Raku 在编译时执行哪些类型检查？将来可能会改变吗？

Question

目前（截至 2020 年 8 月）Rakudo 不在编译时对函数的返回值进行类型检查；也就是说，它不提供函数满足其返回约束的静态保证。具体来说，以下两个函数都编译为 Raku：

sub get-int(--> Int) { 'bug' }

sub get-int($a --> Int) { 
   when $a == 5 { 'Rare bug' }
   default      { 42 }
}

我有两个相关的问题：

1. 有什么方法可以知道当前在编译时发生了什么（如果有的话）类型检查？ （通过某人编写的列表、文档中的某处或 Rakudo 源中的中心位置）还是比这更临时？

2. 缺乏编译时类型检查是否是有意的设计决策？或者是添加更多静态类型检查的东西，有一天会很高兴，但还没有实现？

（我熟悉 Johnathan 对 The performance penalties for types/constraints in Raku? 的出色回答，其中指出“Raku 要求写入程序的类型约束在运行时最迟强制执行。”该回答描述了多种方式以避免类型检查的运行时成本，但没有描述在编译时进行的类型检查（如果有的话）（这肯定会避免运行时成本！）。）

Answer 1

目前很少在编译时检查类型；这主要是作为静态优化器的副作用发生的。今天的检查主要是关于子程序调用，其中：

• 我们可以确定调用的数量并知道传递的参数数量永远不会匹配
• 我们有文字参数，并且可以看到它们永远不可能与签名匹配

这是静态优化器进行更多内联工作时的遗留问题。现在，它只在编译时内联原生操作符，其余的留给 VM 的动态优化器，后者在内联方面的能力大大提高，也可以取消内联（允许推测优化，但也意味着可以恢复原始堆栈跟踪，而静态优化器丢失了这些信息）。

在编译时做更多的事情被认为是可取的，但是有一些实际问题需要考虑。

1. 引入额外的检查也可能会破坏以前工作的代码。考虑一个具有代码路径的模块，该模块将无法通过更严格的编译时检查，但它正在用于从未遇到这种情况的系统中。如果它开始无法在较新版本的编译器上编译，那么在编译器升级后将无法部署该系统。一般来说，这意味着执行的检查应该随着语言版本的变化而变化。 （这仍然意味着人们在编写代码时应该声明他们正在编写的语言版本，请注意。）
2. 在编译时进行的更多检查将“肯定避免运行时成本”这可能是真的，但推理起来并非易事。托管运行时不能盲目地相信它给出的字节码中的承诺，因为这可能导致内存安全违规（导致 SIGSEGV 或更糟）。这在 Raku 这样的语言中是非常清楚的，其中类型检查的语义是可编程的，但在 JVM、CLR 等中是正确的。 Raku 中与类型相关的最大优势来自于使用本机类型，这可以避免大量分配，从而避免垃圾收集工作。
3. 实施进一步检查将增加编译器的复杂性以及编译所需的时间。其中第一个已经是一个问题。大约十年来，编译器前端没有看到任何重大的架构变化。当前为宏奠定基础的 RakuAST 工作还涉及对编译器前端的近乎重写。改进后的架构应该更容易实现进一步的编译时类型检查，但也考虑了如何并行化编译的各个方面，这可以让编译器在不增加挂钟编译时间的情况下做更多事情。

一旦当前编译器前端大修完成，似乎很可能会引入更多编译时检查（但仅从下一个语言版本启用） - 至少，只要有人在它上面工作。

然而，在这个领域还有一个更令人兴奋的机会出现：因为将有一个 Raku 程序的 API，并且随着自定义编译器通行证的计划一起制定，它也很快可以实现类型检查器 作为模块！其中一些可能会导致检查，使其成为未来的 Raku 语言版本。其他的可能是特定领域的，旨在更正确地使用给定的模块。其他人可能会执行不符合基本语言精神的严格要求，但某些语言用户可能希望选择加入。