effects: effect/capability 검사

문서가 "사활"이라고 지목한 단계다. effects 절이 여기서부터 장식이 아니라
검사 대상이 된다.

핵심 규칙 — 미선언 effect = compile error(철학 1). 수행한 자리를 들고
다니므로 진단이 함수 머리가 아니라 실제로 수행한 줄에 붙는다.

effect가 흐르는 경로 넷을 모두 막았다:
- capability 메서드 호출이 그 메서드의 선언된 effect를 요구한다
- 함수 호출이 그 함수의 effect를 물려준다
- 클로저의 effect는 정의한 자리가 아니라 부르는 자리에서 일어난다.
  클로저를 만들기만 하는 것은 effect가 아니고, 인자로 넘겨 호출되는 순간
  호출자의 것이 된다
- 파라미터가 허용한 범위를 넘는 함수를 넘기면 거부한다

effect 변수는 결정 위치에서 인자의 effect로 묶인다. 순서가 중요해서 한 번
틀렸다 — 포함 검사를 unify보다 먼저 하면 아직 해소되지 않은 미지수를 제약으로
오해해 정당한 코드를 거부한다. unify가 먼저고, 남는 차이만이 위반이다.
결정되지 않은 미지수는 판정을 미룬다 — 모르는 것을 위반이라고 말하지 않는다.

보안 정리 (i)을 직접 구현했다: capability 메서드는 값을 통해서만 부를 수
있다. 타입 이름으로 부를 수 있으면 capability 없이 effect를 수행하게 되어
정리가 무너진다.

effect 검사는 타입 검사와 같은 순회에서 돈다. effect 변수의 해소가 타입
변수와 같은 지점에서 일어나므로 떼어내면 순회와 인스턴스화를 두 번 한다.
소유는 나뉘되 순회는 하나다 — 문서에 근거를 적었다.

10_effect_errors.cool 추가. capability를 직접 정의해야 메서드의 effect가
알려지므로 외부 타입을 하나도 쓰지 않는다. 통과해야 하는 6개와 거부해야
하는 7개가 모두 의도대로 갈린다.

Co-Authored-By: Claude Opus 5 (1M context) <noreply@anthropic.com>
Claude-Session: https://claude.ai/code/session_019ZVDeU6KLuUVL3gs18Hm3E

lib/types.ml

@@ -1,11 +1,12 @@
-(* 타입 표현과 지역 unification.
+(* 타입과 effect 표현, 그리고 지역 unification.
 
    TUnknown이 핵심이다. 외부 모듈에서 오는 이름은 모듈 로딩이 없는 v0에서
    해소할 수 없다. 그런 타입은 TUnknown이 되고 무엇과도 맞는다 — 모르는 것을
-   틀렸다고 말하지 않기 위해서다. 아는 범위에서만 검사한다.
+   틀렸다고 말하지 않기 위해서다.
 
-   TMeta는 호출 지점에서 제네릭을 인스턴스화할 때 생기는 미지수다. 함수 하나
-   범위에서만 살고 전역으로 흐르지 않는다 (철학 2: 전역 추론 없음). *)
+   effect는 순서 없는 집합이고 합성은 합집합이다. 변수는 집합 변수이며,
+   호출 지점에서 결정 위치(파라미터의 effect 자리에 단독으로 선 변수)를 통해
+   메타에 묶인다. 함수 하나 범위를 넘지 않는다. *)
 
 type t =
   | TUnknown
@@ -15,20 +16,84 @@ type t =
   | TUnit
   | TVar of string
   | TCon of string * t list
-  | TFn of { affine : bool; params : t list; ret : t }
+  | TFn of { affine : bool; params : t list; eff : eff; ret : t }
   | TMeta of meta ref
 
 and meta = Unbound of int | Bound of t
 
+(* effect 집합. 원소는 구체 이름, 집합 변수, 또는 호출 지점의 미지수다. *)
+and eff = atom list
+
+and atom =
+  | A_name of string * string (* Cap.method *)
+  | A_var of string
+  | A_meta of emeta ref
+
+and emeta = EUnbound of int | EBound of eff
+
 let counter = ref 0
 
 let fresh () =
   incr counter;
   TMeta (ref (Unbound !counter))
 
+let fresh_eff () =
+  incr counter;
+  [ A_meta (ref (EUnbound !counter)) ]
+
 let rec resolve t =
   match t with TMeta { contents = Bound u } -> resolve u | _ -> t
 
+(* 묶인 메타를 펼치고 중복을 없앤다. 집합이므로 순서는 의미가 없다. *)
+let rec eff_resolve (e : eff) : eff =
+  let expand a =
+    match a with
+    | A_meta { contents = EBound inner } -> eff_resolve inner
+    | _ -> [ a ]
+  in
+  let flat = List.concat_map expand e in
+  let mem a acc =
+    List.exists
+      (fun b ->
+        match (a, b) with
+        | A_name (c1, m1), A_name (c2, m2) -> c1 = c2 && m1 = m2
+        | A_var x, A_var y -> x = y
+        | A_meta r, A_meta r' -> r == r'
+        | _ -> false)
+      acc
+  in
+  List.fold_left (fun acc a -> if mem a acc then acc else a :: acc) [] flat
+  |> List.rev
+
+let atom_show = function
+  | A_name (c, m) -> c ^ "." ^ m
+  | A_var v -> v
+  | A_meta { contents = EUnbound n } -> Printf.sprintf "_e%d" n
+  | A_meta { contents = EBound _ } -> "?"
+
+let eff_show e =
+  match eff_resolve e with
+  | [] -> "{}"
+  | atoms -> "{" ^ String.concat ", " (List.map atom_show atoms) ^ "}"
+
+let atom_eq a b =
+  match (a, b) with
+  | A_name (c1, m1), A_name (c2, m2) -> c1 = c2 && m1 = m2
+  | A_var x, A_var y -> x = y
+  | A_meta r, A_meta r' -> r == r'
+  | _ -> false
+
+(* declared가 덮지 못하는 원소들. 미지수는 판정을 미룬다 —
+   결정되지 않은 것을 위반이라고 말하지 않는다. *)
+let eff_missing ~declared ~performed =
+  let declared = eff_resolve declared in
+  List.filter
+    (fun a ->
+      match a with
+      | A_meta { contents = EUnbound _ } -> false
+      | _ -> not (List.exists (atom_eq a) declared))
+    (eff_resolve performed)
+
 let rec show t =
   match resolve t with
   | TUnknown -> "?"
@@ -39,10 +104,11 @@ let rec show t =
   | TVar v -> v
   | TCon (n, []) -> n
   | TCon (n, args) -> n ^ "[" ^ String.concat ", " (List.map show args) ^ "]"
-  | TFn { affine; params; ret } -> (
+  | TFn { affine; params; eff; ret } -> (
       (if affine then "affine fn(" else "fn(")
       ^ String.concat ", " (List.map show params)
       ^ ")"
+      ^ (match eff_resolve eff with [] -> "" | e -> " effects " ^ eff_show e)
       ^ match resolve ret with TUnit -> "" | r -> " -> " ^ show r)
   | TMeta { contents = Unbound n } -> Printf.sprintf "_%d" n
   | TMeta { contents = Bound _ } -> "?"
@@ -54,8 +120,19 @@ let rec occurs r t =
   | TFn { params; ret; _ } -> List.exists (occurs r) params || occurs r ret
   | _ -> false
 
-(* 성공하면 true. 실패해도 예외를 던지지 않는다 — 호출자가 위치를 알고
-   진단을 만든다. *)
+(* 결정 위치의 해소: 파라미터의 effect 자리에 단독으로 선 미지수만 묶는다.
+   그 외에는 참을 돌려주고, 실제 포함 검사는 호출 지점에서 방향을 아는
+   쪽이 한다 (진단 품질 때문에). *)
+let unify_eff a b =
+  match (eff_resolve a, eff_resolve b) with
+  | [ A_meta ({ contents = EUnbound _ } as r) ], other ->
+      r := EBound other;
+      true
+  | other, [ A_meta ({ contents = EUnbound _ } as r) ] ->
+      r := EBound other;
+      true
+  | _ -> true
+
 let rec unify a b =
   match (resolve a, resolve b) with
   | TUnknown, _ | _, TUnknown -> true
@@ -75,19 +152,30 @@ let rec unify a b =
          소유한다. 여기서 섞으면 두 검사가 서로의 결론을 앞질러 버린다. *)
       List.length f.params = List.length g.params
       && List.for_all2 unify f.params g.params
-      && unify f.ret g.ret
+      && unify_eff f.eff g.eff && unify f.ret g.ret
   | _ -> false
 
-(* 제네릭 인스턴스화: TVar를 주어진 대입으로 바꾼다 *)
-let rec subst env t =
+(* 제네릭 인스턴스화: 타입 변수와 effect 변수를 동시에 바꾼다 *)
+let rec subst tenv eenv t =
   match resolve t with
-  | TVar v -> ( match List.assoc_opt v env with Some u -> u | None -> TVar v)
-  | TCon (n, args) -> TCon (n, List.map (subst env) args)
+  | TVar v -> ( match List.assoc_opt v tenv with Some u -> u | None -> TVar v)
+  | TCon (n, args) -> TCon (n, List.map (subst tenv eenv) args)
   | TFn f ->
       TFn
         {
           affine = f.affine;
-          params = List.map (subst env) f.params;
-          ret = subst env f.ret;
+          params = List.map (subst tenv eenv) f.params;
+          eff = subst_eff eenv f.eff;
+          ret = subst tenv eenv f.ret;
         }
   | u -> u
+
+and subst_eff eenv (e : eff) : eff =
+  eff_resolve
+    (List.concat_map
+       (fun a ->
+         match a with
+         | A_var v -> (
+             match List.assoc_opt v eenv with Some s -> s | None -> [ a ])
+         | _ -> [ a ])
+       e)