ATSプログラミングチュートリアル

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Kiwamu OkabeKiwamu OkabeKiwamu OkabeKiwamu OkabeKiwamu Okabe

準備はできましたか？準備はできましたか？準備はできましたか？準備はできましたか？準備はできましたか？
ATS2コンパイラはインストール済みですか？
もし未だなら、次のマニュアルを参考にATS2を
インストールしてください:
☆ http://bit.ly/instatsj☆ http://bit.ly/instatsj☆ http://bit.ly/instatsj☆ http://bit.ly/instatsj☆ http://bit.ly/instatsj
またこのスライドのソースコードも入手できます:またこのスライドのソースコードも入手できます:またこのスライドのソースコードも入手できます:またこのスライドのソースコードも入手できます:またこのスライドのソースコードも入手できます:
☆ http://bit.ly/ats20150523☆ http://bit.ly/ats20150523☆ http://bit.ly/ats20150523☆ http://bit.ly/ats20150523☆ http://bit.ly/ats20150523

ATSって何でしょう?ATSって何でしょう?ATSって何でしょう?ATSって何でしょう?ATSって何でしょう?
http://www.ats-lang.org/http://www.ats-lang.org/http://www.ats-lang.org/http://www.ats-lang.org/http://www.ats-lang.org/
☆ MLのような文法☆ MLのような文法☆ MLのような文法☆ MLのような文法☆ MLのような文法
☆ 依存型☆ 依存型☆ 依存型☆ 依存型☆ 依存型
☆ 線形型☆ 線形型☆ 線形型☆ 線形型☆ 線形型
☆ GCなしでも動作☆ GCなしでも動作☆ GCなしでも動作☆ GCなしでも動作☆ GCなしでも動作
☆ ランタイムシステムを持たない☆ ランタイムシステムを持たない☆ ランタイムシステムを持たない☆ ランタイムシステムを持たない☆ ランタイムシステムを持たない
☆ Dependent MLの後継☆ Dependent MLの後継☆ Dependent MLの後継☆ Dependent MLの後継☆ Dependent MLの後継

ATSを使うと何ができるの？ATSを使うと何ができるの？ATSを使うと何ができるの？ATSを使うと何ができるの？ATSを使うと何ができるの？
☆ 依存型を使ってコードに証明を与えられる☆ 依存型を使ってコードに証明を与えられる☆ 依存型を使ってコードに証明を与えられる☆ 依存型を使ってコードに証明を与えられる☆ 依存型を使ってコードに証明を与えられる
☆ 線形型を使ってmallocを安全に扱える☆ 線形型を使ってmallocを安全に扱える☆ 線形型を使ってmallocを安全に扱える☆ 線形型を使ってmallocを安全に扱える☆ 線形型を使ってmallocを安全に扱える
☆ 線形型を使ってポインタを安全に扱える☆ 線形型を使ってポインタを安全に扱える☆ 線形型を使ってポインタを安全に扱える☆ 線形型を使ってポインタを安全に扱える☆ 線形型を使ってポインタを安全に扱える
☆ 強い型をOSなしに使える☆ 強い型をOSなしに使える☆ 強い型をOSなしに使える☆ 強い型をOSなしに使える☆ 強い型をOSなしに使える
☆ ベアメタルの上でコードを書ける☆ ベアメタルの上でコードを書ける☆ ベアメタルの上でコードを書ける☆ ベアメタルの上でコードを書ける☆ ベアメタルの上でコードを書ける
☆ Linux kernel内のコードを書ける☆ Linux kernel内のコードを書ける☆ Linux kernel内のコードを書ける☆ Linux kernel内のコードを書ける☆ Linux kernel内のコードを書ける

今日のゴール今日のゴール今日のゴール今日のゴール今日のゴール
ATSには既に良いドキュメントがあります。日本
語訳もあります。
* ATSプログラミング入門
http://jats-ug.metasepi.org/doc/ATS2/INT2PROGINATS/
* ATSプログラミングチュートリアル
http://jats-ug.metasepi.org/doc/ATS2/ATS2TUTORIAL/
* Effective ATS
https://github.com/jats-ug/translate/blob/master/Manual/
EffectiveATS.md
* Wiki for ATS2
https://github.com/githwxi/ATS-Postiats/wiki
* Effective ATS
EffectiveATS.md
* Wiki for ATS2
* Effective ATS
EffectiveATS.md
* Wiki for ATS2
* Effective ATS
EffectiveATS.md
* Wiki for ATS2
* Effective ATS
EffectiveATS.md
* Wiki for ATS2
けれどもこれらは初心者に難しい面がありま
す。今日のゴールは自分自身で"ATSプログラ
ミング入門"を読めるようになることです。

Hello Worldから始めようHello Worldから始めようHello Worldから始めようHello Worldから始めようHello Worldから始めよう
$ vi helloworld.dats
val () = println! "Hello, world!"
implement main0 () = ()
$ patscc helloworld.dats
$ ./a.out
Hello, world!
$ ./a.out
Hello, world!
$ ./a.out
Hello, world!
$ ./a.out
Hello, world!
$ ./a.out
Hello, world!
直接 println! を呼び出すこともできます。直接 println! を呼び出すこともできます。直接 println! を呼び出すこともできます。直接 println! を呼び出すこともできます。直接 println! を呼び出すこともできます。
$ vi helloworld2.dats
implement main0 () = () where {
}
}
}
}
}
もしくはもっとシンプルに...もしくはもっとシンプルに...もしくはもっとシンプルに...もしくはもっとシンプルに...もしくはもっとシンプルに...
implement main0 () = println! "Hello, world!"

整数型整数型整数型整数型整数型
"share/atspre_staload.hats" はオーバロー
ドされた演算子のために必要です。
$ vi int_op.dats
#include "share/atspre_staload.hats"
val () = println! (3 + 4 * 2)
val () = println! ((3 + 4) * 2)
val () = println! (2 - 3)
val () = println! (7 / 2)
val () = println! (7 % 2)
$ patscc int_op.dats
$ ./a.out
11
14
-1
3
1
$ vi int_op.dats
val () = println! (3 + 4 * 2)
val () = println! ((3 + 4) * 2)
$ ./a.out
11
14
-1
3
1
$ vi int_op.dats
val () = println! (3 + 4 * 2)
val () = println! ((3 + 4) * 2)
$ ./a.out
11
14
-1
3
1
$ vi int_op.dats
val () = println! (3 + 4 * 2)
val () = println! ((3 + 4) * 2)
$ ./a.out
11
14
-1
3
1
$ vi int_op.dats
val () = println! (3 + 4 * 2)
val () = println! ((3 + 4) * 2)
$ ./a.out
11
14
-1
3
1

ゼロ除算の検出ゼロ除算の検出ゼロ除算の検出ゼロ除算の検出ゼロ除算の検出
ゼロ除算はコンパイルエラーになります。ゼロ除算はコンパイルエラーになります。ゼロ除算はコンパイルエラーになります。ゼロ除算はコンパイルエラーになります。ゼロ除算はコンパイルエラーになります。
$ vi divmod.dats
val () = println! (7 / (2 - 2))
$ patscc divmod.dats
/home/kiwamu/tmp/tmp/divmod.dats: 60(line=3, offs=22) -- 61
(line=3, offs=23): error(3): unsolved constraint: C3NSTRprop(main;
S2Eapp(S2Ecst(!=); S2EVar(4177->S2Eapp(S2Ecst(sub_int_int); S2EVar
(4173->S2Eintinf(2)), S2EVar(4174->S2Eintinf(2)))), S2Eintinf(0)))
typechecking has failed: there are some unsolved constraints:
please inspect the above reported error message(s) for information.
exit(ATS): uncaught exception:
_2home_2kiwamu_2src_2ATS_2dPostiats_2src_2pats_error_2esats__FatalE
rrorExn(1025)
$ vi divmod.dats
val () = println! (7 / (2 - 2))
rrorExn(1025)
$ vi divmod.dats
val () = println! (7 / (2 - 2))
rrorExn(1025)
$ vi divmod.dats
val () = println! (7 / (2 - 2))
rrorExn(1025)
$ vi divmod.dats
val () = println! (7 / (2 - 2))
rrorExn(1025)
でもこのエラー、すごく読み難い...でもこのエラー、すごく読み難い...でもこのエラー、すごく読み難い...でもこのエラー、すごく読み難い...でもこのエラー、すごく読み難い...

内部の型表現を理解しよう内部の型表現を理解しよう内部の型表現を理解しよう内部の型表現を理解しよう内部の型表現を理解しよう
次の内部型で表わされたエラーメッセージを解
釈しましょう:
釈しましょう:
釈しましょう:
釈しましょう:
釈しましょう:
https://github.com/githwxi/ATS-Postiats/wiki/Internal-types
* S2Eapp - 関数適用の項
* S2Ecst - (例えば int, bool, list などのような) 型定数
* S2Eeff - 関数の作用
* S2Eexi - 存在量化型
* S2Eint - マシン精度整数
* S2Eintinf - 任意精度整数; 殆どのpatsoptで整数種として使われます
* S2Evar - (通常、全称量化の)変数
* S2Etop (0; T) - T? を意味する
* S2Etop (1; T) - T?! を意味する
* S2EVar - 型検査器によって導入された(存在量化の)変数

ゼロ除算の意味は...ゼロ除算の意味は...ゼロ除算の意味は...ゼロ除算の意味は...ゼロ除算の意味は...
unsolved constraint: C3NSTRprop(main; S2Eapp(S2Ecst(!=); S2EVar
(4177->S2Eapp(S2Ecst(sub_int_int); S2EVar(4173->S2Eintinf(2)),
S2EVar(4174->S2Eintinf(2)))), S2Eintinf(0)))
↓ つまり...
命題 "2 - 2 != 0" が解決できない、と言っている
↓ つまり...
↓ つまり...
↓ つまり...
↓ つまり...
これは依存型の力によっていて、ATS言語の
preludeライブラリで使われています。
$ vi ATS-Postiats/prelude/SATS/integer.sats
typedef
g1int_div_type
(tk:tk) =
{i,j:int | j != 0}
(g1int (tk, i), g1int (tk, j)) -<fun0> g1int (tk)
--snip--
fun g1int_div_int : g1int_div_type (intknd) = "mac#%"
fun g1int_div_lint : g1int_div_type (lintknd) = "mac#%"
fun g1int_div_llint : g1int_div_type (llintknd) = "mac#%"
fun g1int_div_ssize : g1int_div_type (ssizeknd) = "mac#%"
typedef
g1int_div_type
(tk:tk) =
{i,j:int | j != 0}
--snip--
typedef
g1int_div_type
(tk:tk) =
{i,j:int | j != 0}
--snip--
typedef
g1int_div_type
(tk:tk) =
{i,j:int | j != 0}
--snip--
typedef
g1int_div_type
(tk:tk) =
{i,j:int | j != 0}
--snip--

実数型実数型実数型実数型実数型
$ vi double_op.dats
val () = println! ((3.0 + 5.0) * 8.0 / 3.0)
$ patscc double_op.dats
$ ./a.out
21.333333
$ vi double_op.dats
val () = println! ((3.0 + 5.0) * 8.0 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333
$ vi double_op.dats
val () = println! ((3.0 + 5.0) * 8.0 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333
$ vi double_op.dats
val () = println! ((3.0 + 5.0) * 8.0 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333
$ vi double_op.dats
val () = println! ((3.0 + 5.0) * 8.0 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333
演算子はオーバーロードされています。演算子はオーバーロードされています。演算子はオーバーロードされています。演算子はオーバーロードされています。演算子はオーバーロードされています。
$ vi double_int_op.dats
val () = println! ((3 + 5.0) * 8 / 3.0)
$ patscc double_int_op.dats
$ ./a.out
21.333333
val () = println! ((3 + 5.0) * 8 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333
val () = println! ((3 + 5.0) * 8 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333
val () = println! ((3 + 5.0) * 8 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333
val () = println! ((3 + 5.0) * 8 / 3.0)
$ ./a.out
21.333333

真偽値真偽値真偽値真偽値真偽値
trueとfalseが真偽値です。trueとfalseが真偽値です。trueとfalseが真偽値です。trueとfalseが真偽値です。trueとfalseが真偽値です。
$ vi bool_op.dats
val () = println! (true && false)
val () = println! (not (false || not false && not false))
val () = println! (2 < 3)
val () = println! (2 < 3 && 2.0 >= 3.0)
val () = println! (2 < 3 || 2.0 = 3.0)
val () = println! (not (3 < 2))
$ patscc bool_op.dats
$ ./a.out
false
false
true
false
true
true
$ vi bool_op.dats
val () = println! (2 < 3 && 2.0 >= 3.0)
val () = println! (2 < 3 || 2.0 = 3.0)
$ ./a.out
false
false
true
false
true
true
$ vi bool_op.dats
val () = println! (2 < 3 && 2.0 >= 3.0)
val () = println! (2 < 3 || 2.0 = 3.0)
$ ./a.out
false
false
true
false
true
true
$ vi bool_op.dats
val () = println! (2 < 3 && 2.0 >= 3.0)
val () = println! (2 < 3 || 2.0 = 3.0)
$ ./a.out
false
false
true
false
true
true
$ vi bool_op.dats
val () = println! (2 < 3 && 2.0 >= 3.0)
val () = println! (2 < 3 || 2.0 = 3.0)
$ ./a.out
false
false
true
false
true
true

定数定義定数定義定数定義定数定義定数定義
valキーワードを使って定数を定義できます。valキーワードを使って定数を定義できます。valキーワードを使って定数を定義できます。valキーワードを使って定数を定義できます。valキーワードを使って定数を定義できます。
$ vi val_overwrite.dats
implement main0 () = {
val a = 1
val b = a
val () = println! a
val () = println! b
val a = 2
val () = println! a
val () = println! b
}
$ patscc val_overwrite.dats
$ ./a.out
1
1
2
1
val a = 1
val b = a
val () = println! a
val () = println! b
val a = 2
val () = println! a
val () = println! b
}
$ ./a.out
1
1
2
1
val a = 1
val b = a
val () = println! a
val () = println! b
val a = 2
val () = println! a
val () = println! b
}
$ ./a.out
1
1
2
1
val a = 1
val b = a
val () = println! a
val () = println! b
val a = 2
val () = println! a
val () = println! b
}
$ ./a.out
1
1
2
1
val a = 1
val b = a
val () = println! a
val () = println! b
val a = 2
val () = println! a
val () = println! b
}
$ ./a.out
1
1
2
1

関数定義関数定義関数定義関数定義関数定義
funキーワードを使って関数を定義できます。funキーワードを使って関数を定義できます。funキーワードを使って関数を定義できます。funキーワードを使って関数を定義できます。funキーワードを使って関数を定義できます。
$ vi two_arguments.dats
fun g (x:int, y:int): int = x * x + y * y - 4
implement main0 () = println! (g (3, 2))
$ patscc two_arguments.dats
$ ./a.out
9
$ ./a.out
9
$ ./a.out
9
$ ./a.out
9
$ ./a.out
9

型検査型検査型検査型検査型検査
$ vi f_takes_double.dats
fun f (x:int): int = 3 * x
val r = f 4.0
val () = println! r
}
$ patscc f_takes_double.dats
/home/kiwamu/tmp/tmp/f_takes_double.dats: 103(line=6, offs=14) --
106(line=6, offs=17): error(3): the dynamic expression cannot be
assigned the type [S2Eapp(S2Ecst(g0int_t0ype); S2Ecst(int_kind))].
106(line=6, offs=17): error(3): mismatch of static terms (tyleq):
The actual term is: S2Eapp(S2Ecst(g0float_t0ype); S2Ecst
(double_kind))
The needed term is: S2Eapp(S2Ecst(g0int_t0ype); S2Ecst(int_kind))
val r = f 4.0
val () = println! r
}
(double_kind))
val r = f 4.0
val () = println! r
}
(double_kind))
val r = f 4.0
val () = println! r
}
(double_kind))
val r = f 4.0
val () = println! r
}
(double_kind))
関数 "f" はint型の値を取るべきでした。関数 "f" はint型の値を取るべきでした。関数 "f" はint型の値を取るべきでした。関数 "f" はint型の値を取るべきでした。関数 "f" はint型の値を取るべきでした。

条件分岐条件分岐条件分岐条件分岐条件分岐
if then elseキーワードが使えます。if then elseキーワードが使えます。if then elseキーワードが使えます。if then elseキーワードが使えます。if then elseキーワードが使えます。
$ vi if_then_else.dats
val a = if 1 < 2 then 3 else 4
val () = println! (a:int)
}
$ patscc if_then_else.dats
$ ./a.out
3
}
$ ./a.out
3
}
$ ./a.out
3
}
$ ./a.out
3
}
$ ./a.out
3

else節は省略できますelse節は省略できますelse節は省略できますelse節は省略できますelse節は省略できます
else節の型がvoidであれば省略できます。else節の型がvoidであれば省略できます。else節の型がvoidであれば省略できます。else節の型がvoidであれば省略できます。else節の型がvoidであれば省略できます。
$ vi println_expr.dats
implement main0 () = if 7 > 5 then println! "It's true."
$ patscc println_expr.dats
$ ./a.out
It's true.
$ ./a.out
It's true.
$ ./a.out
It's true.
$ ./a.out
It's true.
$ ./a.out
It's true.

型を表示するには$showtype型を表示するには$showtype型を表示するには$showtype型を表示するには$showtype型を表示するには$showtype
$showtypeキーワードに任意の値を渡すと、コ
ンパイル時にその型を表示してくれます。
$ vi showtype_int.dats
val () = println! 3
val _ = $showtype 3
$ patscc showtype_int.dats
**SHOWTYPE[UP]**(/home/kiwamu/tmp/tmp/showtype_int.dats: 39
(line=2, offs=19) -- 40(line=2, offs=20)): S2Eapp(S2Ecst
(g1int_int_t0ype); S2Ecst(int_kind), S2Eintinf(3)): S2RTbas
(S2RTBASimp(1; t@ype))
$ ./a.out
3
val () = println! 3
val _ = $showtype 3
$ ./a.out
3
val () = println! 3
val _ = $showtype 3
$ ./a.out
3
val () = println! 3
val _ = $showtype 3
$ ./a.out
3
val () = println! 3
val _ = $showtype 3
$ ./a.out
3

不変の文字列不変の文字列不変の文字列不変の文字列不変の文字列
"foo"は不変の文字列のリテラルです。"foo"は不変の文字列のリテラルです。"foo"は不変の文字列のリテラルです。"foo"は不変の文字列のリテラルです。"foo"は不変の文字列のリテラルです。
$ vi print_foo.dats
val () = println! "foo"
$ patscc print_foo.dats
$ ./a.out
foo
$ vi print_foo.dats
$ ./a.out
foo
$ vi print_foo.dats
$ ./a.out
foo
$ vi print_foo.dats
$ ./a.out
foo
$ vi print_foo.dats
$ ./a.out
foo
けれども、不変の文字列では連結や逆順のよ
うな操作を使えません。

可変の文字列を使ってみよう可変の文字列を使ってみよう可変の文字列を使ってみよう可変の文字列を使ってみよう可変の文字列を使ってみよう
2つの不変の文字列を連結してみましょう。2つの不変の文字列を連結してみましょう。2つの不変の文字列を連結してみましょう。2つの不変の文字列を連結してみましょう。2つの不変の文字列を連結してみましょう。
$ vi try_string_append.dats
val s3 = string_append ("Yokohama", "Station")
val () = println! s3
}
$ patscc try_string_append.dats
/home/kiwamu/tmp/try_string_append.dats: 60(line=3, offs=22) -- 135
(line=6, offs=2): error(3): the linear dynamic variable [s3$3509
(-1)] needs to be consumed but it is preserved with the type
[S2Eapp(S2Ecst(strptr_addr_vtype); S2EVar(4175))] instead.
patsopt(TRANS3): there are [1] errors in total.
rrorExn(1025)
}
rrorExn(1025)
}
rrorExn(1025)
}
rrorExn(1025)
}
rrorExn(1025)
なぜエラーになったのでしょうか？なぜエラーになったのでしょうか？なぜエラーになったのでしょうか？なぜエラーになったのでしょうか？なぜエラーになったのでしょうか？

可変の文字列はfreeする必要がある可変の文字列はfreeする必要がある可変の文字列はfreeする必要がある可変の文字列はfreeする必要がある可変の文字列はfreeする必要がある
連結で生成した可変の文字列をfreeし忘れて
いました。
いました。
いました。
いました。
いました。
$ vi string_append.dats
val () = free s3
}
$ patscc string_append.dats -DATS_MEMALLOC_LIBC
$ ./a.out
YokohamaStation
val () = free s3
}
$ ./a.out
YokohamaStation
val () = free s3
}
$ ./a.out
YokohamaStation
val () = free s3
}
$ ./a.out
YokohamaStation
val () = free s3
}
$ ./a.out
YokohamaStation
"ATS_MEMALLOC_LIBC"フラグはlibcの
mallocを使うために必要です。どうやって
ATS2はfree忘れを検出したのでしょうか？

線形型はリソースを監視する線形型はリソースを監視する線形型はリソースを監視する線形型はリソースを監視する線形型はリソースを監視する
可変の文字列(strptr型)を消費し忘れるとコン
パイルエラーです。

リストの型リストの型リストの型リストの型リストの型
リスト(list_vt型)は下図のような構造です。リスト(list_vt型)は下図のような構造です。リスト(list_vt型)は下図のような構造です。リスト(list_vt型)は下図のような構造です。リスト(list_vt型)は下図のような構造です。

リストの生成リストの生成リストの生成リストの生成リストの生成
list_vt_make_pair (A, B)はAとBを要素に持
つリストを生成します。
$ vi make_pair.dats
val l = list_vt_make_pair (1, 2)
val () = print_list_vt<int> l
val () = list_vt_free<int> l
}
$ patscc make_pair.dats -DATS_MEMALLOC_LIBC
$ ./a.out
1, 2
$ vi make_pair.dats
}
$ ./a.out
1, 2
$ vi make_pair.dats
}
$ ./a.out
1, 2
$ vi make_pair.dats
}
$ ./a.out
1, 2
$ vi make_pair.dats
}
$ ./a.out
1, 2
テンプレート関数を使うために "<int>" が必要
です。
です。
です。
です。
です。

リストの生成を図でリストの生成を図でリストの生成を図でリストの生成を図でリストの生成を図で

リストの連結リストの連結リストの連結リストの連結リストの連結
list_vt_append (L1, L2)はリストL1とL2を消
費して、それらを連結した新しいリストを生成し
ます。
ます。
ます。
ます。
ます。
$ vi append_list.dats
val l1 = list_vt_make_pair (1, 2)
val l2 = list_vt_make_sing 3
val l3 = list_vt_append (l2, l1)
val () = print_list_vt<int> l3
val () = list_vt_free<int> l3
}
$ patscc append_list.dats -DATS_MEMALLOC_LIBC
$ ./a.out
3, 1, 2
}
$ ./a.out
3, 1, 2
}
$ ./a.out
3, 1, 2
}
$ ./a.out
3, 1, 2
}
$ ./a.out
3, 1, 2

リストの連結を図でリストの連結を図でリストの連結を図でリストの連結を図でリストの連結を図で

Japan ATS User GroupどうですかJapan ATS User GroupどうですかJapan ATS User GroupどうですかJapan ATS User GroupどうですかJapan ATS User Groupどうですか
日本語でATSに関する情報交換をするグルー
プJapan ATS User Group (JATS-UG)があ
ります。現在の主な活動はATS関連ドキュメン
トの日本語翻訳です。
http://jats-ug.metasepi.org/http://jats-ug.metasepi.org/http://jats-ug.metasepi.org/http://jats-ug.metasepi.org/http://jats-ug.metasepi.org/
入会にあたって特に規則などはありません。
「オレはJATS-UGメンバーだぜ」と言ったその
日からあなたもメンバーです!

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