Termination analysis and specialization-point insertion in offline partial evaluation

Abstract

Recent research suggests that the goal of fully automatic and reliable program generation for a broad range of applications is coming nearer to feasibility. However, several interesting and challenging problems remain to be solved before it becomes a reality. Solving them is also necessary, if we hope ever to elevate software engineering from its current state (a highly developed handiwork) into a successful branch of engineering, capable of solving a wide range of new problems by systematic, well-automated and well-founded methods.A key problem in all program generation is termination of the generation process. This article focuses on off-line partial evaluation and describes recent progress towards automatically solving the termination problem, first for individual programs, and then for specializers and "generating extensions," the program generators that most offline partial evaluators produce.The technique is based on size-change graphs that approximate the changes in parameter sizes at function calls. We formulate a criterion, bounded anchoring, for detecting parameters known to be bounded during specialization: a bounded parameter can act as an anchor for other parameters. Specialization points necessary for termination are computed by adding a parameter that tracks call depth, and then selecting a specialization point in every call loop where it is unanchored. By generalizing all unbounded parameters, we compute a binding-time division which together with the set of specialization points guarantees termination.Contributions of this article include a proof, based on the operational semantics of partial evaluation with memoization, that the analysis guarantees termination; and an in-depth description of safety of the increasing size approximation operator required for termination analysis in partial evaluation.Initial experiments with a prototype shows that the analysis overall yields binding-time divisions that can achieve a high degree of specialization, while still guaranteeing termination.The article ends with a list of challenging problems whose solution would bring the community closer to the goal of broad-spectrum, fully automatic and reliable program generation.

Evaluación Parcial Offline Dirigida por Narrowing: Técnicas de Optimización y Aplicaciones

“…El cuasi-terminante con respecto a la estrategia de narrowing considerada, es decir, cuando se computan denitivamente solo términos diferentes módulo renombramiento de variables. La razón es que la evaluación (parcial) de múltiples ocurrencias del mismo término (módulo renombramiento de variables) en un computo pueden ser evitadas insertando una llamada a alguna variante previamente encontrada (una técnica conocida como inserción de puntos de especialización en la literatura de evaluación parcial [GJ05]). …”

“…En contraste a previas aproximaciones tales como [GJ05], algunas extensiones han sido necesarias para afrontar la componente lógica del lenguaje lógico funcional considerado. (e.g., las condiciones de particionamiento nito no fueron necesarias en [GJ05]).…”

“…(e.g., las condiciones de particionamiento nito no fueron necesarias en [GJ05]). Los experimentos de la ejecución de un evaluador parcial que incluye el nuevo procedimiento de anotación muestran la mejora en el desempeño con respecto al evaluador parcial anterior de [RSV05b].…”

Una aproximación offline a la evaluación parcial dirigida por narrowing

“…El evaluador parcial devuelve un programa nuevo, denominado programa residual, el cual se ejecuta generalmente de manera más eciente que el programa original, ya que las computaciones que dependen de los datos estáticos se han realizado en la fase de evaluación parcial de una vez y para siempre. Un aspecto clave para asegurar la terminación del proceso de especialización es la adecuada selección de las partes del programa que deberían computarse en tiempo de especialización [GJ05]. La atención se debe centrar en aquellas partes (normalmente llamadas a función) que podrían producir computaciones innitas.…”

“…Recientemente, se ha formulado un nuevo principio para el análisis de terminación de los programas basado en el cambio de tamaño de los argumentos de las llamadas a función [LJBA01,GJ05]. Con la nalidad de mejorar la precisión de la fase de anotación propia del nuevo esquema, hemos adaptado los grafos de cambio de tamaño (grafos size-change), introducidos originalmente para los lenguajes funcionales, a los lenguajes lógico funcionales.…”