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Ruby 3 の型解析に向けた計画
- 1. Ruby 3の型解析に向けた計画 遠藤 侑介 名古屋Ruby会議04 (2019/06/08) 1
- 5. Ruby 3の静的解析のmatz構想 •目的: バグっぽいコードを指摘する •高速化のための解析ではない（間違ってもいい） •要件: Rubyのプログラミング体験を維持する •型を書かない選択肢を残す 5
- 6. Ruby 3の静的解析の構想 1. 標準の型シグネチャフォーマット 2. 型シグネチャなし型検査器 + 型シグネチャのプロトタイプ生成器 3. 型シグネチャあり型検査器 6
- 7. 1. 型シグネチャフォーマット •Rubyコードの型情報を示すもの class Array[A] include Enumerable def []: (Integer) -> A def []=: (Integer,A) -> A def each: { (A) -> void } -> self ... end interface generics union type option type any type Proposal: ruby-signature 7
- 8. 2. 型シグネチャなし型検査 •型エラーの可能性を指摘する解析器 •アプリの型シグネチャが無くても動作する •false positive は許容する def foo(s) s.gsuub!(//, "") s + 42 end foo("foo") NoMethodError? TypeError? Proposals: • mruby-meta-circular • 型プロファイラ 8
- 9. 2'. 型シグネチャプロトタイプ生成 •無注釈コードから型シグネチャを推測する •メソッドの呼び出しを追う def foo(s) s.to_s end foo("foo") foo(42) (String | Integer) -> String ? Proposals: • mruby-meta-circular • 型プロファイラ 9
- 10. 3. 型シグネチャあり型検査 •型エラーの可能性を指摘する解析器 •型シグネチャとコードの整合性を検査する •わりと普通の型検査 •ツール定義の inline annotation も def foo(s) s.gsuub!(//, "") s + 42 end TypeError! def foo: (String) -> Integer Proposals： • Steep • Sorbet NoMethodError! 10
- 11. Ruby 3の静的解析の図 Library code type signature Sorbet Steep RDL Type error warnings Application code mmc Type Profiler Type error warnings type signature 11
- 13. Ruby 3の静的解析の進捗 •ruby-signature: ツール開発者間で議論中 •https://github.com/ruby/ruby-signature •Type-Profiler: 試験実装状態 •mruby-meta-circular: （次の発表で） •Steep: Siderで試用中、型注釈が結構必要 •Sorbet: Stripeで試用中、duck typingがない 13
- 17. 型エラーの指摘 •NoMethodErrorやTypeErrorの可能性を示す def foo(n) if n < 10 n.timees {|x| } end end foo(42) Type Profiler t.rb:3: [error] undefined method: Integer#timees Typo 17
- 18. 型シグネチャ推定 •型シグネチャのプロトタイプを生成する def foo(n) n.to_s end foo(42) Type Profiler Object#foo :: (Integer) -> String 18
- 19. 型プロファイラの動作イメージ •Rubyコードを「型レベル」で実行する 普通のインタプリタ def foo(n) n.to_s end foo(42) Calls w/ 42 Returns "42" 型プロファイラ def foo(n) n.to_s end foo(42) Calls w/ Integer Returns String Object#foo :: (Integer) -> String 19
- 20. デモ：オーバーロードの例 def my_to_s(x) x.to_s end my_to_s(42) my_to_s("STR") my_to_s(:sym) Type Profiler Object#my_to_s :: (Integer) -> String Object#my_to_s :: (String) -> String Object#my_to_s :: (Symbol) -> String 20
- 21. デモ：再帰関数の例 def fib(n) if n > 1 fib(n-1) + fib(n-2) else n end end fib(10000) Type Profiler Object#fib :: (Integer) -> Integer 21
- 22. デモ：ユーザ定義クラスの例 class Foo end class Bar def make_foo Foo.new end end Bar.new.make_foo Type Profiler Bar#make_foo :: () -> Foo 22
- 23. 型プロファイラと分岐 •実行を「フォーク」する def foo(n) if n < 10 n else "error" end end foo(42) Fork! イマココ n<10 の真偽は わからない Returns Integer Returns String Object#foo :: (Integer) -> (Integer | String) 23
- 24. 最大の問題：状態爆発 •RubyKaigi時点（4月）の実験結果 •型プロファイラの型プロファイル：約10分 •optcarrotの型プロファイル：約3分 a=b=c=d=e=nil a = 42 if n < 10 b = 42 if n < 10 c = 42 if n < 10 d = 42 if n < 10 e = 42 if n < 10 Fork! Fork! Fork! Fork! Fork! 2 4 8 16 32 状態数 24
- 25. RubyKaigi からの進捗 (1) •解析方式を大きく変えた（後述） •state merging 風の改良を加えた •改善後の実験結果 •セルフ型プロファイル：約10分 ➔ 約2.5秒 •optcarrotの型プロファイル：約3分 ➔ 約6秒 25
- 27. RubyKaigi からの進捗 (2) •Flow sensitiveな解析 •右の例で警告が出ない •分岐で単純フォークすると 誤警告が出てしまう def foo(x) if x.is_a?(Integer) x + 42 else x + "str" end end foo(42) foo("str") 27
- 28. 解析アルゴリズム •環境：各変数がとりうる型 •{ x: Integer or String, y: Integer } とか •行ごとの「環境」を更新していく •正確に言うとYARVのバイトコードごと •「環境」が更新されなくなったら終わり 28
- 29. 解析の例 1: def foo(a) 2: if a < 10 3: b = 42 4: else 5: b = "str" 6: end 7: c = b 8: c 9: end 10: 11: ret = foo(42) 行番号 a b c 1 ∅ ∅ ∅ 2 ∅ ∅ ∅ 3 ∅ ∅ ∅ 4 - - - 5 ∅ ∅ ∅ 6 - 7 ∅ ∅ ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 ∅ ∅ ∅ 3 ∅ ∅ ∅ 4 - - - 5 ∅ ∅ ∅ 6 - 7 ∅ ∅ ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 { Int } ∅ ∅ 3 ∅ ∅ ∅ 4 - - - 5 ∅ ∅ ∅ 6 - 7 ∅ ∅ ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 { Int } ∅ ∅ 3 { Int } ∅ ∅ 4 - - - 5 { Int } ∅ ∅ 6 - 7 ∅ ∅ ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 { Int } ∅ ∅ 3 { Int } ∅ ∅ 4 - - - 5 { Int } ∅ ∅ 6 - 7 { Int } { Int } ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 { Int } ∅ ∅ 3 { Int } ∅ ∅ 4 - - - 5 { Int } ∅ ∅ 6 - 7 { Int } { Int } ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 { Int } ∅ ∅ 3 { Int } ∅ ∅ 4 - - - 5 { Int } ∅ ∅ 6 - 7 { Int } { Int, Str } ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 { Int } ∅ ∅ 3 { Int } ∅ ∅ 4 - - - 5 { Int } ∅ ∅ 6 - 7 { Int } { Int, Str } ∅ 8 ∅ ∅ ∅ 行番号 a b c 1 { Int } ∅ ∅ 2 { Int } ∅ ∅ 3 { Int } ∅ ∅ 4 - - - 5 { Int } ∅ ∅ 6 - 7 { Int } { Int, Str } ∅ 8 { Int } { Int, Str } { Int, Str } Object#foo :: (Int) -> (Int|Str) 29
- 30. 他の問題 •嘘の警告・推定が出ることがある •原理的に扱えない言語機能がある •sendメソッド・特異クラス 30 # b: Integer or String c = b # c: Integer or String # 「bとcの型は同じ」という条件が消えるので b + c # 「Integer + String の可能性あり！」
- 34. 関連研究 •mruby-meta-circular (Hideki Miura) •型プロファイラの元ネタ •HPC Ruby (Koichi Nakamura) •抽象解釈でRubyからCへ変換（HPC向け） •pytype (Google's unofficial project) •型解析のための抽象解釈器 34
- 35. 謝辞 •Hideki Miura •Matz, Akr, Ko1 •PPL paper co-authors • Soutaro Matsumoto • Katsuhiro Ueno • Eijiro Sumii •Stripe team & Jeff Foster •And many people 35