Typed open programming : a higher-order, typed approach to dynamic modularity and distribution

Abstract

In this dissertation we develop an approach for reconciling open programming the development of programs that support dynamic exchange of higher-order values with other processes with strong static typing in programming languages. We present the design of a concrete programming language, Alice ML, that consists of a conventional functional language extended with a set of orthogonal features like higher-order modules, dynamic type checking, higher-order serialisation, and concurrency. On top of these a flexible system of dynamic components and a simple but expressive notion of distribution is realised. The central concept in this design is the package, a first-class value embedding a module along with its interface type, which is dynamically checked whenever the module is extracted. Furthermore, we develop a formal model for abstract types that is not invalidated by the presence of primitives for dynamic type inspection, as is the case for the standard model based on existential quantification. For that purpose, we present an idealised language in form of an extended -calculus, which can express dynamic generation of types. This calculus is the first to combine and explore the interference of sealing and type inspection with higher-order singleton kinds, a feature for expressing sharing constraints on abstract types. A novel notion of abstracton kinds classifies abstract types. Higher-order type and kind coercions allow for modular translucent encapsulation of values at arbitrary type.

In dieser Dissertation entwickeln wir einen programmiersprachlichen Ansatz zur Verbindung offener Programmierung der Entwicklung von Programmen, die das dynamische Laden und Austauschen höherstufiger Werte mit anderen Prozessen erlauben mit starker statischer Typisierung. Wir stellen das Design einer konkreten Programmiersprache namens Alice ML vor. Sie besteht aus einer konventionellen funktionalen Sprache, die um einen Satz orthogonaler Konzepte wie höherstufige Modularisierung, dynamische Typüberprüfung, höherstufige Serialisierung und Nebenläufigkeit erweitert wurde. Darauf aufbauend ist ein flexibles System dynamischer Komponenten sowie ein einfacher aber expressiver Ansatz fur Verteilung verwirklicht. Zentral ist dabei das Konzept eines Pakets (package), welches ein Modul in Kombination mit seinem Schnittstellentyp in einen Wert einbettet, und bei der Extraktion des Moduls eine dynamische Typüberprüfung vornimmt. Weiterhin entwickeln wir einen theoretischen Ansatz zur Modellierung von abstrakten Typen, welcher im Gegensatz zum herkömmlichen formalen Modell existentieller Quantifizierung auch in Gegenwart dynamischer Typinspektion gültig ist. Zu diesem Zweck definieren wir eine idealisierte Sprache in Form eines erweiterten λ-Kalküls, der dynamische Typgenerierung ausdrucken kann. Der Kalkül kombiniert diese erstmals mit höherstufigen Singleton Kinds, einem Sprachkonstrukt, welches Gleichheit von Typen ausdrücken kann. Zur Klassifizierung abstrakter Typen werden Abstraktions-Kinds als verwandtes Konzept entwickelt. Höherstufige Konversionen auf Term- und Typebene erlauben zudem die nachträgliche modulare Enkapsulierung von Werten beliebigen Typs.