Документ обсуждает вывод типов в динамических языках программирования, включая различные концепции и примеры, связанные с языком Smalltalk. Он охватывает иерархии объектов, представление указателей в памяти, отправку сообщений и контекст выполнения. Также рассматриваются основные определения и функции в промежуточном представлении (IR) для компиляции методов и обработки инструкции.

1. Дмитрий Кашии́цын
Вывод типов в динамических языках
и не только…
Часть I

2. HOLYWAR

3. Часть I
Smalltalk, VM, JIT

4. 4
Мир объектов

5. 5
Образ

6. 6
Иерархия базовых объектов
instanceOf subclassOf
Object MetaObject nil

7. 7
Иерархия базовых объектов
instanceOf subclassOf
Object MetaObject nil
Class MetaClass Object

8. 8
Иерархия базовых объектов
instanceOf subclassOf
Object MetaObject nil
Class MetaClass Object
MetaObject Class Class

9. 9
Иерархия базовых объектов
instanceOf subclassOf
Object MetaObject nil
Class MetaClass Object
MetaObject Class Class
MetaClass Class MetaObject

10. 10
Граф базовых объектов
Object
MetaObject nil
Class
MetaClass
instanceOf
subclassOf

11. 11
Представление указателей в памяти
«Сырой» указатель
Raw value S

12. 12
Представление указателей в памяти
«Сырой» указатель
Raw value S
Указатель на объект
Object* 0

13. 13
Представление указателей в памяти
«Сырой» указатель
Raw value S
Указатель на объект
Object* 0
Целочисленная константа
31 bit integer 1

14. 14
Представление объектов в памяти
Любой объект
Size 1
Class* R I
data[]

15. 15
Представление объектов в памяти
Любой объект
Size 1
Class* R I
data[]
Нормальный объект
Size (n) 1
Class* R 0
Field 1
Field 2
...
Field n

16. 16
Представление объектов в памяти
Любой объект
Size 1
Class* R I
data[]
Нормальный объект
Size (n) 1
Class* R 0
Field 1
Field 2
...
Field n
Двоичный объект
Size (n) 1
Class* R 1
Byte 1 Byte 2 ...
...
Byte n-1 Byte n Stuffing

17. 17
Посылка сообщения
●
Базовая операция VM

18. 18
Посылка сообщения
●
Базовая операция VM
●
Единственный способ взаимодействия
с объектами и объектов между собой

19. 19
Посылка сообщения
●
Базовая операция VM
●
Единственный способ взаимодействия
с объектами и объектов между собой
●
Все языковые средства выражаются
посредством сообщений

20. 20
Примеры сообщений
●
2 + 3

21. 21
Примеры сообщений
●
2 + 3 → 5

22. 22
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size

23. 23
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size → 11

24. 24
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute

25. 25
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
→ SmallInt

26. 26
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
→ Number

27. 27
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
→ Dictionary (
#absolute → Method,
#asChar → Method,
…
)

28. 28
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
→ Method

29. 29
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
(42 class parent methods at: #absolute) text

30. 30
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
(42 class parent methods at: #absolute) text
→ 'absolute
self negative
ifTrue: [ ^self negated ].
^self
'

31. 31
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
●
Array with: 42 with: true

32. 32
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
●
Array with: 42 with: true
→ Array(42, true)

33. 33
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
●
Array with: 42 with: true
●
(Array new: 5) at: 2 put: 42

34. 34
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
●
Array with: 42 with: true
●
(Array new: 5) at: 2 put: 42
→ Array(nil, nil, nil, nil, nil)

35. 35
Примеры сообщений
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
●
Array with: 42 with: true
●
(Array new: 5) at: 2 put: 42
→ Array(nil, 42, nil, nil, nil)

36. 36
Порядок поиска метода
●
Кэш методов виртуальной машины
●
Словарь методов текущего класса
●
Словари методов классов-предков

37. 37
Примеры поиска
●
SmallInt » absolute
SmallInt → Number

38. 38
Примеры поиска
●
SmallInt » absolute
SmallInt → Number
●
String » isNil
String → Array → Collection → Magnitude → Object

39. 39
Примеры поиска
●
SmallInt » absolute
SmallInt → Number
●
String » isNil
String → Array → Collection → Magnitude → Object
●
Object » whatever
Object → nil

40. 40
Object » doesNotUnderstand:
●
Посылается получателю, если метод для
данного селектора так и не был найден

41. 41
Object » doesNotUnderstand:
●
Посылается получателю, если метод для
данного селектора так и не был найден
●
Может быть переопределен пользователем

42. 42
Object » doesNotUnderstand:
●
Посылается получателю, если метод для
данного селектора так и не был найден
●
Может быть переопределен пользователем
●
Поведение зависит от реализации:
- вывод сообщения об ошибке,
- отображение отладчика и т. п.

43. 43
Пример метода Undefined » test:
test: arg | temp |
temp ← ( arg < 100 )
ifTrue: [ arg + 1 ]
ifFalse: [ 0 ].
^temp

44. 44
Контекст выполнения
Context
method*
arguments[]
temporaries[]
stack[]
stackTop
prevContext*

45. 45
Контекст выполнения
Context
method*
arguments[]
temporaries[]
stack[]
stackTop
prevContext*
Array
...
Array
...
Array
...

46. 46
Контекст выполнения
Context
method*
arguments[]
temporaries[]
stack[]
stackTop
prevContext*
Method
name*
byteCodes[]
literals[]
stackSize
tempSize
class*
text*
package*
Array
...
Array
...
Array
...

47. 47
Контекст выполнения
Context
method*
arguments[]
temporaries[]
stack[]
stackTop
prevContext*
Method
name*
byteCodes[]
literals[]
stackSize
tempSize
class*
text*
package*
Array
...
ByteArray
...
Array
...
Array
...
Array
...

48. 48
Контекст выполнения
Context
method*
arguments[]
temporaries[]
stack[]
stackTop
prevContext*
Method
name*
byteCodes[]
literals[]
stackSize
tempSize
class*
text*
package*
Array
...
ByteArray
...
Array
...
Array
...
Array
...
Context
...

49. 49
Пример вызова Undefined » test:
test: arg | temp |
temp ← ( arg < 100 )
ifTrue: [ arg + 1 ]
ifFalse: [ 0 ].
^temp
nil test: 42

50. 50
Интерпретация Undefined>>test:
Context
bytePtr nil
stackTop nil
[] Arguments
0 nil
1 42
[] Stack
0 nil
1 nil
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

51. 51
Интерпретация Undefined>>test:
Context
bytePtr nil
stackTop nil
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 nil
1 nil
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

52. 52
Интерпретация Undefined>>test:
Context
bytePtr 0
stackTop nil
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 nil
1 nil
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

53. 53
Шаг 0
Context
bytePtr 0
stackTop 0
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 nil
1 nil
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

54. 54
Шаг 1
Context
bytePtr 1
stackTop 1
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 42
1 nil
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

55. 55
Шаг 2
Context
bytePtr 2
stackTop 2
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 42
1 100
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

56. 56
Шаг 3
Context
bytePtr 3
stackTop 1
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 true
1 100
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

57. 57
Шаг 4
Context
bytePtr 4
stackTop 0
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 true
1 100
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

58. 58
Шаг 5
Context
bytePtr 5
stackTop 1
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 42
1 100
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

59. 59
Шаг 6
Context
bytePtr 6
stackTop 2
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 42
1 1
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

60. 60
Шаг 7
Context
bytePtr 7
stackTop 1
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 43
1 1
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

61. 61
Шаг 8
Context
bytePtr 9
stackTop 1
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 43
1 1
[] Temps
0 nil
[] Literals
0 100

62. 62
Шаг 9
Context
bytePtr 10
stackTop 1
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 43
1 1
[] Temps
0 43
[] Literals
0 100

63. 63
Шаг 10
Context
bytePtr 11
stackTop 0
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 43
1 1
[] Temps
0 43
[] Literals
0 100

64. 64
Шаг 11
Context
bytePtr 12
stackTop 1
[] Arguments
0 nil
1 42
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Stack
0 43
1 1
[] Temps
0 43
[] Literals
0 100

65. 65
Мотивация

66. 66
Правда*
*Ложь

67. 67
Наивный JIT
●
Оформляем методы и блоки как функции
●
Транслируем простые инструкции Smalltalk
в IR код LLVM (и в инструкции процессора)
●
Не забываем про обработку SmallInt
●
Посылку сообщений оформляем
в виде обращений к VM
●
Компилируем методы по требованию

68. 68
Базовые определения в IR
%TSize = type { i32 } ; data
%TObject = type {
%TSize, ; size
%TClass*, ; class
[0 x %TObject*] ; fields
}
%TByteObject = type { %TObject }
%TSymbol = type { %TByteObject }
%TString = type { %TByteObject }
%TChar = type {
%TObject,
i32 ; value
}
%TArray = type { %TObject }
%TObjectArray = type { %TObject }
%TSymbolArray = type { %TObject }
%TClass = type {
%TObject,
%TSymbol*, ; name
%TClass*, ; parentClass
%TDictionary*, ; methods
i32, ; instanceSize
%TSymbolArray*, ; variables
%TObject* ; package
}
%TDictionary = type {
%TObject,
%TSymbolArray*, ; keys
%TObjectArray* ; values
}
%TMethod = type {
%TObject,
%TSymbol*, ; name
%TByteObject*, ; byteCodes
%TSymbolArray*, ; literals
i32, ; stackSize
i32, ; temporarySize
%TClass*, ; class
%TString*, ; text
%TObject* ; package
}
%TContext = type {
%TObject,
%TMethod*,
%TObjectArray*, ; arguments
%TObjectArray*, ; temporaries
%TObjectArray*, ; stack
i32, ; bytePointer
i32, ; stackTop
%TContext* ; previousContext
}

69. 69
Примеры базовых функций в IR
define %TObject** @getObjectFieldPtr(%TObject* %object, i32 %index) {
%fields = getelementptr inbounds %TObject* %object, i32 0, i32 2
%fieldPointer = getelementptr inbounds [0 x %TObject*]* %fields, i32 0, i32
%index
ret %TObject** %fieldPointer
}
define %TObject** @setObjectField(%TObject* %object, i32 %index, %TObject* %value) {
%fieldPointer = call %TObject** @getObjectFieldPtr(%TObject* %object, i32 %index)
store %TObject* %value, %TObject** %fieldPointer
ret %TObject** %fieldPointer
}
define void @pushValueToStack(%TContext* %context, i32 %index, %TObject* %value) {
%stackPointer = getelementptr inbounds %TContext* %context, i32 0, i32 4
%stack = load %TObjectArray** %stackPointer
%stackObject = bitcast %TObjectArray* %stack to %TObject*
call %TObject** @setObjectField(%TObject* %stackObject, i32 %index, %TObject*
%value)
ret void
}

70. 70
Анализ причин
●
Большое количество обращений
к памяти (на каждую инструкцию VM)
●
Кэш данных неэффективен
●
Предсказатель переходов не работает
●
Постоянный сброс конвейера

71. 71
Простой цикл
A Loop B

72. 72
Конструкция switch
A
PushConstant
PushLiteral
PushTemporary
PushArgument
PushBlock
SendBinary
SendUnary
SendMessage
B

73. 73
Связь значений на стеке
●
Инструкции, снимающие значения со
стека косвенно зависят от инструкций,
кладущих значения на стек
●
Этот факт можно использовать
●
Все портят инструкции перехода

74. 74
Зависимость по данным
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <

75. 75
Зависимость по данным
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <

76. 76
Исходный байткод
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn

77. 77
Разделяем блоки
[] ByteCodes
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Basic block 0
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
[] Basic block 4
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
[] Basic block 8
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn

78. 78
Инструкции перехода
[] Basic block 0
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
[] Basic block 4
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
[] Basic block 8
8 PushConstant 0
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn

79. 79
Разделяем еще раз
[] Basic block 0
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
[] Basic block 4
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
[] Basic block 9
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Basic block 8
8 PushConstant 0
Branch 9

80. 80
Корректные базовые блоки
[] Basic block 0
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
[] Basic block 4
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
[] Basic block 9
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Basic block 8
8 PushConstant 0
Branch 9

81. 81
Корректные базовые блоки
[] Basic block 0
0 PushArgument 1
1 PushLiteral 0
2 SendBinary <
3 BranchIfFalse 8
[] Basic block 4
4 PushArgument 1
5 PushConstant 1
6 SendBinary +
7 Branch 9
[] Basic block 9
9 AssignTemporary 0
10 PopTop
11 PushTemporary 0
12 StackReturn
[] Basic block 8
8 PushConstant 0
Branch 9

82. 82
Граф потока
управления
0.0 : PushArgument 1
0.1 : PushLiteral 0
0.2 : SendBinary <
0
1
0.3 : Special branchIfFalse 12
12.8 : PushConstant 0
target
6.4 : PushArgument 1
skip
12.9 : Special branch 13
14
6.5 : PushConstant 1
6.6 : SendBinary +
0
1
6.7 : Special branch 13
13.10 : AssignTemporary 0
13.11 : Special popTop
13.12 : PushTemporary 0
13.13 : Special stackReturn
Normal flow
Argument
Branching
Entry point
Terminator
test: arg | temp |
temp ← arg < 100
ifTrue: [ arg + 1 ]
ifFalse: [ 0 ].
^temp

83. 83
Граф потока
управления
0.0 : PushArgument 1
0.1 : PushLiteral 0
0.2 : SendBinary <
0
1
0.3 : Special branchIfFalse 12
12.8 : PushConstant 0
target
6.4 : PushArgument 1
skip
12.9 : Special branch 13
6.5 : PushConstant 1
6.6 : SendBinary +
0
1
6.7 : Special branch 13
Normal flow
Argument
Branching
Entry point
Terminator
test: arg | temp |
temp ← arg < 100
ifTrue: [ arg + 1 ]
ifFalse: [ 0 ].
^temp

84. 84
Граф потока
управления
12.8 : PushConstant 0
target
6.4 : PushArgument 1
12.9 : Special branch 13
14
6.5 : PushConstant 1
6.6 : SendBinary +
0
1
6.7 : Special branch 13
13.10 : AssignTemporary 0
13.11 : Special popTop
13.12 : PushTemporary 0
13.13 : Special stackReturn
Normal flow
Argument
Branching
Entry point
Terminator
test: arg | temp |
temp ← arg < 100
ifTrue: [ arg + 1 ]
ifFalse: [ 0 ].
^temp

85. 85
Локальный вывод типов
●
Сообщения литеральным объектам могут
быть посчитаны на этапе компиляции
●
Свертка арифметических выражений
●
Вывод опирается на граф управления

86. 86
Примеры выражений, выводимых локально
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
●
Array with: 42 with: true
●
(Array new: 5) at: 2 put: 42

87. 87
Получатели сообщения
●
2 + 3
●
'Hello world' size
●
42 class parent methods at: #absolute
●
Array with: 42 with: true
●
(Array new: 5) at: 2 put: 42

88. 88
nil testSum
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum

89. 89
nil testSum
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue:
[ aBlock value: i. i ← i + 1 ]

90. 90
nil testSum
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue:
[ aBlock value: i. i ← i + 1 ]
Block » value: aValue
<8 aValue self>

91. 91
Фрагмент графа Undefined » testSum
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop
0.3 : PushConstant 1
0.4 : PushLiteral 0
0.6 : MarkArguments 3
0
0.5 : PushBlock 1 1
2
0.7 : SendMessage to:do:
0.8 : Special popTop
[ ] Instruction Arg
0 PushConstant 0
1 AssignTemporary 0
2 PopTop
3 PushConstant 1
4 PushLiteral 0
5 PushBlock 1
6 MarkArguments 3
7 SendMessage to:do:
8 PopTop
9 PushTemporary 0
10 StackReturn

92. 92
Система типов
●
Позволяет решить задачу
вывода типов в общем виде
●
Гораздо мощнее тривиального вывода
●
Глобальна, хоть и опирается на
локальные контексты

93. 93
Классификация типов
Название Символ Примеры
Literal 42 'Hello'
Monotype ( ) (SmallInt) (String)
Variant ( , ) ( 42, 'Hello' ) ( (String), nil, * )
Array [ , ] Array [ (42, 'Hello'), nil ] Dictionary [ (Array), (Array) ]
Polytype *
Undefined ?

94. 94
Операция объединения
Тип A Тип B Результат A | B
42 42 42
2 3 ( 2, 3 )
nil (SmallInt) ( nil, (SmallInt) )
(SmallInt) (SmallInt) (SmallInt)
42 * ( 42, * )
42 ? ( 42, ? )

95. 95
Операция свертки
Тип A Тип B Результат A & B
42 42 42
2 3 (SmallInt)
nil (SmallInt) *
(SmallInt) (SmallInt) (SmallInt)
42 * *
42 ? ?

96. 96
Назначаем типы
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop
0.3 : PushConstant 1
0.4 : PushLiteral 0
0.6 : MarkArguments 3
0
0.5 : PushBlock 1 1
2
0.7 : SendMessage to:do:
0.8 : Special popTop
0.9 : PushTemporary 0
[] Instruction Arg Type
0 PushConstant 0
1 AssignTemporary 0
2 PopTop
3 PushConstant 1
4 PushLiteral 0
5 PushBlock 1
6 MarkArguments 3
7 SendMessage
to:
do:
8 PopTop
9 PushTemporary 0
10 StackReturn

97. 97
Назначаем типы
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop
0.3 : PushConstant 1
0.4 : PushLiteral 0
0.6 : MarkArguments 3
0
0.5 : PushBlock 1 1
2
0.7 : SendMessage to:do:
0.8 : Special popTop
0.9 : PushTemporary 0
[] Instruction Arg Type
0 PushConstant 0
1 AssignTemporary 0
2 PopTop
3 PushConstant 1 1
4 PushLiteral 0
5 PushBlock 1
6 MarkArguments 3
7 SendMessage
to:
do:
8 PopTop
9 PushTemporary 0
10 StackReturn

98. 98
Назначаем типы
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop
0.3 : PushConstant 1
0.4 : PushLiteral 0
0.6 : MarkArguments 3
0
0.5 : PushBlock 1 1
2
0.7 : SendMessage to:do:
0.8 : Special popTop
0.9 : PushTemporary 0
[] Instruction Arg Type
0 PushConstant 0
1 AssignTemporary 0
2 PopTop
3 PushConstant 1 1
4 PushLiteral 0 100
5 PushBlock 1
6 MarkArguments 3
7 SendMessage
to:
do:
8 PopTop
9 PushTemporary 0
10 StackReturn

99. 99
Назначаем типы
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop
0.3 : PushConstant 1
0.4 : PushLiteral 0
0.6 : MarkArguments 3
0
0.5 : PushBlock 1 1
2
0.7 : SendMessage to:do:
0.8 : Special popTop
0.9 : PushTemporary 0
[] Instruction Arg Type
0 PushConstant 0
1 AssignTemporary 0
2 PopTop
3 PushConstant 1 1
4 PushLiteral 0 100
5 PushBlock 1 Block@1
6 MarkArguments 3
7 SendMessage
to:
do:
8 PopTop
9 PushTemporary 0
10 StackReturn

100. 100
Назначаем типы
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop
0.3 : PushConstant 1
0.4 : PushLiteral 0
0.6 : MarkArguments 3
0
0.5 : PushBlock 1 1
2
0.7 : SendMessage to:do:
0.8 : Special popTop
0.9 : PushTemporary 0
[] Instruction Arg Type
0 PushConstant 0
1 AssignTemporary 0
2 PopTop
3 PushConstant 1 1
4 PushLiteral 0 100
5 PushBlock 1 Block@1
6 MarkArguments 3 [1, 100, Block@1]
7 SendMessage
to:
do:
8 PopTop
9 PushTemporary 0
10 StackReturn

101. 101
Назначаем типы
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop
0.3 : PushConstant 1
0.4 : PushLiteral 0
0.6 : MarkArguments 3
0
0.5 : PushBlock 1 1
2
0.7 : SendMessage to:do:
0.8 : Special popTop
0.9 : PushTemporary 0
[] Instruction Arg Type
0 PushConstant 0
1 AssignTemporary 0
2 PopTop
3 PushConstant 1 1
4 PushLiteral 0 100
5 PushBlock 1 Block@1
6 MarkArguments 3 [1, 100, Block@1]
7 SendMessage
to:
do:
*
8 PopTop
9 PushTemporary 0
10 StackReturn

102. 102
Вывод [1, 100, Block@1] :: Number»to:do
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue:
[ aBlock value: i. i ← i + 1 ]

103. 103
Вывод [1, 100, Block@1] :: Number»to:do
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue:
[ aBlock value: i. i ← i + 1 ]

104. 104
Вывод [1, 100, Block@1] :: Number»to:do
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue:
[ aBlock value: i. i ← i + 1 ]

105. 105
Вывод [1, 100, Block@1] :: Number»to:do
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue:
[ aBlock value: i. i ← i + 1 ]

106. 106
Вывод [1, 100, Block@1] :: Number»to:do
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue:
[ aBlock value: i. i ← i + 1 ]

107. 107
Полиморфизм операторов
a + b

108. 108
Полиморфизм операторов
a ← a + b

109. 109
Полиморфизм операторов
a ← a + b
testPlus1 |a b|
a ← 42.
b ← 1.
a ← a + b

110. 110
Полиморфизм операторов
a ← a + b
testPlus1 |a b|
a ← 42.
b ← 1.
a ← a + b
testPlus2 |a b|
…
[ … ] whileTrue:
[ a ← a + b ]

111. 111
Вывод типов в циклах
●
Тип результата зависит от типов аргументов
●
Тип выражения зависит от типов
переменных на момент входа
●
Каждая итерация зависит от предыдущей

112. 112
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Упрощенный граф управления

113. 113
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Зависимости выражения i ≤ 100

114. 114
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Зависимости выражения i ≤ 100

115. 115
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Зависимости выражений с i

116. 116
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Добавляем τ-узлы записи

117. 117
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Добавляем τ-узлы записи
W1
W2

118. 118
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Добавляем τ-узел чтения
W1
W2
R

119. 119
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Связываем τ-узлы воедино
W1
W2
R

120. 120
Реальный граф
управления
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue: [
aBlock value: i.
i ← i + 1
]
0.0 : PushArgument 0
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop 23
0.4 : Special branch 10
10.19 : PushTemporary 0
target
10.20 : PushArgument 1
10.21 : SendBinary <=
0
16.5 : PushArgument 2
16.6 : PushTemporary 0
16.7 : MarkArguments 2
0
1
16.8 : SendMessage value:
16.9 : Special popTop
16.10 : PushTemporary 0
16.11 : PushConstant 1
16.12 : SendBinary +
0
1
16.13 : AssignTemporary 0
16.14 : Special popTop 24
16.15 : Special branch 10
target
29.18 : Special selfReturn
1
10.22 : Special branchIfFalse 29
skiptarget
25

121. 121
0.0 : PushArgument 0
0.1 : AssignTemporary 0
0.2 : Special popTop 23
0.4 : Special branch 10
10.19 : PushTemporary 0
target
10.20 : PushArgument 1
10.21 : SendBinary <=
0
16.5 : PushArgument 2
16.6 : PushTemporary 0
16.7 : MarkArguments 2
0
1
29.18 : Special selfReturn
1
10.22 : Special branchIfFalse 29
skiptarget
Реальный граф
управления
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue: [
aBlock value: i.
i ← i + 1
]

122. 122
16.5 : PushArgument 2
16.6 : PushTemporary 0
16.7 : MarkArguments 2
0
1
16.8 : SendMessage value:
16.9 : Special popTop
16.10 : PushTemporary 0
16.11 : PushConstant 1
16.12 : SendBinary +
0
1
16.13 : AssignTemporary 0
16.14 : Special popTop 24
16.15 : Special branch 10
target
29.18 : Special selfReturn
skiptarget
25
Реальный граф
управления
Number » to: aLimit do: aBlock |i|
i ← self.
[ i ≤ aLimit ] whileTrue: [
aBlock value: i.
i ← i + 1
]

123. 123
τ-узлы — ключ к выводу типов в циклах

124. 124
Индуктивный вывод типов
●
Вычисляем базу индукции
●
Вычисляем следующую итерацию
●
Выполняем свертку индуктивных типов

125. 125
i 1←
i ≤ 100
BranchIfFalse
i i + 1← Exit
Branch
Выводим типы τ-узлов
W1
W2
R
τ Type
W1 1
W2 2
R (1, 2)
Rf (SmallInt)

126. 126
Когда вывод не работает
●
Чтение и запись полей
●
Утекающие блоки
●
Модификация иерархии объектов

127. 127
Collection » sort:
sort: criteria | left right mediane |
self size < 2 ifTrue: [ ^self ].
mediane ← self popFirst.
left ← List new.
right ← List new.
self do: [ :x |
(criteria value: x value: mediane)
ifTrue: [ left add: x ]
ifFalse: [ right add: x ] ].
left ← left sort: criteria.
right ← right sort: criteria.
right add: mediane.
^ left appendList: right

128. 128
Еще раз о блоках
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum

129. 129
Без учета записи в блоке
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | … ].
^sum

130. 130
С учетом записи в блоке
Undefined » testSum |sum|
sum ← 0.
1 to: 100 do:
[ :x | sum ← sum + x ].
^sum
sum 0←
1 to: 100 do: [ ... ]
^ sum
RW

131. 131
Что можно почитать
●
halt.habrahabr.ru/topics/
●
llst.org
●
doc.rust-lang.org
●
blog.llvm.org
●
llvm.org/docs

132. Спасибо за внимание!