俺たちのPHPの型システムはすごいぞっ！

PHPカンファレンス福岡2024での発表内容です！

過去のPHP(特に５系まで)では、型システムが未熟であり、型の変換や関数の引数や返り値の型が厳密に管理されなかったため、関数を利用する際に適切な型の値を渡すことが難しかったり、返り値の型を信頼できない場合がありました。現在名前ベースで一致を調べる型システム(nominal type system) を採用していますが、他の言語と比べて、どうなのかを次の観点をベースにお伝えします。

採用している型システムの考え方のメリットデメリット(nominal type systemなど)
型コンパイルのタイミングが異なることによる影響
1,2では難しいポイントを各言語ではどう問題解決しているのか？
型システムの違いが及ぼす業務コードを書くことへの影響

Transcript

1. 俺たちのPHPの 型システムはすごいぞっ！ スー
2. 自己紹介 テックリード ／　Suguru Ohki スー TechTrainのエンジニア1人目。 技術を反復横跳びしていますが、前より抑えられています・・・！ 趣味: サウナ、お酒
3. Agenda そもそも型システムって何？ 型の周辺知識 PHPが採用している型システム PHPの型の歴史 PHPの型システムのココがすごいぞっ！ まとめ 他の言語が採用している型システム
4. 00 そもそも型システムって？
5. プログラム内の データ 式 に 型 （ デ ー タ の 種 類 や 性 質 ） を 割 り あ て そ れ ら の 使 用 を 規 定 す る ル ー ル の集合 型システムの定義とは？
6. 型システムで何ができるか？
7. 型システムで何ができるか？ エラーの早期発見 コードの自己文書化 APIの設計と使用のサポート そのほか
8. エラーの早期発見
9. エラーの早期発見 d e c l a r e ( s t r i c t _ t y p e s = 1 ) ; じ ゃ な い 時 は ど う す る の か っ て ？ 知 ら ん 知 ら ん
10. コードの自己文書化
11. コードの自己文書化 a r r a y の 中 身 に つ い て は 不 問 と し ま す ! ( 震 え 声 )
12. API の設計とサポート a r r a y の 中 身 に つ い て は 不 問 と し ま す ! ( 震 え 声 )
13. そのほか リ フ ァ ク タ リ ン グ の 支 援 型 情 報 を 利 用 し て 、 安 全 に コ ー ド を 変 更 で き ま す 。 I D E や ツ ー ル が 型 情 報 を 使 用 し て 、 関 連 す る 部 分 の 自 動 更 新 を 提 案 可 能 パ フ ォ ー マ ン ス の 最 適 化 コ ン パ イ ラ ー が 型 情 報 を 使 用 し て 、 最 適 化 さ れ た 機 械 語 コ ー ド を 生 成 P H P の 場 合 、 J I T コ ン パ イ ラ が よ り 効 率 的 な コ ー ド を 生 成 で き る 可 能 性 あ り
14. 01 型の周辺知識 型推論・型付け・型宣言・型推論
15. 名前的 or 構造的 Nomi nal type system(公称型) 1 . Structural Typi ng(構造型) 2 .
16. 名前的 or 構造的 1.Nominal type system FooとBarの名前が異なる →エラーとなる
17. 名前的 or 構造的 2. Structural Typing FooとBarの構造が同じ →エラーとならない
18. 強い型付け・弱い型付けって何？
19. 強い型付け・弱い型付けって何？
20. 強い型付け・弱い型付けって何？ 1.強い型付け 型が異なるときエラー
21. 強い型付け・弱い型付けって何？ 2.弱い型付け 型が異なるとき * 暗黙的変換 * Warningを出す 言語によって対応が異なる
22. 強い or 弱い / 動的 or 静的
23. 型宣言って何？ 計算で扱う数値、計算結果の表示の型or形式を決めること
24. PHPにおける型宣言って何？ 関数のパラメータ 戻り値 クラスのプロパティ (PHP 7.4.0 以降) に対して型を宣言
25. 型宣言って何？
26. 型宣言って何？ PHPの型宣言の場合、ちょっとした注意もあって。 スカラー型( bool , i nt , fl oat , stri ng ) のエイリアスは サポートされていません 例として bool -> bool ean を取り扱います。
27. 型宣言って何？
28. 型宣言って何？
29. 型宣言って何？ 実は書いてある・・・！
30. 型推論って何？ 変数や関数シグネチャの型を明示的に宣言しない場合周辺 情報および文脈などから自動的に（暗黙的に）各々の型を 決定する機構 変数宣言における初期化のための初期値 関数呼び出しにおける実引数 etc. . .
31. 型推論って何？ 変数や関数シグネチャの型を明示的に宣言しない場合周辺 情報および文脈などから自動的に（暗黙的に）各々の型を 決定する機構 変数宣言における初期化のための初期値 関数呼び出しにおける実引数 etc. . .
32. 型推論って何？
33. 型推論って何？
34. 型推論って何？
35. 型推論って何？
36. 型推論って何？
37. 02 PHPが採用している 型システム
38. 採用アルゴリズム
39. 採用アルゴリズム 部分型の関係を満たしつつ (behavi ral subtypi ng) 名前ベースで一致を調べる型システム (nomi nal type system)
40. 採用アルゴリズム 部分型の関係を満たしつつ (behavi ral subtypi ng) 名前ベースで一致を調べる型システム (nomi nal type system) わ か ら ん
41. behavi ral subtypi ng サブタイプ（派生クラス）は、そのスーパータイプ（基底ク ラス）の代わりに使用できるべきである。 1 . サブタイプは、スーパータイプの振る舞い（メソッドの契約） を維持しなければならない。 2 . サブタイプは、スーパータイプの事前条件を強化してはなら ず、事後条件を弱めてはならない。 3 .
42. behavi ral subtypi ng Dog,Catクラスは、Animalの代わりに使用できるべき 1 . Dog,Cat は、Animalの振る舞い（メソッドの契約）を維持 しなければならない。 2 . Dog,Cat は、Animalの事前条件を強化してはならず、事後 条件を弱めてはならない。 3 .
43. behavi ral subtypi ng
44. behavi ral subtypi ng
45. behavi ral subtypi ng
46. behavi ral subtypi ng
47. behavi ral subtypi ng
48. behavi ral subtypi ng
49. behavi ral subtypi ng Dog, Cat, Bird クラスはすべて Animal インターフェース を実装しているため、Animal 型を期待する場所で使用でき ます。 1 . すべてのサブクラスが makeSound と move メソッドを実 装しており、Animal インターフェースの契約を守っていま す。 2 .
50. behavi ral subtypi ng 3. 事前条件と事後条件： makeSound メソッドは、すべてのサブクラスで同じ事前条 件（引数なし）と事後条件（文字列を返す）を持っていま す。 move メソッドも、すべてのサブクラスで同じ事前条件（整 数の距離）を持っています。ただし、Bird クラスでは移動距 離が2倍になっていますが、これは事後条件を強化している ため、Behavioral subtypingの原則に違反していません。
51. behavi ral subtypi ng 4. 型の一貫性： クライアントコード（makeAnimalSound と moveAnimal 関数）は、具体的な動物の種類を知る必要が なく、Animal インターフェースに依存しています。これに より、新しい動物のクラスを追加しても、既存のコードを変 更する必要がありません。
52. 採用アルゴリズム 部分型の関係を満たしつつ (behavi ral subtypi ng) 名前ベースで一致を調べる型システム (nomi nal type system)
53. 繰り返しになりますが、 名前ベースのアルゴリズ ムです
54. 名前的 or 構造的 1.Nominal type system FooとBarの名前が異なる →エラーとなる
55. 03 他の言語が採用している 型システム
56. Python 型ヒントシステムPEP484にて定義されている 1 . 型推論制約ベースの推論アルゴリズムが使用されており、 Hindley-Milner型推論の変化型？っぽいかもしれません 2 . 型チェック自体は、言語内に取り込まれている 3 . 静的型チェックのライブラリ: mypy 4 . 抽象構文木(AST)を走査して型の整合製をチェック a.
57. Python
58. Ruby DuckTypingを利用。型の解析は、完全に外部へ出している 1 . Sorbetは、制約解決アルゴリズムを使用して型推論を行う 2 . 型の関係を制約として表現し、制約を満たす型の割り当て を見つけるアプローチをとっている a. Ruby3.0からは公式がサポートする型の定義が利用できる RBSが導入されている 3 . 作者のMatzさんは型宣言やTypeHintを入れる想定がな く、型推論が充実すれば必要なくなることを想定している 4 . 実際のコードに対して型情報を付加しても本番コードを変更 する必要がない 5 .
59. Ruby
60. Rust 型システム: Hindly-Milner型推論?をベースとしたアルゴ リズムが利用 1 . 所有権とライフタイムの概念をアルゴリズムに対して拡張し て実装されている 2 . 借用チェッカー: 参照の有効性をコンパイル時にチェック 3 . トレイトベースのジェネリクス: インターフェースとジェネ リクスを組み合わせた柔軟な抽象化が可能 4 . 代数的データ型: エニュームを使用して複雑なデータ構造を 表現できる 5 .
61. Rust
62. TypeScri pt 型システム: Structural Subtyping 1 . 型推論システム: Hindly-Milner型推論?をベースとしたア ルゴリズムが利用 2 . 型推論：多くの場合、明示的な型注釈がなくても型を推論 3 . ジェネリクス: 型パラメータを使用して、再利用可能な型定 義を作成できる 4 . 型ガード： 5 . 実行時の型チェックと静的型システムを連携させることがで きます。 6 .
63. TypeScri pt
64. 04 PHPの型の歴史 追加されてきた機能を紹介
65. PHP4系
66. PHP5系: クラスとインターフェースの型ヒント
67. PHP7系: スカラー型のヒント
68. PHP7系: nul l 許容型
69. PHP7系: voi d戻り値型
70. PHP7系: stri ct mode
71. PHP8系: Uni on型
72. PHP8系: Uni on型
73. PHP8系: Mi xed型
74. PHP8系: stati c型
75. PHP8系: インターセクション型( 交差型)
76. PHP8系: 読み取り専用のプロパティ
77. PHP8系: Enum型
78. PHPの型でまだサポートが弱い箇所 array 1 . 型の相互変換 2 .
79. 05 PHPの型システムの ココがすごいぞっ！
80. 強い型付けと弱い型付けのどちらも可能 強い型付けと弱い型付けはどちらかのみサポートされている ケースが多い 1 . 弱い型付け時代に利用されていた外部ツール(Phpstanなど) の静的解析のサポートなどが強い 2 . これらの型推論を助けたりするツールについては、Ruby も強い。連携性についてはむしろRubyの方が良いと言っ ても良い。公式で出しているし・・・w a.
81. 言語に対するTypeHi ntなどの取り入れ方 型システムの強化という意味で、型の定義自体を言語に取り 入れているところは少ない 1 . 最近の特に今まで型のサポートが弱かった言語や動的言語の トレンドは外部に用意した型定義を読み込んで推論によって 開発体験を向上させるといったアプローチが多い 2 . Ruby: Sorbet, RBS(言語外) a. JavaScript: TypeScript b. Python: typing module(言語内) c . 今後も硬くかけるようになっていくっぽい 3 . →ここに実際のソースコードの処理部分を入れることにする 4 .
82. 型システムの強化という意味で、型の定義自体を言語に取り 入れているところは少ない 1 . 最近の特に今まで型のサポートが弱かった言語や動的言語の トレンドは外部に用意した型定義を読み込んで推論によって 開発体験を向上させるといったアプローチが多い 2 . Ruby: Sorbet, RBS(言語外) a. JavaScript: TypeScript b. Python: typing module(言語内) c . 今後も硬くかけるようになっていくっぽい 3 . 言語に対するTypeHi ntなどの取り入れ方
83. 06 まとめ
84. まとめ PHPはだんだんと硬い言語になりつつある 1 . strict_typesがもっと便利になる可能性あり？declineされ ちゃったけど。 2 . 今年日本にも来られたGinaさんをはじめとしたCommiterの 方々の偉業により、型安全性を高める動きが進んでいくは ず！（色々コミュニティとして貢献していきたいところ） 3 . 強い型付けと弱い型付けどちらもあるのはやっぱすごい。 4 . 内部の命名からも今後はもっと硬くしていくつもりっぽい 5 .
85. ご清聴ありがとう ございました！ 時間があれば、余談に続く
86. 07 余談
87. 余談1: Gener i cs Generics 1 . 言語に取り入れるRFCが実はあるが、動いてない a. https://wiki.php.net/rfc/generics (Draft) i . https://github.com/PHPGenerics/php- generics-rfc/issues/45 ii . https://github.com/nikic/php-src/pull/3 iii . phpstanやmrsuh/php-genericsといったライブラリで 現在は取り入れられていることが多いですよね！ b. 2 .
88. 余談2: まだまだPHPの型の怪しいところ 型の相互変換(TypeJuggling) 型の機能自体が 値の型そのものを見ているわけではなく、 値の内容が目的の型に変換できるかどうかでみている a. 受け入れられると型変換されると言った性質を持つ部分が あるため、このようなことが結構おきる b. 日本に来てGina Peter Banyard(Girgias)さんがLTをし てくださった際にもTypeJugglingには言及されていて、 安全に型が使えるようにRFCを出してくださることが多い c . swisskyrepo/PayloadsAllTheThings にも例がある d.
89. 余談3: 実はt ypeに優先順位がある え？typeに優先順位なんてあんの？と思いましたw
90. 余談4: 型システムを調査で便利だったもの 調査の時に全くわからない分野だったので、色々使ったりしたの ですが、本日リリースされたClaudeが一番わかりやすく、詳細 な調査結果を的確に出力していました。 ChatGPTよりも体験と精度はこの分野においては良かったの で、試してみると良いかなと思いました！