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\title{Typage simple}
\subtitle{INF110 (Logique et Fondements de l'Informatique)}
\author[David Madore]{David A. Madore\\
{\footnotesize Télécom Paris}\\
\texttt{david.madore@enst.fr}}
\date{2023–2024}
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\begin{document}
\mode<article>{\maketitle}
%
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%
\begin{frame}
\titlepage
{\footnotesize\center{\url{http://perso.enst.fr/madore/inf110/transp-inf110.pdf}}\par}
{\tiny
\immediate\write18{sh ./vc > vcline.tex}
\begin{center}
Git: \input{vcline.tex}
\end{center}
\immediate\write18{echo ' (stale)' >> vcline.tex}
\par}
\end{frame}
%
\section*{Plan}
\begin{frame}
\frametitle{Plan}
\tableofcontents
\end{frame}
%
\section{Généralités sur le typage}
\begin{frame}
\frametitle{Qu'est-ce que le typage ?}
{\footnotesize Philosophie opposée du « codage de Gödel » en
calculabilité, lequel représente toute donnée finie par un
entier.\par}
\medskip
\itempoint Informellement, un \textbf{système de typage} est une façon
d'affecter à toute \alert{expression} et/ou \alert{valeur} manipulée
par un langage informatique un \textbf{type} qui contraint son usage
{\footnotesize (p.ex., « entier », « fonction », « chaîne de
caractères »)}.
\medskip
\textbf{Buts :}
\begin{itemize}
\item attraper plus tôt des \textbf{erreurs de programmation}
{\footnotesize (« ajouter un entier et une chaîne de caractères »
est probablement une erreur, ou demande une conversion
explicite)},
\item éviter des \textbf{plantages ou problèmes de sécurité}
{\footnotesize (exécution d'un entier)},
\item garantir certaines \textbf{propriétés du comportement} des
programmes ($\rightarrow$ analyse statique), forcément de façon
limitée (cf. théorème de Rice), p.ex., la \alert{terminaison},
\item aider à l'\textbf{optimisation} {\footnotesize (fonction pure :
sans effet de bord)}.
\end{itemize}
\medskip
{\footnotesize Cf. systèmes d'unités (homogénéité) en physique.\par}
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Variétés de typage}
Il y a autant de systèmes de typage que de langages de programmation !
\medskip
\itempoint Typage \textbf{statique} (à compilation) vs
\textbf{dynamique} (à exécution) ou mixte.
{\footnotesize En général on préfère : erreur à la compilation $>$
erreur à l'exécution $>$ plantage.\par}
\medskip
\itempoint Typage \textbf{inféré} par le langage ou \textbf{annoté}
par le programmeur.
{\footnotesize Type = promesse donnée par le langage au
programmeur ou par le programmeur au langage ?\par}
\medskip
\itempoint Typage « sûr » ou partiel/contournable (\textit{cast} de
la valeur, manipulation de la représentation mémoire, suppression ou
report à l'exécution de vérification).
\medskip
\itempoint Typage superficiel {\footnotesize (« ceci est une liste »)}
ou complexe {\footnotesize (« ceci est une liste d'entiers »)}.
\medskip
\itempoint Diverses annotations possibles {\footnotesize (« cette
fonction est pure », « soulève une exception »)}.
\medskip
\itempoint Liens avec les mécanismes de sécurité (qui peut faire
quoi ?), de gestion de la mémoire (système de typage linéaire),
l'évaluation (exceptions), la mutabilité.
\medskip
\itempoint Les types sont-ils citoyens de première classe
{\footnotesize (:= manipulables dans le langage)} ?
{\footnotesize Juvénal : « Quis custodiet ipsos custodes? » Quel est
le type des types eux-mêmes ?\par}
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Opérations de base sur les types}
En plus de types de base (p.ex. $\mathtt{Nat}$ = entiers,
$\mathtt{Bool}$ = booléens), les opérations suivantes sur les types
sont \emph{souvent} proposées par les systèmes de typage :
\bigskip
\itempoint Types \textbf{produits} (= paires, triplets, $k$-uplets).
P.ex. $\mathtt{Nat} \times \mathtt{Bool}$ = type des paires formées
d'un entier et d'un booléen.
\smallskip
Composantes éventuellement nommées $\rightarrow$ structures
(= enregistrements).
\smallskip
Produit vide = type trivial, $\mathtt{Unit}$ (une seule valeur).
\bigskip
\itempoint Types \textbf{sommes} (= unions). P.ex. $\mathtt{Nat} +
\mathtt{Bool}$ = type pouvant contenir un entier \emph{ou} un booléen,
avec un \alert{sélecteur} de cas.
\smallskip
Cas particulier : $\mathtt{Unit} + \cdots + \mathtt{Unit}$ = type
« énumération » (pur sélecteur).
\smallskip
Somme vide = type inhabité (impossible : aucune valeur).
\bigskip
\itempoint Types \textbf{fonctions} (= exponentielles).
P.ex. $\mathtt{Nat} \rightarrow \mathtt{Bool}$.
\bigskip
\itempoint Types \textbf{listes}. P.ex. $\mathtt{List}~\mathtt{Nat}$
= type des listes d'entiers.
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Quelques fonctionnalités fréquentes}
\itempoint \textbf{Sous-typage} = les valeurs d'un type sont
automatiquement des valeurs possibles d'un autre.
\bigskip
\itempoint \textbf{Polymorphisme} = utilisation de plusieurs types
possibles, voire de n'importe quel type (cf. transp. suivant).
P.ex. la fonction « identité » $(\forall\mathtt{t})\; \mathtt{t}
\rightarrow \mathtt{t}$.
\bigskip
\itempoint \textbf{Constructeurs de types} = fabriquent un type à
partir d'un (ou plusieurs) autres. P.ex. $\mathtt{List}$ (fabrique le
type « liste de $\mathtt{t}$ » à partir de $\mathtt{t}$).
\bigskip
\itempoint \textbf{Types récursifs} = construits par les opérateurs
(produits, sommes, fonctions, constructeurs…) à partir des types
définis eux-mêmes. P.ex. $\mathtt{Tree} =
\mathtt{List}~\mathtt{Tree}$.
\bigskip
\itempoint \textbf{Types dépendants} = un type à partir d'une valeur.
P.ex. $k \mapsto \mathtt{Nat}^k$.
\bigskip
\itempoint \textbf{Types opaques} (abstraits, privés…) = types dont
les valeurs sont cachées, l'usage est limité à une interface publique.
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Quelques exemples}
{\footnotesize Éviter les termes de typage « faible » et « fort », qui
veulent tout (ou rien) dire.\par}
\medskip
\itempoint Assembleur (langage machine) : aucun typage (tout est
donnée binaire).
{\footnotesize Idem : machine de Turing, fonctions générales
récursives (tout est entier), $\lambda$-calcul non typé (tout est
fonction).\par}
\medskip
\itempoint C : annoté, vérifié à la compilation (\emph{aucune}
vérification à l'exécution), moyennement complexe et contournable
(pointeurs génériques \texttt{void*}).
\medskip
\itempoint Python, JavaScript, Perl, Scheme, etc. : typage vérifié à
l'exécution, superficiel. Suffisant pour éviter les comportements
indéfinis.
\medskip
\itempoint Java : annoté, mixte compilation/exécution (double
vérification), initialement superficiel (listes non typées), puis
introduction de « génériques » ($\rightarrow$ polymorphisme
paramétrique) avec Java 5, puis diverses sortes d'inférence.
\medskip
\itempoint Rust : interaction avec la gestion de la mémoire
($\approx$ typage linéaire).
\medskip
\itempoint OCaml, Haskell : langages fonctionnels avec système de
typage très complexe (polymorphisme, constructeurs, types récursifs…)
\end{frame}
%
\end{document}
|
