Rust 中的类型级编程 | Will Crichton

主要观点:通过使用 Rust 的类型系统进行类型级编程,实现了信息流控制和两方通信协议的特定领域类型系统,并构建了类型运算符、逻辑程序及其在 Rust 中的编码之间的一般对应关系。

关键信息

  • 介绍了类型状态(typestate)的概念,即通过编程语言的类型系统编码状态机,包括每个状态用唯一类型表示、状态转换作为对应状态类型的方法等。
  • 以发送-接收通道的状态机为例展示了类型状态的应用。
  • 以信息流控制为例,通过定义安全级别类型、Item结构体等,实现了不同安全级别的向量操作,并使用类型级计算MaxLevel来确定向量的安全级别。
  • 介绍了两方通信协议的会话类型,用 Rust 编码了相关语法和运行时通信 API,包括Chan通道、labelgoto操作等,并实现了对偶类型(Dual types)和标签与跳转(Label and goto)的操作。
  • 探讨了特质(traits)作为关系,展示了如何将特定领域的类型系统降低为 Rust 特质,以及如何将类型运算符翻译为逻辑程序。

重要细节

  • #[repr(transparent)]确保Channel在标记类型的转换中布局稳定。
  • transmute的使用及相关注意事项。
  • 不同类型操作的 trait 实现细节,如ComputeMaxLevelComputeDualComputeNth等。
  • 对偶类型的归纳生成过程及相关 trait 实现。
  • 标签和跳转操作中对环境Env的处理及相关类型级操作的实现。
  • 特质与逻辑程序之间的一般翻译规则。
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