメカニズムを設計し、全プログラム解析を必要とせずに型安全を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C++に似たオブジェクトモデルと多重継承を備えた環境において、マルチメソッドを別々のモジュールで静的かつ分離型チェック可能にする方法は何か？
• RQ2 別々にコンパイルされたモジュールにマルチメソッドを含める際のリンク時に型安全を保証するためのメカニズムは何か？
• RQ3 多重継承の階層を越えてオブジェクトを渡したり戻したりする際、実行時にオブジェクトのアドレスを再配置する方法は何か？
• RQ4 リンク時チェックをディスパッチテーブル構築に統合した際のパフォーマンスへの影響は何か？
• RQ5 ポインタ非使用言語におけるマルチメソッドディスパッチと安全に連携可能なパラメータ渡しのセマンティクス（値渡し、参照渡し、const）はどのように実現できるか？

主な発見

• 2段階型チェックアプローチにより、全プログラム解析を必要とせず、別々にコンパイルされたモジュールにおけるマルチメソッドの完全な静的型チェックが可能になる。
• リンク時チェックは、圧縮ディスパッチテーブル構築プロセスに効率的に統合され、最小限のオーバーヘッドで型安全が保証される。
• オブジェクト再配置は、親クラスのオフセットを保存する実行時型テーブル（RTTABLE）を用いて達成され、メソッド呼び出しおよび戻り値処理における正しいサブオブジェクトアドレッシングが可能になる。
• システムは、多重継承とconstパラメータを含む複雑なケースを安全に処理でき、型安全を損なわない。
• サブスティチューションによるポリモーフィズムをサポートし、C++に似たオブジェクトレイアウトと仮想関数のセマンティクスと互換性を保つ。
• 実装により、ポインタ非使用、静的型付け、クラスベースの言語において、効率的で安全かつモジュラーなマルチメソッドの実現が可能であることが示された。