Ruby 3 の型解析に向けた計画

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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

自己紹介：遠藤侑介 (@mametter)
•クックパッドで働く
フルタイムRubyコミッタ
•Rubyプログラムを堅牢に
•テスト、Ruby 3の静的解析
•クックパッドに興味あったら
お声がけください
2

この発表では
•Ruby 3の静的解析のmatz構想
•型プロファイラの紹介と進捗
を話します
3

Rubyの型と名古屋の関係
•三浦さんからmrubyでの型推定の話を聞いて
Ruby 3の静的解析は回りだした
•型プロファイラはmruby-meta-circularの
パクリ
•細かい設計指針の違いはあとで
4

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

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

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 e...

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("fo...

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)
-> Strin...

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...

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 err...

ユースケースに合わせた使い方
•緩く検査したい派：型シグネチャなし型検査
•きっちり検査したい派：
•コーディング→型シグネチャプロトタイプ→
型シグネチャあり型検査
•型ドリブン開発派：
•型シグネチャ手書き→コーディング→
型シグネチャあり...

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-cir...

Ruby 3には何が入る？
•「型シグネチャ」はバンドルしたい
•型シグネチャフォーマットのパーサ
•標準添付ライブラリの型シグネチャファイル
•型シグネチャ対応版RubyGems
•ツール群はバンドルの予定なし
•当面は外部ライブラリとして提...

型プロファイラの
紹介と進捗
15

型プロファイラとは
•目的：型レベルテストとシグネチャ推定
•型エラーの可能性を指摘する
•型シグネチャのプロトタイプを生成する
•対象：型注釈のない素のRubyコード
16

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]...

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

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....

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) ...

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) -> Integ...

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 :: () -> Fo...

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
Ret...

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 <...

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...

解析にかかる時間
0
200
400
600
800
self-profiling optcarrot
seconds
old new
26

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 + ...

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
...

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...

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」...

mmcとの方針の違い
•mmc: ヒューリスティクス盛りだくさん
•ターゲットアプリで正しい推定をするように
•mmcを更新したら推定結果が結構変わったり
•型プロファイラ：理解可能な動きをすること
•解析方法を複雑化し、正しく推定するより
•...

実装進捗：できてること
•基本的な言語機能のサポート
•変数、メソッド、ユーザ定義クラスなど
•一部の組み込みクラス
•ブロックと配列（たぶん）
•解析アルゴリズムの基本設計
32

実装予定：やっていくこと
•言語機能のサポート
•ハッシュ
•複雑な引数（可変長やキーワード）
•例外
•モジュール
•型シグネチャ言語の読み書き
•実用性向上
33

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'...

謝辞
•Hideki Miura
•Matz, Akr, Ko1
•PPL paper co-authors
• Soutaro Matsumoto
• Katsuhiro Ueno
• Eijiro Sumii
•Stripe team & ...

まとめ
•Ruby 3の静的解析の構想を説明しました
•型プロファイラの概略を説明しました
•お便りお寄せください！
•https://github.com/mame/ruby-type-profiler
36

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