通过合并实现动态继承的类型安全编译

《ACM Transactions on Programming Languages and Systems》：Type-Safe Compilation of Dynamic Inheritance via Merging

CP语言结合静态类型与动态继承，通过合并运算符和参数多态性支持模块化开发。针对子类型强制转换的编译挑战，设计基于可扩展记录的编译方案，经实验验证优化后性能接近类式JavaScript程序。

　　

摘要

继承是许多编程语言中的关键概念。动态类型语言（如JavaScript）通常支持强大的动态继承形式。然而，动态继承对静态类型语言来说带来了重大挑战。大多数静态类型语言仅提供静态继承机制，以实现类型安全，但代价是牺牲了灵活性。

本文介绍了一种针对CP语言的编译器。CP是一种静态类型语言，但它通过合并操作符支持动态继承，并且还具有表达能力强的参数多态性。合并操作符实现了多重继承、一等类以及虚拟类和家族多态性。借助这些特性，CP语言能够开发出高度模块化且耦合度低的组件。然而，高效编译CP代码并非易事，尤其是当需要单独编译各个部分时。特别是在CP语言中，为了类型安全，子类型化是强制性的，这给编译方案的实现带来了很大挑战。我们展示了如何将CP语言编译成支持可扩展记录（类似数据结构）的语言，在这种语言中，记录标签是根据类型生成的，从而实现高效的查找功能。该编译方案的主要思想已在Coq中形式化证明，并被验证是类型安全的。CP编译器的具体实现针对JavaScript语言，其中记录被建模为JavaScript对象。我们通过多种基准测试进行了实证评估，并分析了若干针对CP语言特性的优化措施的效果。借助这些优化，CP语言的编译速度可比简单的合并编译方案快几个数量级，其性能可与基于类的JavaScript程序相媲美。