Стандартная библиотека и связывание модулей

Библиотека ставится вместе с компилятором: install.sh, Homebrew, deb и rpm кладут её в share/flang/stdlib рядом с двоичным. В 0.7.29 это 64 модуля и 63 380 строк на самом flang: 2139 функций, из них 2132 тотальные, и 4143 примера. Числа сняты по установленному каталогу (ls share/flang/stdlib и подсчёт объявлений), а не переписаны из документации. Около двух пятых строк (26 757) — таблицы Юникода; остальное — списки, строки, числа (включая точные целые «Bignum» и дроби «Rationals»), словари, даты, разбор форматов (JSON, TOML, protobuf), протоколы (HTTP, TLS, DNS, WebSocket, Redis, PostgreSQL) и криптография.

Шесть модулей, с которых стоит начать:

Имя модуля — английское, имена функций внутри — русские: использует «Lists», потом «Сумма» от элементы.

Три границы, видные в коде

Комментариев в файлах библиотеки нет вовсе: объяснение того, что функция обещает, записано обещаниями (обеспечивает) и именами примеров, и их проверяет компилятор. Поэтому границы языка видны не в шапках файлов, а в самих объявлениях.

Списки — полиморфные. lists.flang объявлен для любого типа элемента: «Длина» от «А» принимает список «А», и рядом с примером на числах стоит пример «Три строки — тем же телом». Одно объявление обслуживает и список числа, и список строки.

Приписать элемент в начало теперь можно встроенной формой приписать … к …, и «Приписать в начало» — первая функция модуля после «Длины» — сводится к ней, а её обещания называют, что именно сохраняется:

модуль «Начало списка»

тотальная функция «Приписать в начало» от «А»
  принимает первый: «А», элементы: список «А»
  возвращает список «А»
  обеспечивает «приписывание удлиняет список ровно на один» (длина результат) равен ((длина элементы) плюс 1)
  обеспечивает «приписанное встало первым» (элемент 1 в результат) равен первый
  пример «В непустой»
    дано первый равно 1
    дано элементы равно [2, 3]
    ожидается [1, 2, 3]
  приписать первый к элементы

Числа — граница завершения. В numbers.flang четыре функции из шестнадцати не тотальные: «НОД», «НОК», «Цифры» и «Сумма цифр». Они спускаются остатком или делением, то есть шагом, который зависит от значения, а спуск по числу компилятор доказывает только при постоянном шаге с проверкой снизу (глава «Тотальность»). У тотальных функций обещания судятся по одному: у «Абсолютного значения» их пять, три доказаны обо всех входах, а два («модуль не меньше самого числа, когда число неположительно» и «модуль не меньше противоположного») держатся только на двух примерах — flang check --proof называет это «сетка 2 значения».

Строки — обход через список. Образцы пусто и голова и хвост работают только со списком, поэтому строковые функции сначала превращают текст в список (разложить … на символы, разделить … по …) и обходят уже его. Так «Strings» остаётся тотальной целиком: 39 функций из 39.

Суммы типов вместо исключений

optional.flang и result.flang существуют по одной причине: в языке нет исключений, а функция «найди первый подходящий элемент» обязана как-то сообщить, что элемента нет. Возвращать ноль — значит смешивать «нашли ноль» и «не нашли».

Обе суммы параметрические:

модуль «Своё необязательное»

тип «Возможно» от «А»
  вариант «Есть» содержит значение: «А»
  вариант «Нет»

тотальная функция «Обернуть» от «А»
  принимает значение: «А»
  возвращает «Возможно» от «А»
  пример «Число становится значением»
    дано значение равно 7
    ожидается вариант «Есть» с значение равным 7
  вариант «Есть» с значение равным значение

«Результат» в result.flang устроен так же, с двумя параметрами: «Результат» от «Значение» и «Беда», варианты «Успех» и «Ошибка». Вариант можно и передать в пример, и ожидать из него: у «Обернуть» в библиотеке два примера, на числе и на строке, и оба гоняются при каждой проверке.

Связывание модулей

Модуль подключается по имени из его первой строки, без пути:

модуль «Проба импорта»
  использует «Lists»

тотальная функция «Сумма пробы»
  принимает элементы: список числа
  возвращает число
  «Сумма» от элементы
  пример «Четыре числа»
    дано элементы равно [1, 2, 3, 40]
    ожидается результат равен 46

Так написан и файл docs/examples/import-check.flang в репозитории языка. Компилятор ищет модуль по порядку: каталог файла, каталоги выше него, каталоги из FLANG_MODULE_DIR, а затем библиотека рядом с двоичным (share/flang/stdlib). Тот же текст проверяется и в песочнице на /flang/: у неё библиотека своя, в той же версии.

$ flang check импорт.flang
модуль «Проба импорта»: функций 39, из них с доказанным завершением 39; типов 1; файлов вместе с импортами 2
импорт.flang: проверено — разбор, типы, завершаемость, ядро и примеры; замечаний нет
$ flang test импорт.flang
импорт.flang: примеров 83, прошло 83, не прошло 0

Восемьдесят три примера — один свой и восемьдесят два пришедших из lists.flang вместе с функциями. Это прямое следствие того, как устроено связывание.

Путь в кавычках (использует «Lists» из "../stdlib/lists.flang") тоже разбирается, но отсчитывается от файла и работает только внутри дерева репозитория языка. Программе вне его путь не нужен.

Импорт — это слияние, а не пространство имён

Подключённый модуль не получает префикса: его функции становятся функциями программы. Квалифицированного имени («Lists.Сумма», «Сумма из Lists») в языке нет, и это решение: поверхность у языка русская и английская одновременно, и форма, естественная в одной, была бы уродливой в другой.

Цена названа тут же: конфликт имён становится ошибкой, а не перекрытием. Объявим в своём модуле функцию «Длина», которая уже есть в «Lists»:

$ flang check конфликт.flang
FLANG_DUPLICATE_NAME, строка 4, столбец 1: в файле конфликт.flang: функция «Длина» объявлена в двух модулях: ~/.local/share/flang/stdlib/lists.flang и конфликт.flang

Сообщение называет оба файла: молчаливое перекрытие функции из другого файла — источник ошибок, которые невозможно объяснить, глядя на один файл.

Практически это значит, что глобальное пространство имён у программы одно, и чем больше модулей вы подключите, тем вероятнее столкновение.

Выборочный импорт: только

Отсюда и вторая форма заголовка — перечислить, что именно берём:

модуль «Выборочный импорт»
  использует «Lists» только «Длина», «Обратить», «Приписать в начало»

тотальная функция «Длина задом наперёд»
  принимает элементы: список числа
  возвращает число
  пример «Три числа»
    дано элементы равно [1, 2, 3]
    ожидается 3
  «Длина» от («Обратить» от элементы)

Разница видна по счётчику примеров. Полный импорт «Lists» приводил с собой восемьдесят два чужих примера; выборочный приводит только те, что объявлены у взятых функций:

$ flang test выборочно.flang
выборочно.flang: примеров 10, прошло 10, не прошло 0

Не взятое остаётся невидимым — и невидимым честно, с обычной диагностикой имени:

$ flang check невидимо.flang      # использует «Lists» только «Длина», зовёт «Сумма»
FLANG_UNKNOWN_NAME, строка 4, столбец 1: в файле невидимо.flang: имя «Сумма» не входит в список «только» у ввоза «Lists» из ~/.local/share/flang/stdlib/lists.flang: впишите его в этот список или не зовите — проверка не зависит от того, ввёз ли тот же модуль шире другой файл
FLANG_UNKNOWN_NAME, строка 7, столбец 3: неизвестная функция «Сумма»
…

С flang 0.7.32 выбранные функции получают свои внутренние зависимости. В примере для «Среднего» достаточно ввезти «Длину» и «Сумму». В 0.7.29 приходилось отдельно перечислять вспомогательные функции «Суммы» (digitable-lol/flang#447).

модуль «Среднее»
  использует «Lists» только «Длина», «Сумма»

тотальная функция «Среднее»
  принимает элементы: список числа
  возвращает число
  пример «Три числа»
    дано элементы равно [1, 2, 3]
    ожидается 2
  («Сумма» от элементы) делить на («Длина» от элементы)

Форма только не украшение. В каталоге flang/self/, где компилятор языка написан на самом языке (глава «Ядро FTS на flang»), почти каждый заголовок пользуется ею. Так начинается лексер компилятора (flang/self/lexer.flang):

модуль «Лексер flang»
  использует «Strings» только «Соединить строки», «Шаг склейки строк», «Заменить», «Позиция подстроки», «Приписать строку в начало»

В списке стоит и «Шаг склейки строк» — вспомогательная функция, на которой построена «Соединить строки»: та же граница только, что и выше. Модули компилятора между собой ввозятся так же, по спискам: файлы большие, имена в них общие, и слияние целиком столкнуло бы половину.

Тот же приём решает и задачу переиспользования: вывод разобранной программы в JSON в self/ не написан заново, а ввозится из одного модуля.

Библиотека на функциях-значениях лежит в stdlib

Функция в flang — значение, и у библиотеки есть модуль, который на этом построен: higher-order.flang, «Higher order». Свёртка, отображение, фильтр, поиск, сортировка и композиция принимают функцию аргументом:

модуль «Своё отображение»

тотальная функция «Удвоить»
  принимает х: число
  возвращает число
  х плюс х

тотальная функция «Отобразить числа»
  принимает ф: функция из числа в число, элементы: список числа
  возвращает список числа
  обеспечивает «отображение сохраняет длину» (длина результат) равен (длина элементы)
  пример «Удвоить каждое»
    дано ф равно функция «Удвоить»
    дано элементы равно [1, 2, 3]
    ожидается [2, 4, 6]
  отобразить элементы как эл → ф от эл

В самой библиотеке «Отобразить» объявлена шире — от «А» и «Б», с аргументом ф: функция из «А» в «Б». В модуле 35 функций, все тотальные, и 58 примеров; два модуля он ввозит выборочно (использует «Numbers» только …, использует «Lists» только «Приписать в начало»).

Функции-значения ничего не стоят в сгенерированном коде: перед генерацией компилятор одним проходом превращает их в обычные вызовы, поэтому граф вызовов остаётся конечным, а завершение — доказуемым. Цена другая: этому проходу нужна вся программа целиком.

Чего в stdlib нет

Ввода-вывода в виде функций библиотека не даёт, и это не пробел: файл, сеть, процесс и время программа описывает значением — запросом к среде, а исполняет среда исполнения (flang io, глава «Синтаксис по факту», раздел про план). Набор таких запросов задаёт сам язык. Протокольные модули библиотеки («Requests and responses», «TLS records», «DNS», «Redis», «Postgres») — чистые функции: они собирают и разбирают сообщения, а отправляет байты среда.

Словарь и множество есть, но это обычные модули на самом flang, без отдельной поддержки компилятора: «Dictionary», «Hash map», «Tree map» и «String sets». Структур с индексным доступом за O(1) нет: «Элемент» в «Lists» идёт по списку и стоит O(n).

Дальше — глава «Интерпретатор», про то, что всё это исполняет.