microsoft / microsoft/TypeScript

TypeScripts Type System is Turing Complete

オープン
#14,833 コメント 91 件 リアクション 2302 件 担当者 0 名 GitHub で見る

まだ誰も着手していません。

Discussion
主要言語
Go
スター
111k
フォーク
14.3k
平均マージ
1日 19時間
マージ済み PR(30日)
117

説明

This is not really a bug report and I certainly don't want TypeScripts type system being restricted due to this issue. However, I noticed that the type system in its current form (version 2.2) is turing complete.

Turing completeness is being achieved by combining mapped types, recursive type definitions, accessing member types through index types and the fact that one can create types of arbitrary size.
In particular, the following device enables turing completeness:

type MyFunc<TArg> = {
  "true": TrueExpr<MyFunction, TArg>,
  "false": FalseExpr<MyFunc, TArg>
}[Test<MyFunc, TArg>];

with TrueExpr, FalseExpr and Test being suitable types.

Even though I didn't formally prove (edit: in the meantime, I did - see below) that the mentioned device makes TypeScript turing complete, it should be obvious by looking at the following code example that tests whether a given type represents a prime number:

type StringBool = "true"|"false";

interface AnyNumber { prev?: any, isZero: StringBool };
interface PositiveNumber { prev: any, isZero: "false" };

type IsZero<TNumber extends AnyNumber> = TNumber["isZero"];
type Next<TNumber extends AnyNumber> = { prev: TNumber, isZero: "false" };
type Prev<TNumber extends PositiveNumber> = TNumber["prev"];


type Add<T1 extends AnyNumber, T2> = { "true": T2, "false": Next<Add<Prev<T1>, T2>> }[IsZero<T1>];

// Computes T1 * T2
type Mult<T1 extends AnyNumber, T2 extends AnyNumber> = MultAcc<T1, T2, _0>;
type MultAcc<T1 extends AnyNumber, T2, TAcc extends AnyNumber> = 
		{ "true": TAcc, "false": MultAcc<Prev<T1>, T2, Add<TAcc, T2>> }[IsZero<T1>];

// Computes max(T1 - T2, 0).
type Subt<T1 extends AnyNumber, T2 extends AnyNumber> = 
		{ "true": T1, "false": Subt<Prev<T1>, Prev<T2>> }[IsZero<T2>];

interface SubtResult<TIsOverflow extends StringBool, TResult extends AnyNumber> { 
	isOverflowing: TIsOverflow;
	result: TResult;
}

// Returns a SubtResult that has the result of max(T1 - T2, 0) and indicates whether there was an overflow (T2 > T1).
type SafeSubt<T1 extends AnyNumber, T2 extends AnyNumber> = 
		{
			"true": SubtResult<"false", T1>, 
            "false": {
                "true": SubtResult<"true", T1>,
                "false": SafeSubt<Prev<T1>, Prev<T2>>
            }[IsZero<T1>] 
		}[IsZero<T2>];

type _0 = { isZero: "true" };
type _1 = Next<_0>;
type _2 = Next<_1>;
type _3 = Next<_2>;
type _4 = Next<_3>;
type _5 = Next<_4>;
type _6 = Next<_5>;
type _7 = Next<_6>;
type _8 = Next<_7>;
type _9 = Next<_8>;

type Digits = { 0: _0, 1: _1, 2: _2, 3: _3, 4: _4, 5: _5, 6: _6, 7: _7, 8: _8, 9: _9 };
type Digit = 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9;
type NumberToType<TNumber extends Digit> = Digits[TNumber]; // I don't know why typescript complains here.

type _10 = Next<_9>;
type _100 = Mult<_10, _10>;

type Dec2<T2 extends Digit, T1 extends Digit>
	= Add<Mult<_10, NumberToType<T2>>, NumberToType<T1>>;

function forceEquality<T1, T2 extends T1>() {}
function forceTrue<T extends "true">() { }

//forceTrue<Equals<  Dec2<0,3>,  Subt<Mult<Dec2<2,0>, _3>, Dec2<5,7>>   >>();
//forceTrue<Equals<  Dec2<0,2>,  Subt<Mult<Dec2<2,0>, _3>, Dec2<5,7>>   >>();

type Mod<TNumber extends AnyNumber, TModNumber extends AnyNumber> =
    {
        "true": _0,
        "false": Mod2<TNumber, TModNumber, SafeSubt<TNumber, TModNumber>>
    }[IsZero<TNumber>];
type Mod2<TNumber extends AnyNumber, TModNumber extends AnyNumber, TSubtResult extends SubtResult<any, any>> =
    {
        "true": TNumber,
        "false": Mod<TSubtResult["result"], TModNumber>
    }[TSubtResult["isOverflowing"]];
    
type Equals<TNumber1 extends AnyNumber, TNumber2 extends AnyNumber>
    = Equals2<TNumber1, TNumber2, SafeSubt<TNumber1, TNumber2>>;
type Equals2<TNumber1 extends AnyNumber, TNumber2 extends AnyNumber, TSubtResult extends SubtResult<any, any>> =
    {
        "true": "false",
        "false": IsZero<TSubtResult["result"]>
    }[TSubtResult["isOverflowing"]];

type IsPrime<TNumber extends PositiveNumber> = IsPrimeAcc<TNumber, _2, Prev<Prev<TNumber>>>;
    
type IsPrimeAcc<TNumber, TCurrentDivisor, TCounter extends AnyNumber> = 
    {
        "false": {
            "true": "false",
            "false": IsPrimeAcc<TNumber, Next<TCurrentDivisor>, Prev<TCounter>>
        }[IsZero<Mod<TNumber, TCurrentDivisor>>],
        "true": "true"
    }[IsZero<TCounter>];

forceTrue< IsPrime<Dec2<1,0>> >();
forceTrue< IsPrime<Dec2<1,1>> >();
forceTrue< IsPrime<Dec2<1,2>> >();
forceTrue< IsPrime<Dec2<1,3>> >();
forceTrue< IsPrime<Dec2<1,4>>>();
forceTrue< IsPrime<Dec2<1,5>> >();
forceTrue< IsPrime<Dec2<1,6>> >();
forceTrue< IsPrime<Dec2<1,7>> >();

Besides (and a necessary consequence of being turing complete), it is possible to create an endless recursion:

type Foo<T extends "true", B> = { "true": Foo<T, Foo<T, B>> }[T];
let f: Foo<"true", {}> = null!;

Turing completeness could be disabled, if it is checked that a type cannot use itself in its definition (or in a definition of an referenced type) in any way, not just directly as it is tested currently. This would make recursion impossible.

//edit:
A proof of its turing completeness can be found here

コントリビューションガイド

コントリビューションガイドを開く

はじめの一歩

  1. issue を最後まで読み、次にプロジェクトのコントリビューションガイドを読みます。
  2. 着手することを issue にコメントします — 二人が同じ作業をするのを防げます。
  3. リポジトリをフォークし、ブランチを切って変更します。
  4. issue 番号を参照したプルリクエストを送ります。

調査の方向性

まず、issue にある再帰型と素数の例を、そこで説明されている TypeScript 2.2 時代のコンパイラーの動作で再現します。mapped types、recursive definitions、indexed access、recursion checking に関する型システムの規則を読みます。完了とするには、型システムの再帰ポリシーに対する、方針が決定されテスト済みの変更が必要になりますが、issue ではそのポリシーが定義されておらず、テストも特定されていません。

索引モデルが issue の本文から書いたものです。

評価

技術スタック
typescript
領域
compilers
issue の種類
機能追加
難易度
5/5
見積もり時間
1週間以上
活発さ
停滞
明瞭さ
説明が足りない
初心者へのやさしさ
20/100

新しい issue をメールで受け取る

初心者向けの GitHub issue を短くまとめたダイジェスト。