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What-is-type-safe?

type safety 란 무엇인가.

Basic Type Safety

“잘 형식화된 프로그램은 잘못될 수 없다.” 이 구문은 Robin Milner이 1978년 작성한 A Theory of Type Polymorphism in Programming에서 언급된 말로 Type Safety를 직관적으로 보여줍니다.

Going wrong

프로그래밍 언어는 구문과 의미에 따라 정의된다. 모든 언어가 직면한 문제는 구문적으로 유효하지만 의미상으로 문제가되는 프로그램이 많다는 것이다. 영어를 예로 들자면 Chomsky의 “Colorless green ideals sleep furiously”를 볼 수 있는 데, 구문은 완벽하지만 의미가 없다. 다른 예로 OCaml 프로그래밍 언어의 1 + "foo";와 같은 구문은 프로그램에서 어떠한 의미도 없다. C언어에서 { char buf[4]; buf[4] = 'x' }는 인덱스 4에 대한 버퍼 영역을 벗어나고 있으며, 언어적으로 이에 대한 조치가 정의되어 있지 않으므로 의미가 없다고 말할 수 있다. 이러한 무의미한 프로그램을 운영하다면 go wrong이라 말할 수 있다.

Well typed -> Cannot go wrong

type-safe language에서 타입 시스템은 올바른 프로그램만 통과시킨다. 특히 우리는 프로그램이 타입 시스템이 허용한 좋은 형식의 프로그램은 type safety를 보장하고 프로그램의 의미가 잘못되지 않을 것이라 생각한다.

Which languages are type safe?

이제 인기 좋은 몇몇 언어들이 타입 안전성이 보장되는 언어인지 아닌지 살펴보겠다. 우리는 각기 다른 언어에서 다양한 의미로 적용되고 있는 타입 안전성을 알 수 있다.

C와 C++: not type safe.

C의 표준 타입 시스템은 버퍼의 끝을 쓰는 것과 같이 일반적 관행을 벗어나는 프로그램을 배제하지 않는다. 따라서 작성된 C 프로그램이 잘못될 수 있다. C++는 C의 상위 집합이므로 C의 타입 안전성을 상속한다.

Java와 C#: type safe(아마도)

C에서는 제공되지 않았던 동작에 대한 의미를 정의하여 제공한다. 특히, 배열의 범위를 벗어난 엑세스에 대해서 C에서는 의미가 없었지만 Java와 C#에서는 ArrayBoundsException을 throw한다.

Python, Ruby: type safe(틀림없이)

Python이나 Ruby는 동적 유형의 언어로 불려지며 실행 중에 발생하는 타입 에러에 대한 exception을 throw한다. 런타임 시 배열 오버플로에 대해 Java가 ArrayBoundsException을 throw하는 것처럼 정수나 문자열을 추가하려고 하면 Ruby에서 Exception이 발생한다.

결론이 이상하게 보일 수 있다. Java에서 o.m()이 좋은 타입으로 간주되면 타입 안전성은 o가 인수 없는 메소드 m을 갖는 오브젝트임을 보장하므로 호출은 항상 성공한다. Ruby에서 동일한 프로그램 o.m()은 (null)타입 시스템에 의해 항상 잘 입력된 것으로 간주되지만, 실행할 때 o가 메소드 m을 정의한다는 보장이 없으므로 호출이 성공하거나 예외가 발생한다.

정리하면 타입 안전성은 한 가지를 의미하지 않고 암시적으로 잘못된 행동을 정의하는 언어 의미 부여 방식에 달려있다.

기초를 넘어서

Generic 타입 안전성은 유용하다. 프로그램이 제대로 정의되었는 지 보장하지 않고 허용할 경우 stack smashing이나 format string attack 과 같은 공격에 당할 위험이 있다. 그러나 단순히 타입 안전성을 보장해주는 지에 대한 여부만 확인하지 말고 언어 별로 제공되는 다른 타입 안전성에 대한 이해를 바탕으로 어떤 시스템을 구성할 수 있을 지 자신에게 물어야 한다.

격차 좁히기

잘 정의된 프로그램이라도 타입 시스템이 거부하는 경우가 있다. 다음의 경우 대부분의 타입 시스템에서 거부한다.

if (p) x = 5;
  else x = "hello";
if (p) return x+5;
  else return strlen(x);

이 프로그램은 항상 정수를 리턴할 것이다. 하지만 타입 시스템은 변수 x가 정수와 문자열 양쪽을 사용하므로 거부한다. 이와 같이 타입 시스템은 불완전하고 이는 프로그래머를 힘들게 한다. (아마도 이것이 Python이나 Ruby와 같은 동적 언어를 시작하게 되는 이유일 수 있다.) 한 가지 해결책은 더 많은 프로그램을 수용하면서 격차를 좁힐 수 있게 타입 시스템을 설계하는 것이다.

예를 들어 Java의 타입 시스템은 generics라는 개념으로 버전 1.5로 확장되었다. 1.4에서는 프로그램을 받아들이기 위해 cast를 사용해야 할 수도 있었지만, 1.5에서는 cast가 필요하지 않을 수 있게 되었다.

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