皆さん、Kotlin触っていますか？Kotlinかわいいですよね、Kotlin（どの口がそんなことを言うかって感じですが）。Kotlinにはsmart castという機能があり、安全なキャストができます、というのは不正確で、KotlinはFlow-Sensitive Typeと呼ばれる型システムを持っています。おおざっぱに言えば、制御フローによってある変数や式の型が変わる型システムの総称（だと思います。間違ってたらご指摘願います）Kotlinではそれをsmart cast（と公式ドキュメントには書いてある）と呼んでいるという話のようです。
公式ドキュメントにある例からいくつか引用します：
fun demo(x: Any) {
if (x is String) {
print(x.length) // x is automatically cast to String
}
}
if (x !is String) return
print(x.length) // x is automatically cast to String
when (x) {
is Int -> print(x + 1)
is String -> print(x.length + 1)
is IntArray -> print(x.sum())
}
// x is automatically cast to string on the right-hand side of `||`
if (x !is String || x.length == 0) return
// x is automatically cast to string on the right-hand side of `&&`
if (x is String && x.length > 0)
print(x.length) // x is automatically cast to String
説明もなんからさらっとして、わかったような、わからないような…と思うかどうかは人それぞれだと思いますが、自分は少なくとも不思議に思いました。そこで、処理系のソースを読まずにいくつかのコードを書いて実験してみました。
まずは準備から。
interface D {
fun d(): Unit
}
interface A : D{
fun a(): Unit
}
interface B : D{
fun b(): Unit
}
class C : A, B {
override fun a() {
println("A")
}
override fun b() {
println("B")
}
override fun d() {
println("C")
}
}
inline fun random(): Boolean = (Math.random() * 2).toInt() == 1
例１：
fun demo1() {
val x: Any = "FOO"
if(random() && x is A) {
x.a() //OK
}
}
順当な結果ですね。random()がtrueを返そうが返すまいが、ifの本体が評価されるときには、必ずx is Aがtrueになるわけですから。まあ、実際のところ、random()は読む人を撹乱するためだけに使っています。
例２：
fun demo2() {
val x: Any = "FOO"
if(!(random() || !(x is A))) {
x.a() //OK
}
}
より式を複雑にしてみましたが、これもOKです。これは、いうなれば、
if(!random() && !!(x is A)) {
x.a()
}
としているのと同じわけですが、!!(x is A) = x is Aなので、やっぱりifの本体が評価されるときには、x is Aが成り立っているわけです。ちゃんと論理式を計算しているところがミソです。
例3
fun demo3() {
val x: Any = "FOO"
if(false || x is A) {
x.a() //NG
}
}
これは意味的にはx is Aと同じになりますが、true、falseといったリテラルは特別扱いの対象ではないようです。
例4
fun demo4() {
val x: Any = "FOO"
if(x is A && !(x is A)) {
x.a() //OK
}
}
x is A && !(x is A) というのは決してtrueに評価されませんが、もし仮に全体がtrueに評価されるならば、そのときは必ずx is Aが成り立つのでOKということでしょう。ちなみに、順番をひっくり返した次の式でもOKです
例５
fun demo5() {
val x: Any = "FOO"
if(!(x is A) && x is A) {
x.a()
}
}
これは妥当ですね。次行ってみましょう。
例６
fun demo6() {
val x: Any = "FOO"
if(x is A && x is B) {
x.a() //OK
x.b() //OK
x.d() //OK
}
}
型Aかつ型Bという条件が成り立ったときにどうなるかということですが、両方のメソッドを呼び出すことができています。内部的にはintersection typeのようなものを持っているのではないかと推測されます。
例７
fun demo7() {
val x: Any = "FOO"
if(x is A || x is B) {
x.d() //NG
}
}
残念ながらこれはNGでした。least upper boundのようなものが計算されることを意図したのですが、union typeとして表現されているのでしょうか。
さて、demo6と同じ意味になる次の式はどうでしょうか。
例８
fun demo8() {
val x: Any = "FOO"
if(!(!(x is A) || !(x is B))) {
x.a() //OK
x.b() //OK
x.d() //OK
}
}
ちゃんとOKになります。賢いですね。次はnullable typeを混ぜてみます。
例９
fun demo9() {
val x: Any? = null
if(x is A? && x is B) {
x.a() //OK
x.b() //OK
x.d() //OK
}
}
次はどうなるでしょう。
例１０
fun demo10() {
val x: Any? = null
if(x is A? && x is B?) {
x.a() //NG
x?.a() //OK
x?.b() //OK
x?.d() //OK
}
}
?.でnullをはずしてやればOKです。内部的には、 (A & B)?という扱いになっているのでしょうか。ややこしいですね。
まとめ
- KotlinはFlow-Sensitive Typeと一般的（？）に呼ばれる型システムを持っている。
- 型推論をする上で、
isや&&、||、! が特別扱いされている
- （推測）型のintersectionやunionを内部的に持っている
- どうやら、nullableとnon-nullableのintersectionも扱える模様
- シンプルなケース以外でKotlinの型推論の結果を推測するのは自明ではない。というか複雑。
- 基本的にこの辺の挙動はundocumented（ある程度推測は可能だが）
