Typisierung. Prüfungen zur Übersetzungszeit Type Test und Type Cast Bedingte Zuweisung Nil Übergangsparameter Grade der Typisierung. 3.

Transkript

1 Typisierung Prüfungen zur Übersetzungszeit Type Test und Type Cast Bedingte Zuweisung Nil Übergangsparameter Grade der Typisierung

2 2 Untypisierte Sprachen erfordern Methodensuche zur Laufzeit bei Misserfolg Abbruch message not understood keine statisch überprüfbaren Regeln

3 2 Untypisierte Sprachen erfordern Methodensuche zur Laufzeit bei Misserfolg Abbruch message not understood keine statisch überprüfbaren Regeln s s := "Hello". s := s+1.

4 2 Untypisierte Sprachen erfordern Methodensuche zur Laufzeit bei Misserfolg Abbruch message not understood keine statisch überprüfbaren Regeln s s := "Hello". s := s+1. String s

5 2 Untypisierte Sprachen erfordern Methodensuche zur Laufzeit bei Misserfolg Abbruch message not understood keine statisch überprüfbaren Regeln s s := "Hello". s := s+1. String s Integer s

6 2 Untypisierte Sprachen erfordern Methodensuche zur Laufzeit bei Misserfolg Abbruch message not understood keine statisch überprüfbaren Regeln s s := "Hello". s := s+1. String s Integer s mehr Sicherheit durch Beschränkung der Freiheit

7 3 Beschränkungen bei Typisierung A B C Zuweisungen nur entgegen der Vererbungshierarchie v := e ist nur erlaubt, wenn T(e) T(v) statische Regel soll garantieren, dass mit v nur jene Operationen möglich sind, die in e implementiert sind. D E

8 4 Subtyping und Subclassing Bei Subclassing gilt die Subtyp-Beziehung S T nur, wenn S von T abgeleitet ist. Die Kompatibilität könnte auch durch zufälliges Zusammenpassen der Signaturen gegeben sein: A {x,y} B C {x,y} D E {} {} B und C erweitern die Schnittstelle von A um die selben Methoden. D und E fügen nichts hinzu.

9 5 Kompatibilität bei Subclassing erlaubte Zuweisungen mit: B b; C c; E e; A {x,y} B C {x,y} D E {} {} b := e (wie bisher) e := b b := c c := b In typisierten Sprachen verboten, weil die Kompatibilität auf Subclassing (Ist-Beziehung) und nicht auf Subtyping (Signaturkompatibilität) beruht.

10 6 Kompatibilität bei Collections z.b. geordnete Zusammenfassungen wie Array, List, Queue, Heap, typische Schnittstelle: void add(elem: Object) Object first() a.add(r) r := a.first() obj := a.first() Object als Elementtyp soll allgemeine Verwendbarkeit gewährleisten. verboten OK, engt aber die Sicht ein

11 6 Kompatibilität bei Collections z.b. geordnete Zusammenfassungen wie Array, List, Queue, Heap, typische Schnittstelle: void add(elem: Object) Object first() Beispiel mit: Array a Rectangle r Object obj a.add(r) r := a.first() obj := a.first() Object als Elementtyp soll allgemeine Verwendbarkeit gewährleisten. verboten OK, engt aber die Sicht ein

12 7 Type Cast und Type Test (1) Oberon: IF obj IS Rectangle THEN r := obj(rectangle); r benutzen END; Type Test prüft, ob der Cast erlaubt ist. Type Cast überredet den Compiler.

13 7 Type Cast und Type Test (1) Oberon: IF obj IS Rectangle THEN r := obj(rectangle); r benutzen END; Java: if (obj instanceof Rectangle) { r = (Rectangle) obj; r benutzen } Type Test prüft, ob der Cast erlaubt ist. Type Cast überredet den Compiler.

14 7 Type Cast und Type Test (1) Oberon: IF obj IS Rectangle THEN r := obj(rectangle); r benutzen END; Java: if (obj instanceof Rectangle) { r = (Rectangle) obj; r benutzen } Type Test prüft, ob der Cast erlaubt ist. Type Cast überredet den Compiler. C#: is statt instanceof

15 8 Type Cast und Type Test (2) C++: if (r = dynamic_cast<rectangle*> (obj)) { r benutzen } Liefert Void (bzw. NULL), wenn obj nicht zu Rectangle (bzw. Typ von r) passt. Prüft, ob die Zuweisung geklappt hat.

16 8 Type Cast und Type Test (2) C++: if (r = dynamic_cast<rectangle*> (obj)) { r benutzen } Eiffel: r?= obj; if not r.void then r benutzen end; Liefert Void (bzw. NULL), wenn obj nicht zu Rectangle (bzw. Typ von r) passt. Prüft, ob die Zuweisung geklappt hat.

17 8 Type Cast und Type Test (2) C++: if (r = dynamic_cast<rectangle*> (obj)) { r benutzen } Eiffel: r?= obj; if not r.void then r benutzen end; Liefert Void (bzw. NULL), wenn obj nicht zu Rectangle (bzw. Typ von r) passt. Prüft, ob die Zuweisung geklappt hat. Void = Zustand einer Variablen ( undefiniert )

18 9 Bedingte Zuweisung Omega: (r :?= obj) iftrue:[ r benutzen ]

19 9 Bedingte Zuweisung Omega: (r :?= obj) iftrue:[ r benutzen ] 1. Prüfen, ob die Klasse von obj zum Typ von r passt.

20 9 Bedingte Zuweisung Omega: (r :?= obj) iftrue:[ r benutzen ] 1. Prüfen, ob die Klasse von obj zum Typ von r passt. 2. Zuweisung, wenn OK (sonst bleibt r unverändert)

21 9 Bedingte Zuweisung Omega: (r :?= obj) iftrue:[ r benutzen ] 1. Prüfen, ob die Klasse von obj zum Typ von r passt. 2. Zuweisung, wenn OK (sonst bleibt r unverändert) 3. Ergebnis des Ausdrucks: true, wenn OK

22 10 Nil-Problem Ziel der Typisierung: potenzielle Typfehler zur Übersetzungszeit erkennen. Wird durch Nil (NULL, Void, etc.) vereitelt. Nil kann jeder Objekt-Variablen zugewiesen werden. A B C D E

23 10 Nil-Problem Ziel der Typisierung: potenzielle Typfehler zur Übersetzungszeit erkennen. Wird durch Nil (NULL, Void, etc.) vereitelt. Nil kann jeder Objekt-Variablen zugewiesen werden. A B C D E Nil

24 10 Nil-Problem Ziel der Typisierung: potenzielle Typfehler zur Übersetzungszeit erkennen. Wird durch Nil (NULL, Void, etc.) vereitelt. Nil kann jeder Objekt-Variablen zugewiesen werden. A B C D Nil gilt als Subklasse aller Klassen. E Nil

25 10 Nil-Problem Ziel der Typisierung: potenzielle Typfehler zur Übersetzungszeit erkennen. Wird durch Nil (NULL, Void, etc.) vereitelt. Nil kann jeder Objekt-Variablen zugewiesen werden. A B C D E Nil Nil gilt als Subklasse aller Klassen. aber: Nil hat schmalere Schnittstelle (Subklasse, aber kein Subtyp!)

26 10 Nil-Problem Ziel der Typisierung: potenzielle Typfehler zur Übersetzungszeit erkennen. Wird durch Nil (NULL, Void, etc.) vereitelt. Nil kann jeder Objekt-Variablen zugewiesen werden. A B C D E Nil Eiffel: Konstante Void der Klasse NONE; erbt automatisch mehrfach von allen Klassen. Nil gilt als Subklasse aller Klassen. aber: Nil hat schmalere Schnittstelle (Subklasse, aber kein Subtyp!)

27 11 Sichere Implementierung von Nil x Variable Nil-Objekt Methodentabelle Nil.error löst Nil access exception aus. Nil-Methode

28 11 Sichere Implementierung von Nil Abfrage bei jedem Zugriff auf eine Objektreferenz (bei Repräsentation von null als 0): x.dosomething() wird übersetzt als: if (x==null) {exception} else {x.dosomething();} x Variable Nil-Objekt Methodentabelle Nil.error löst Nil access exception aus. Nil-Methode

29 11 Sichere Implementierung von Nil Abfrage bei jedem Zugriff auf eine Objektreferenz (bei Repräsentation von null als 0): x.dosomething() wird übersetzt als: if (x==null) {exception} else {x.dosomething();} Echtes Nil-Objekt mit Methodentabelle: x Variable Nil-Objekt Methodentabelle Nil.error löst Nil access exception aus. Nil-Methode

30 11 Sichere Implementierung von Nil Abfrage bei jedem Zugriff auf eine Objektreferenz (bei Repräsentation von null als 0): x.dosomething() wird übersetzt als: if (x==null) {exception} else {x.dosomething();} Echtes Nil-Objekt mit Methodentabelle: { x Nil.error löst Nil access exception aus. Anzahl der Einträge größte echte Methodentabelle Variable Nil-Objekt Methodentabelle Nil-Methode

31 12 Zuweisungskompatibilität bei Parametern (1) Eingangsparameter: void m(c x) obj.m(y); x:=y; m(); T(y) C T(y) C T(y) = C T(y) C

32 12 Zuweisungskompatibilität bei Parametern (1) Eingangsparameter: void m(c x) obj.m(y); x:=y; m(); T(y) C Übergangsparameter: void m(c x) obj.m(y); x:=y; m(); y:=x; T(y) C T(y) = C T(y) C

33 12 Zuweisungskompatibilität bei Parametern (1) Eingangsparameter: void m(c x) obj.m(y); x:=y; m(); T(y) C Übergangsparameter: void m(c x) obj.m(y); x:=y; m(); y:=x; T(y) C T(y) = C T(y) C m() ist nur noch für Aktualparameter eines Typs geeignet! nur Eingangsparameter in Smalltalk, Java,

34 13 Zuweisungskompatibilität bei Parametern (1) Tolerantere Definition in Oberon: Aktualparameter darf von einem Subtyp sein. PROCEDURE P(VAR x: C); VAR h: C; BEGIN NEW(h); x := h END P; VAR y: D; P(y); versteckte Typprüfung bei jeder Zuweisung an einen Übergangsparameter!

35 14 Regionale Typzusicherung (Spezialität von Oberon) TYPE T0 = RECORD x: INTEGER END; T1 = RECORD (T0) y: INTEGER END; P0 = POINTER TO T0; P1 = POINTER TO T1; VAR v0: P0; v1: P1;

36 14 Regionale Typzusicherung (Spezialität von Oberon) TYPE T0 = RECORD x: INTEGER END; T1 = RECORD (T0) y: INTEGER END; P0 = POINTER TO T0; P1 = POINTER TO T1; VAR v0: P0; v1: P1; NEW(v1); v0 := v1; WITH v0:t1 DO v0.x := 1; v0.y := 2; P; v0.y := 3 END;

37 14 Regionale Typzusicherung (Spezialität von Oberon) TYPE T0 = RECORD x: INTEGER END; T1 = RECORD (T0) y: INTEGER END; P0 = POINTER TO T0; P1 = POINTER TO T1; VAR v0: P0; v1: P1; NEW(v1); v0 := v1; WITH v0:t1 DO v0.x := 1; v0.y := 2; P; v0.y := 3 END; Innerhalb von WITH wird v0 angesehen, als ob es vom Typ T1 wäre.

38 14 Regionale Typzusicherung (Spezialität von Oberon) TYPE T0 = RECORD x: INTEGER END; T1 = RECORD (T0) y: INTEGER END; P0 = POINTER TO T0; P1 = POINTER TO T1; VAR v0: P0; v1: P1; NEW(v1); v0 := v1; WITH v0:t1 DO v0.x := 1; v0.y := 2; P; v0.y := 3 END; PROCEDURE P; BEGIN NEW(v0); v0.x := 42 END P; Innerhalb von WITH wird v0 angesehen, als ob es vom Typ T1 wäre.

39 14 Regionale Typzusicherung (Spezialität von Oberon) TYPE T0 = RECORD x: INTEGER END; T1 = RECORD (T0) y: INTEGER END; P0 = POINTER TO T0; P1 = POINTER TO T1; VAR v0: P0; v1: P1; NEW(v1); v0 := v1; WITH v0:t1 DO v0.x := 1; v0.y := 2; P; v0.y := 3 END; PROCEDURE P; BEGIN NEW(v0); v0.x := 42 END P; side effect: v0 verweist auf ein T0-Objekt. Innerhalb von WITH wird v0 angesehen, als ob es vom Typ T1 wäre.

40 14 Regionale Typzusicherung (Spezialität von Oberon) TYPE T0 = RECORD x: INTEGER END; T1 = RECORD (T0) y: INTEGER END; P0 = POINTER TO T0; P1 = POINTER TO T1; VAR v0: P0; v1: P1; Unzulässiger Zugriff auf das T1-Objekt! NEW(v1); v0 := v1; WITH v0:t1 DO v0.x := 1; v0.y := 2; P; v0.y := 3 END; PROCEDURE P; BEGIN NEW(v0); v0.x := 42 END P; side effect: v0 verweist auf ein T0-Objekt. Innerhalb von WITH wird v0 angesehen, als ob es vom Typ T1 wäre.

41 15 Grad der Typisierung Typisierungsgrad 0% 100% untypisiert dynamische Prüfung Smalltalk alle Prüfungen zur Laufzeit obj doit. "message not understood" Objective-C Typisierung optional id obj; [obj doit]; C++ unsicherer Cast ohne Prüfung x = (C)y; x >doit(); typisiert statische Prüfung Java typsicherer Cast mit Laufzeitprüfung x = (C)y; ClassCastException

42 15 Grad der Typisierung Typisierungsgrad 0% 100% untypisiert dynamische Prüfung Smalltalk alle Prüfungen zur Laufzeit obj doit. "message not understood" Objective-C Typisierung optional id obj; [obj doit]; C++ unsicherer Cast ohne Prüfung x = (C)y; x >doit(); typisiert statische Prüfung Java typsicherer Cast mit Laufzeitprüfung x = (C)y; ClassCastException

43 15 Grad der Typisierung Typisierungsgrad 0% 100% untypisiert dynamische Prüfung Smalltalk alle Prüfungen zur Laufzeit obj doit. "message not understood" Objective-C Typisierung optional id obj; [obj doit]; C *obj; [obj doit]; C++ unsicherer Cast ohne Prüfung x = (C)y; x >doit(); typisiert statische Prüfung Java typsicherer Cast mit Laufzeitprüfung x = (C)y; ClassCastException

44 15 Grad der Typisierung Typisierungsgrad 0% 100% untypisiert dynamische Prüfung Smalltalk alle Prüfungen zur Laufzeit obj doit. "message not understood" Objective-C Typisierung optional id obj; [obj doit]; C *obj; [obj doit]; C++ unsicherer Cast ohne Prüfung x = (C)y; x >doit(); typisiert statische Prüfung Java typsicherer Cast mit Laufzeitprüfung x = (C)y; ClassCastException