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型安全性入門
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- 2. 自己紹介 ● 名前：阿部晃典（あべあきのり） ● 2016年新卒入社 ○ 広告配信の設定自動化（ Scala） ○ DSP の CTR 予測（C++） ● 興味のある分野 ○ 機械学習 ○ プログラミング言語理論（型理論、メタプログラミング）
- 3. LT のきっかけ ● 最近、「型安全」って単語をよく聞きます ○Scala のライブラリとか type safe の謳い文句が多い ● それ、ほんとに型安全なの？ ○ 安全って何？ ○ ちゃんと証明したの？自明なの？ ● 今日は静的型安全性の話をします ○ 「型安全性」をざっくり理解してもらうことが目的 ○ 静的型付き言語を前提に話します ○ 厳密な話はしないので、興味のある人は後で聞いて下さい
- 4. お品書き 今日話すこと ● 型安全性とは何か ● 型安全性で保証されるもの ●健全性と完全性 ● テストとの違い 話さないこと ● 厳密な型安全性の定義と証明 ● 高度な型システム
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- 6. 型安全とは、どういうこと？ (Milner 1978) Well-typed programscan’t go wrong. 型付けできるプログラム = 型検査を通過したプログラム 間違った状態に陥らない = ある種のバグが存在しない
- 7. 型安全性 ● コンパイル時に「ある種のバグが存在しない」ことを数学的に証明 ○ 型安全性を持つように、型システム・型検査器を設計・証明してある ●検査済みのバグは実行時には絶対に起こらない ● プログラムの信頼性を数学的に保証 「型検査（コンパイル）を通過したなら、 ある種のバグが存在しない」 という性質
- 8. 強い型付け、弱い型付け ● 強い型付け：型安全性が型検査で保証される ○ e.g.,Java, Scala, OCaml, Haskell, etc. ○ 「強い」とは「安全性の保証がある」ということ ○ 型システムが高度であるかどうかとは別の話 ● 弱い型付け：型安全性が保証されない ○ e.g., C, C++ , etc. ○ 型検査に通過しても、特に何も保証しない
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- 10. 安全性（バグの定義）は言語による ● だいたい言語 (Java,Scala, Go, OCaml, Haskell, etc.) ○ メモリ安全とか null 安全が多い（と思う） ● より高度な言語や型システム (ATS, Coq, etc.) ○ 配列の境界検査 ○ Termination check（反復・再帰が常に停止することを検査） ○ Dead-lock freedom（絶対にデッドロックしないことを検査） ○ など ● ライブラリが +α の安全性を提供することも ○ DB クエリ言語の実行時型エラーを防ぐ (Slick, Rogue) ○ 行列演算のサイズ検査 ○ など
- 11. 型検査の恩恵が薄いことも List x =null x.add(42) // NullPointerException ● Java はメモリのアクセス違反は起こさない ● でも、コンパイル時には検出せず、実行時に例外を投げる ● Java は「実行時に補足されたエラーだから OK」というスタンス（たぶん） ○ C, C++ だと（言語レベルで補足されない）セグメンテーション違反を起こす ● いわゆる null 安全な言語は、この手のエラーを型検査で検出
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- 14. 健全性と完全性 型安全性 (type safety),健全性 (soundness) ● 「型が付くならば、ある種のバグは絶対にない」（偽陰性の排除） ● 「型エラーならば、バグがあるかもしれない」（偽陽性の許容） ○ バグがないのに、間違って型エラー出しちゃうかも ○ バグがあるのに型検査を通過させるリスクが大きい 完全性 (completeness) ● 「型エラーがあれば、バグが絶対にある」（偽陽性の排除） ● 健全かつ完全な型検査は難しい ○ チューリング完全な言語では決定不能問題
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- 16. テストと型検査 テスト ● 有限個の入力（テストケース）でプログラムが仕様を満たすか実行して確認 ● （あるテストケースで）バグが存在することを保証 ●検査対象のバグの種類を増やすことは比較的簡単 型検査 ● 任意の入力について、プログラムが仕様を満たか実行せずに確認 ● （ある種の）バグが存在しないことを証明 ● 検査対象のバグの種類を増やすのは難しい
- 17. テストと型検査どっちがいいの？ 私見ですが、 ● それぞれの特徴を踏まえて、どっちもやるのが現実的に良い ● 可能なところは型検査、難しいところはテストが一番楽 ○型検査で「可能なところ」を見極めるには、「型安全性」を知る必要がある 型検査の範囲を増やすには？ ● 型レベルトリック（GADT、幽霊型などで頑張る） ● 依存型のある言語を使う（Coq、ATS など）
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- 19. まとめ ● 型安全性：型検査で特定のバグが存在しないことを保証する性質 ○ 言語・ライブラリで安全性（検査できるバグの種類）が違う ○どんな安全性を保証してくれるのか把握しておくことが大事 ● 強い型検査とテストは特徴が違う ○ 組み合わせるといい感じ ● 上手に使って、バグを殺しましょう！