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このコミットは、Goコンパイラ（cmd/gc）におけるcomplex組み込み関数の型チェックロジックを修正し、引数の型が厳密に一致しない場合にコンパイルエラーを発生させるように変更したものです。具体的には、Go言語の仕様で定められている「complex関数の2つの引数は同じ浮動小数点型でなければならない」という要件をより厳密に強制するために、型比較の方法を改善しています。

コミット

commit 401e0fea3ad120a495f7c8770cfbf1278c00c16e
Author: Rémy Oudompheng <oudomphe@phare.normalesup.org>
Date:   Mon Mar 11 22:55:14 2013 +0100

    cmd/gc: reject complex calls with mismatched argument types.
    
    The specification says "the two arguments must be of the same
    floating-point type."
    
    R=rsc, gri
    CC=golang-dev
    https://golang.org/cl/7671045

GitHub上でのコミットページへのリンク

https://github.com/golang/go/commit/401e0fea3ad120a495f7c8770cfbf1278c00c16e

元コミット内容

cmd/gc: reject complex calls with mismatched argument types. （cmd/gc: complex呼び出しにおける引数の型不一致を拒否する。）

The specification says "the two arguments must be of the same floating-point type." （仕様では「2つの引数は同じ浮動小数点型でなければならない」と規定されている。）

変更の背景

Go言語には、実部と虚部から複素数を作成するための組み込み関数complexが存在します。この関数は、complex(real, imag)のように使用され、realとimagは同じ浮動小数点型（float32またはfloat64）である必要があります。しかし、このコミット以前のGoコンパイラでは、この型チェックが不十分でした。

具体的には、float32とそれから派生したユーザー定義型（例: type MyFloat32 float32）をcomplex関数の引数として渡した場合、コンパイラはこれらを同じ「基本型」（float32）として扱ってしまい、型が厳密に一致しないことを見落とす可能性がありました。Goの型システムでは、基底型が同じであっても、異なる型として宣言されたものは異なる型として扱われます。このコミットは、この仕様の厳密な解釈と実装の乖離を修正し、より堅牢な型安全性を提供することを目的としています。

前提知識の解説

Go言語の型システム

Go言語は静的型付け言語であり、変数は宣言時に型を持ち、その型に合った値のみを格納できます。Goの型システムは、以下のような特徴を持ちます。

• 基本型 (Basic Types): int, float32, string, boolなど、言語に組み込まれている型です。
• 複合型 (Composite Types): 配列、スライス、マップ、構造体、インターフェースなど、基本型を組み合わせて作られる型です。
• ユーザー定義型 (User-defined Types): type NewType UnderlyingType の形式で、既存の型を基にして新しい型を定義できます。例えば、type MyFloat32 float32と定義した場合、MyFloat32はfloat32とは異なる新しい型として扱われます。ただし、基底型が同じであれば、型変換（キャスト）によって相互に変換可能です。

complex組み込み関数

complex関数は、Go言語の組み込み関数の一つで、2つの浮動小数点数から複素数を作成します。

• シグネチャ: func complex(real, imag FloatType) ComplexType
• 引数: realとimagは同じ浮動小数点型（float32またはfloat64）でなければなりません。
• 戻り値: 引数がfloat32の場合、complex64を返します。引数がfloat64の場合、complex128を返します。

Go言語の仕様では、complex関数の引数について「The two arguments must be of the same floating-point type.」（2つの引数は同じ浮動小数点型でなければならない。）と明記されています。

Goコンパイラの型チェック

Goコンパイラは、ソースコードを機械語に変換する過程で、プログラムの型がGo言語の仕様に準拠しているかを確認します。この型チェックの段階で、型の不一致や不正な操作が検出されると、コンパイルエラーが発生します。

• Node構造体: Goコンパイラの内部では、AST（抽象構文木）の各ノードがNode構造体で表現されます。このNode構造体には、そのノードが表す式の型情報を持つtypeフィールドが含まれています。
• Type構造体: Type構造体は、Go言語の型システムにおける型を表す内部表現です。この構造体には、型の種類（基本型、ポインタ型、構造体型など）を示すetype（element type）フィールドや、型の詳細な情報が含まれます。
• etype: etypeは、型の「種類」を示す列挙型のようなものです。例えば、float32とMyFloat32は異なる型ですが、どちらも基底型がfloat32であるため、etypeは同じ値（例えばTFLOAT32）を持つ可能性があります。
• eqtype関数: eqtype関数は、2つのType構造体が「等しい型」であるかを厳密に比較する関数です。これは、単にetypeが同じであるかを見るだけでなく、型が持つすべての属性（例えば、ユーザー定義型であるか、ポインタの深さ、構造体のフィールドなど）を考慮して比較します。

技術的詳細

このコミットの核心は、complex組み込み関数の引数に対する型チェックの厳密化です。以前のコンパイラでは、src/cmd/gc/typecheck.c内のcomplex関数の型チェックにおいて、引数の型がl->type->etype != r->type->etypeという条件で比較されていました。これは、引数の「基本型」が異なる場合にエラーを出すものでした。

しかし、このアプローチでは、以下のようなケースで問題が発生します。

type MyFloat32 float32

var f32 float32
var mf32 MyFloat32

// 以前のコンパイラではエラーにならなかった可能性
_ = complex(f32, mf32)

上記の例では、f32とmf32は異なる型ですが、どちらも基底型はfloat32です。そのため、etypeは同じ値を持つ可能性があり、l->type->etype != r->type->etypeという比較では、この型不一致を検出できませんでした。Goの仕様では、これらは「同じ浮動小数点型」ではないため、エラーとなるべきです。

このコミットでは、この問題を解決するために、型比較を!eqtype(l->type, r->type)に変更しました。eqtype関数は、2つの型が完全に同一であるかをチェックします。これには、基底型だけでなく、型がユーザー定義型であるかどうかも含め、型のすべての属性が考慮されます。これにより、float32とMyFloat32のような、基底型は同じだが異なるユーザー定義型である引数がcomplex関数に渡された場合に、コンパイラが正しく型不一致を検出できるようになります。

エラーメッセージも、より正確に「mismatched types」（型不一致）を示すように変更されました。

コアとなるコードの変更箇所

変更は主に以下の2つのファイルで行われています。

1. src/cmd/gc/typecheck.c: complex関数の型チェックロジックが変更されました。

   --- a/src/cmd/gc/typecheck.c
   +++ b/src/cmd/gc/typecheck.c
   @@ -1182,9 +1182,9 @@ reswitch:
    		defaultlit2(&l, &r, 0);\n \t\tn->left = l;\n \t\tn->right = r;\n-\t\tif(l->type->etype != r->type->etype) {\n+\t\tif(!eqtype(l->type, r->type)) {\n \t\tbadcmplx:\n-\t\t\tyyerror(\"invalid operation: %N (complex of types %T, %T)\", n, l->type, r->type);\n+\t\t\tyyerror(\"invalid operation: %N (mismatched types %T and %T)\", n, l->type, r->type);\n \t\t\tgoto error;\n \t\t}\n \t\tswitch(l->type->etype) {
   

   • l->type->etype != r->type->etype が !eqtype(l->type, r->type) に変更されました。
   • エラーメッセージが "invalid operation: %N (complex of types %T, %T)" から "invalid operation: %N (mismatched types %T and %T)" に変更されました。

2. test/cmplx.go: 新しいテストケースが追加され、この変更によって正しくエラーが検出されることを検証しています。

   package main
   
   type (
   	Float32    float32
   	Float64    float64
   	Complex64  complex64
   	Complex128 complex128
   )
   
   var (
   	f32 float32
   	f64 float64
   	F32 Float32 // ユーザー定義型
   	F64 Float64 // ユーザー定義型
   
   	c64  complex64
   	c128 complex128
   	C64  Complex64 // ユーザー定義型
   	C128 Complex128 // ユーザー定義型
   )
   
   func main() {
   	_ = complex128(0)     // ok
   	_ = complex(f32, f64) // ERROR "complex" (既存のテスト)
   	_ = complex(f64, f32) // ERROR "complex" (既存のテスト)
   
   	// 新しく追加されたテストケース
   	_ = complex(f32, F32) // ERROR "complex" - float32 と MyFloat32 の不一致
   	_ = complex(F32, f32) // ERROR "complex" - MyFloat32 と float32 の不一致
   	_ = complex(f64, F64) // ERROR "complex" - float64 と MyFloat64 の不一致
   	_ = complex(F64, f64) // ERROR "complex" - MyFloat64 と float64 の不一致
   
   	c128 = complex(f32, f32) // ERROR "cannot use" (既存のテスト)
   	c64 = complex(f64, f64)  // ERROR "cannot use" (既存のテスト)
   
   	c64 = complex(1.0, 2.0) // ok, constant is untyped
   	c128 = complex(1.0, 2.0)
   	C64 = complex(1.0, 2.0)
   	C128 = complex(1.0, 2.0)
   
   	C64 = complex(f32, f32)  // ERROR "cannot use" - ユーザー定義型への代入
   	C128 = complex(f64, f64) // ERROR "cannot use" - ユーザー定義型への代入
   }
   

コアとなるコードの解説

src/cmd/gc/typecheck.cにおける変更は、Goコンパイラの型チェックの精度を大幅に向上させます。

• l->type->etype != r->type->etype から !eqtype(l->type, r->type) への変更:

  • 旧ロジック (etype比較): etypeは型の「基本カテゴリ」を示すため、float32とtype MyFloat32 float32のようなユーザー定義型は、どちらも基底型がfloat32であるため、同じetypeを持つ可能性がありました。これにより、コンパイラはこれらを同じ型として誤認し、仕様に反してcomplex(float32, MyFloat32)のような呼び出しを許可してしまう可能性がありました。
  • 新ロジック (eqtype比較): eqtype関数は、2つのType構造体が完全に同一であるかを厳密に比較します。これには、型の基底型だけでなく、それがユーザー定義型であるか、ポインタの深さ、構造体のフィールド構成など、型のすべての属性が考慮されます。したがって、float32とMyFloat32はeqtype関数によって異なる型であると正しく識別され、complex関数に渡された場合にエラーが報告されるようになります。これは、Go言語の型システムの厳密なルールをコンパイラが正しく適用するために不可欠な変更です。

• エラーメッセージの変更:

  • 旧エラーメッセージ: "invalid operation: %N (complex of types %T, %T)"
  • 新エラーメッセージ: "invalid operation: %N (mismatched types %T and %T)" この変更は、エラーの原因が単に「complex型」であることではなく、「引数の型が一致しない」ことにあることをより明確にユーザーに伝えるためのものです。これにより、開発者は問題の根本原因をより迅速に特定し、修正することができます。

test/cmplx.goに追加されたテストケースは、この変更が意図通りに機能することを確認するためのものです。特に、complex(f32, F32)のような、基底型は同じだがユーザー定義型と基本型が混在するケースが正しくエラーとして扱われることを検証しています。

このコミットは、Go言語の型安全性を高め、言語仕様の厳密な遵守を保証する上で重要な改善です。

関連リンク

• Go CL 7671045: https://golang.org/cl/7671045

参考にした情報源リンク

• Go言語の仕様 (The Go Programming Language Specification): https://go.dev/ref/spec
• Go言語の組み込み関数 (Built-in functions): https://go.dev/ref/spec#Built-in_functions
• Go言語の型 (Types): https://go.dev/ref/spec#Types
• Goコンパイラのソースコード (Go compiler source code): https://github.com/golang/go/tree/master/src/cmd/compile
• Goコンパイラの型システムに関する議論やドキュメント (Go compiler type system discussions/documentation) - 必要に応じてWeb検索で参照。