chiark / gitweb /
5b86fbc1ea74b068429236d2889686eac7e2b055
[topbloke-formulae.git] / article.tex
1 \documentclass[a4paper,leqno]{strayman}
2 \errorcontextlines=50
3 \let\numberwithin=\notdef
4 \usepackage{amsmath}
5 \usepackage{mathabx}
6 \usepackage{txfonts}
7 \usepackage{amsfonts}
8 \usepackage{mdwlist}
9 %\usepackage{accents}
10
11 \renewcommand{\ge}{\geqslant}
12 \renewcommand{\le}{\leqslant}
13 \newcommand{\nge}{\ngeqslant}
14 \newcommand{\nle}{\nleqslant}
15
16 \newcommand{\has}{\sqsupseteq}
17 \newcommand{\isin}{\sqsubseteq}
18
19 \newcommand{\nothaspatch}{\mathrel{\,\not\!\not\relax\haspatch}}
20 \newcommand{\notpatchisin}{\mathrel{\,\not\!\not\relax\patchisin}}
21 \newcommand{\haspatch}{\sqSupset}
22 \newcommand{\patchisin}{\sqSubset}
23
24         \newif\ifhidehack\hidehackfalse
25         \DeclareRobustCommand\hidefromedef[2]{%
26           \hidehacktrue\ifhidehack#1\else#2\fi\hidehackfalse}
27         \newcommand{\pa}[1]{\hidefromedef{\varmathbb{#1}}{#1}}
28
29 \newcommand{\set}[1]{\mathbb{#1}}
30 \newcommand{\pay}[1]{\pa{#1}^+}
31 \newcommand{\pan}[1]{\pa{#1}^-}
32
33 \newcommand{\p}{\pa{P}}
34 \newcommand{\py}{\pay{P}}
35 \newcommand{\pn}{\pan{P}}
36
37 \newcommand{\pr}{\pa{R}}
38 \newcommand{\pry}{\pay{R}}
39 \newcommand{\prn}{\pan{R}}
40
41 %\newcommand{\hasparents}{\underaccent{1}{>}}
42 %\newcommand{\hasparents}{{%
43 %  \declareslashed{}{_{_1}}{0}{-0.8}{>}\slashed{>}}}
44 \newcommand{\hasparents}{>_{\mkern-7.0mu _1}}
45 \newcommand{\areparents}{<_{\mkern-14.0mu _1\mkern+5.0mu}}
46
47 \renewcommand{\implies}{\Rightarrow}
48 \renewcommand{\equiv}{\Leftrightarrow}
49 \renewcommand{\nequiv}{\nLeftrightarrow}
50 \renewcommand{\land}{\wedge}
51 \renewcommand{\lor}{\vee}
52
53 \newcommand{\pancs}{{\mathcal A}}
54 \newcommand{\pends}{{\mathcal E}}
55
56 \newcommand{\pancsof}[2]{\pancs ( #1 , #2 ) }
57 \newcommand{\pendsof}[2]{\pends ( #1 , #2 ) }
58
59 \newcommand{\merge}{{\mathcal M}}
60 \newcommand{\mergeof}[4]{\merge(#1,#2,#3,#4)}
61 %\newcommand{\merge}[4]{{#2 {{\frac{ #1 }{ #3 } #4}}}}
62
63 \newcommand{\patch}{{\mathcal P}}
64 \newcommand{\base}{{\mathcal B}}
65
66 \newcommand{\patchof}[1]{\patch ( #1 ) }
67 \newcommand{\baseof}[1]{\base ( #1 ) }
68
69 \newcommand{\eqntag}[2]{ #2 \tag*{\mbox{#1}} }
70 \newcommand{\eqn}[2]{ #2 \tag*{\mbox{\bf #1}} }
71
72 %\newcommand{\bigforall}{\mathop{\hbox{\huge$\forall$}}}
73 \newcommand{\bigforall}{%
74   \mathop{\mathchoice%
75     {\hbox{\huge$\forall$}}%
76     {\hbox{\Large$\forall$}}%
77     {\hbox{\normalsize$\forall$}}%
78     {\hbox{\scriptsize$\forall$}}}%
79 }
80
81 \newcommand{\Largeexists}{\mathop{\hbox{\Large$\exists$}}}
82 \newcommand{\Largenexists}{\mathop{\hbox{\Large$\nexists$}}}
83
84 \newcommand{\qed}{\square}
85 \newcommand{\proofstarts}{{\it Proof:}}
86 \newcommand{\proof}[1]{\proofstarts #1 $\qed$}
87
88 \newcommand{\gathbegin}{\begin{gather} \tag*{}}
89 \newcommand{\gathnext}{\\ \tag*{}}
90
91 \newcommand{\true}{t}
92 \newcommand{\false}{f}
93
94 \begin{document}
95
96 \section{Notation}
97
98 \begin{basedescript}{
99 \desclabelwidth{5em}
100 \desclabelstyle{\nextlinelabel}
101 }
102 \item[ $ C \hasparents \set X $ ]
103 The parents of commit $C$ are exactly the set
104 $\set X$.
105
106 \item[ $ C \ge D $ ]
107 $C$ is a descendant of $D$ in the git commit
108 graph.  This is a partial order, namely the transitive closure of 
109 $ D \in \set X $ where $ C \hasparents \set X $.
110
111 \item[ $ C \has D $ ]
112 Informally, the tree at commit $C$ contains the change
113 made in commit $D$.  Does not take account of deliberate reversions by
114 the user or reversion, rebasing or rewinding in
115 non-Topbloke-controlled branches.  For merges and Topbloke-generated
116 anticommits or re-commits, the ``change made'' is only to be thought
117 of as any conflict resolution.  This is not a partial order because it
118 is not transitive.
119
120 \item[ $ \p, \py, \pn $ ]
121 A patch $\p$ consists of two sets of commits $\pn$ and $\py$, which
122 are respectively the base and tip git branches.  $\p$ may be used
123 where the context requires a set, in which case the statement
124 is to be taken as applying to both $\py$ and $\pn$.
125 None of these sets overlap.  Hence:
126
127 \item[ $ \patchof{ C } $ ]
128 Either $\p$ s.t. $ C \in \p $, or $\bot$.  
129 A function from commits to patches' sets $\p$.
130
131 \item[ $ \pancsof{C}{\set P} $ ]
132 $ \{ A \; | \; A \le C \land A \in \set P \} $ 
133 i.e. all the ancestors of $C$
134 which are in $\set P$.
135
136 \item[ $ \pendsof{C}{\set P} $ ]
137 $ \{ E \; | \; E \in \pancsof{C}{\set P}
138   \land \mathop{\not\exists}_{A \in \pancsof{C}{\set P}}
139   E \neq A \land E \le A \} $ 
140 i.e. all $\le$-maximal commits in $\pancsof{C}{\set P}$.
141
142 \item[ $ \baseof{C} $ ]
143 $ \pendsof{C}{\pn} = \{ \baseof{C} \} $ where $ C \in \py $.
144 A partial function from commits to commits.
145 See Unique Base, below.
146
147 \item[ $ C \haspatch \p $ ]
148 $\displaystyle \bigforall_{D \in \py} D \isin C \equiv D \le C $.
149 ~ Informally, $C$ has the contents of $\p$.
150
151 \item[ $ C \nothaspatch \p $ ]
152 $\displaystyle \bigforall_{D \in \py} D \not\isin C $.
153 ~ Informally, $C$ has none of the contents of $\p$.  
154
155 Non-Topbloke commits are $\nothaspatch \p$ for all $\p$.  This
156 includes commits on plain git branches made by applying a Topbloke
157 patch.  If a Topbloke
158 patch is applied to a non-Topbloke branch and then bubbles back to
159 the relevant Topbloke branches, we hope that 
160 if the user still cares about the Topbloke patch,
161 git's merge algorithm will DTRT when trying to re-apply the changes.
162
163 \item[ $\displaystyle \mergeof{C}{L}{M}{R} $ ]
164 The contents of a git merge result:
165
166 $\displaystyle D \isin C \equiv
167   \begin{cases}
168     (D \isin L \land D \isin R) \lor D = C : & \true \\
169     (D \not\isin L \land D \not\isin R) \land D \neq C : & \false \\
170     \text{otherwise} : & D \not\isin M
171   \end{cases}
172
173
174 \end{basedescript}
175 \newpage
176 \section{Invariants}
177
178 We maintain these each time we construct a new commit. \\
179 \[ \eqn{No Replay:}{
180   C \has D \implies C \ge D
181 }\]
182 \[\eqn{Unique Base:}{
183  \bigforall_{C \in \py} \pendsof{C}{\pn} = \{ B \}
184 }\]
185 \[\eqn{Tip Contents:}{
186   \bigforall_{C \in \py} D \isin C \equiv
187     { D \isin \baseof{C} \lor \atop
188       (D \in \py \land D \le C) }
189 }\]
190 \[\eqn{Base Acyclic:}{
191   \bigforall_{B \in \pn} D \isin B \implies D \notin \py
192 }\]
193 \[\eqn{Coherence:}{
194   \bigforall_{C,\p} C \haspatch \p \lor C \nothaspatch \p
195 }\]
196 \[\eqn{Foreign Inclusion:}{
197   \bigforall_{D \text{ s.t. } \patchof{D} = \bot} D \isin C \equiv D \leq C
198 }\]
199
200 \section{Some lemmas}
201
202 \[ \eqn{Alternative (overlapping) formulations defining
203   $\mergeof{C}{L}{M}{R}$:}{
204  D \isin C \equiv
205   \begin{cases}
206     D \isin L  \equiv D \isin R  : & D = C \lor D \isin L     \\
207     D \isin L \nequiv D \isin R  : & D = C \lor D \not\isin M \\
208     D \isin L  \equiv D \isin M  : & D = C \lor D \isin R     \\
209     D \isin L \nequiv D \isin M  : & D = C \lor D \isin L     \\
210     \text{as above with L and R exchanged}
211   \end{cases}
212 }\]
213 \proof{
214   Truth table xxx
215
216   Original definition is symmetrical in $L$ and $R$.
217 }
218
219 \[ \eqn{Exclusive Tip Contents:}{
220   \bigforall_{C \in \py} 
221     \neg \Bigl[ D \isin \baseof{C} \land ( D \in \py \land D \le C )
222       \Bigr]
223 }\]
224 Ie, the two limbs of the RHS of Tip Contents are mutually exclusive.
225
226 \proof{
227 Let $B = \baseof{C}$ in $D \isin \baseof{C}$.  Now $B \in \pn$.
228 So by Base Acyclic $D \isin B \implies D \notin \py$.
229 }
230 \[ \eqntag{{\it Corollary - equivalent to Tip Contents}}{
231   \bigforall_{C \in \py} D \isin C \equiv
232   \begin{cases}
233     D \in \py : & D \le C \\
234     D \not\in \py : & D \isin \baseof{C}
235   \end{cases}
236 }\]
237
238 \[ \eqn{Tip Self Inpatch:}{
239   \bigforall_{C \in \py} C \haspatch \p
240 }\]
241 Ie, tip commits contain their own patch.
242
243 \proof{
244 Apply Exclusive Tip Contents to some $D \in \py$:
245 $ \bigforall_{C \in \py}\bigforall_{D \in \py}
246   D \isin C \equiv D \le C $
247 }
248
249 \[ \eqn{Exact Ancestors:}{
250   \bigforall_{ C \hasparents \set{R} }
251   D \le C \equiv
252     ( \mathop{\hbox{\huge{$\vee$}}}_{R \in \set R} D \le R )
253     \lor D = C
254 }\]
255 xxx proof tbd
256
257 \[ \eqn{Transitive Ancestors:}{
258   \left[ \bigforall_{ E \in \pendsof{C}{\set P} } E \le M \right] \equiv
259   \left[ \bigforall_{ A \in \pancsof{C}{\set P} } A \le M \right]
260 }\]
261
262 \proof{
263 The implication from right to left is trivial because
264 $ \pends() \subset \pancs() $.
265 For the implication from left to right: 
266 by the definition of $\mathcal E$,
267 for every such $A$, either $A \in \pends()$ which implies
268 $A \le M$ by the LHS directly,
269 or $\exists_{A' \in \pancs()} \; A' \neq A \land A \le A' $
270 in which case we repeat for $A'$.  Since there are finitely many
271 commits, this terminates with $A'' \in \pends()$, ie $A'' \le M$
272 by the LHS.  And $A \le A''$.
273 }
274
275 \[ \eqn{Calculation Of Ends:}{
276   \bigforall_{C \hasparents \set A}
277     \pendsof{C}{\set P} =
278       \begin{cases}
279        C \in \p : & \{ C \}
280       \\
281        C \not\in \p : & \displaystyle
282        \left\{ E \Big|
283            \Bigl[ \Largeexists_{A \in \set A} 
284                        E \in \pendsof{A}{\set P} \Bigr] \land
285            \Bigl[ \Largenexists_{B \in \set A} 
286                        E \neq B \land E \le B \Bigr]
287        \right\}
288       \end{cases}
289 }\]
290 xxx proof tbd
291
292 \subsection{No Replay for Merge Results}
293
294 If we are constructing $C$, with,
295 \gathbegin
296   \mergeof{C}{L}{M}{R}
297 \gathnext
298   L \le C
299 \gathnext
300   R \le C
301 \end{gather}
302 No Replay is preserved.  \proofstarts
303
304 \subsubsection{For $D=C$:} $D \isin C, D \le C$.  OK.
305
306 \subsubsection{For $D \isin L \land D \isin R$:}
307 $D \isin C$.  And $D \isin L \implies D \le L \implies D \le C$.  OK.
308
309 \subsubsection{For $D \neq C \land D \not\isin L \land D \not\isin R$:}
310 $D \not\isin C$.  OK.
311
312 \subsubsection{For $D \neq C \land (D \isin L \equiv D \not\isin R)
313  \land D \not\isin M$:}
314 $D \isin C$.  Also $D \isin L \lor D \isin R$ so $D \le L \lor D \le
315 R$ so $D \le C$.  OK.
316
317 \subsubsection{For $D \neq C \land (D \isin L \equiv D \not\isin R)
318  \land D \isin M$:}
319 $D \not\isin C$.  OK.
320
321 $\qed$
322
323 \section{Commit annotation}
324
325 We annotate each Topbloke commit $C$ with:
326 \gathbegin
327  \patchof{C}
328 \gathnext
329  \baseof{C}, \text{ if } C \in \py
330 \gathnext
331  \bigforall_{\pa{Q}} 
332    \text{ either } C \haspatch \pa{Q} \text{ or } C \nothaspatch \pa{Q}
333 \gathnext
334  \bigforall_{\pay{Q} \not\ni C} \pendsof{C}{\pay{Q}}
335 \end{gather}
336
337 $\patchof{C}$, for each kind of Topbloke-generated commit, is stated
338 in the summary in the section for that kind of commit.
339
340 Whether $\baseof{C}$ is required, and if so what the value is, is
341 stated in the proof of Unique Base for each kind of commit.
342
343 $C \haspatch \pa{Q}$ or $\nothaspatch \pa{Q}$ is represented as the
344 set $\{ \pa{Q} | C \haspatch \pa{Q} \}$.  Whether $C \haspatch \pa{Q}$
345 is in stated
346 (in terms of $I \haspatch \pa{Q}$ or $I \nothaspatch \pa{Q}$
347 for the ingredients $I$),
348 in the proof of Coherence for each kind of commit.
349
350 $\pendsof{C}{\pa{Q}^+}$ is computed, for all Topbloke-generated commits,
351 using the lemma Calculation of Ends, above.
352 We do not annotate $\pendsof{C}{\py}$ for $C \in \py$.  Doing so would
353 make it wrong to make plain commits with git because the recorded $\pends$
354 would have to be updated.  The annotation is not needed in that case
355 because $\forall_{\py \ni C} \; \pendsof{C}{\py} = \{C\}$.
356
357 \section{Simple commit}
358
359 A simple single-parent forward commit $C$ as made by git-commit.
360 \begin{gather}
361 \tag*{} C \hasparents \{ A \} \\
362 \tag*{} \patchof{C} = \patchof{A} \\
363 \tag*{} D \isin C \equiv D \isin A \lor D = C
364 \end{gather}
365 This also covers Topbloke-generated commits on plain git branches:
366 Topbloke strips the metadata when exporting.
367
368 \subsection{No Replay}
369 Trivial.
370
371 \subsection{Unique Base}
372 If $A, C \in \py$ then by Calculation of Ends for
373 $C, \py, C \not\in \py$:
374 $\pendsof{C}{\pn} = \pendsof{A}{\pn}$ so
375 $\baseof{C} = \baseof{A}$. $\qed$
376
377 \subsection{Tip Contents}
378 We need to consider only $A, C \in \py$.  From Tip Contents for $A$:
379 \[ D \isin A \equiv D \isin \baseof{A} \lor ( D \in \py \land D \le A ) \]
380 Substitute into the contents of $C$:
381 \[ D \isin C \equiv D \isin \baseof{A} \lor ( D \in \py \land D \le A )
382     \lor D = C \]
383 Since $D = C \implies D \in \py$, 
384 and substituting in $\baseof{C}$, this gives:
385 \[ D \isin C \equiv D \isin \baseof{C} \lor
386     (D \in \py \land D \le A) \lor
387     (D = C \land D \in \py) \]
388 \[ \equiv D \isin \baseof{C} \lor
389    [ D \in \py \land ( D \le A \lor D = C ) ] \]
390 So by Exact Ancestors:
391 \[ D \isin C \equiv D \isin \baseof{C} \lor ( D \in \py \land D \le C
392 ) \]
393 $\qed$
394
395 \subsection{Base Acyclic}
396
397 Need to consider only $A, C \in \pn$.  
398
399 For $D = C$: $D \in \pn$ so $D \not\in \py$. OK.
400
401 For $D \neq C$: $D \isin C \equiv D \isin A$, so by Base Acyclic for
402 $A$, $D \isin C \implies D \not\in \py$.
403
404 $\qed$
405
406 \subsection{Coherence and patch inclusion}
407
408 Need to consider $D \in \py$
409
410 \subsubsection{For $A \haspatch P, D = C$:}
411
412 Ancestors of $C$:
413 $ D \le C $.
414
415 Contents of $C$:
416 $ D \isin C \equiv \ldots \lor \true \text{ so } D \haspatch C $.
417
418 \subsubsection{For $A \haspatch P, D \neq C$:}
419 Ancestors: $ D \le C \equiv D \le A $.
420
421 Contents: $ D \isin C \equiv D \isin A \lor f $
422 so $ D \isin C \equiv D \isin A $.
423
424 So:
425 \[ A \haspatch P \implies C \haspatch P \]
426
427 \subsubsection{For $A \nothaspatch P$:}
428
429 Firstly, $C \not\in \py$ since if it were, $A \in \py$.  
430 Thus $D \neq C$.
431
432 Now by contents of $A$, $D \notin A$, so $D \notin C$.
433
434 So:
435 \[ A \nothaspatch P \implies C \nothaspatch P \]
436 $\qed$
437
438 \subsection{Foreign inclusion:}
439
440 If $D = C$, trivial.  For $D \neq C$:
441 $D \isin C \equiv D \isin A \equiv D \le A \equiv D \le C$.  $\qed$
442
443 \section{Create Base}
444
445 xxx tbd
446
447 \section{Create Tip}
448
449 xxx tbd\
450
451 \section{Anticommit}
452
453 Given $L, R^+, R^-$ where
454 $R^+ \in \pry, R^- = \baseof{R^+}$.  
455 Construct $C$ which has $\pr$ removed.
456 Used for removing a branch dependency.
457 \gathbegin
458  C \hasparents \{ L \}
459 \gathnext
460  \patchof{C} = \patchof{L}
461 \gathnext
462  \mergeof{C}{L}{R^+}{R^-}
463 \end{gather}
464
465 \subsection{Conditions}
466
467 \[ \eqn{ Into Base }{
468  L \in \pn
469 }\]
470 \[ \eqn{ Unique Tip }{
471  \pendsof{L}{\pry} = \{ R^+ \}
472 }\]
473 \[ \eqn{ Currently Included }{
474  L \haspatch \pry
475 }\]
476
477 \subsection{Ordering of ${L, R^+, R^-}$:}
478
479 By Unique Tip, $R^+ \le L$.  By definition of $\base$, $R^- \le R^+$
480 so $R^- \le L$.  So $R^+ \le C$ and $R^- \le C$.
481 $\qed$
482
483 (Note that the merge base $R^+ \not\le R^-$, i.e. the merge base is
484 later than one of the branches to be merged.)
485
486 \subsection{No Replay}
487
488 No Replay for Merge Results applies.  $\qed$
489
490 \subsection{Desired Contents}
491
492 \[ D \isin C \equiv [ D \notin \pry \land D \isin L ] \lor D = C \]
493 \proofstarts
494
495 \subsubsection{For $D = C$:}
496
497 Trivially $D \isin C$.  OK.
498
499 \subsubsection{For $D \neq C, D \not\le L$:}
500
501 By No Replay $D \not\isin L$.  Also $D \not\le R^-$ hence
502 $D \not\isin R^-$.  Thus $D \not\isin C$.  OK.
503
504 \subsubsection{For $D \neq C, D \le L, D \in \pry$:}
505
506 By Currently Included, $D \isin L$.
507
508 By Tip Self Inpatch, $D \isin R^+ \equiv D \le R^+$, but by
509 by Unique Tip, $D \le R^+ \equiv D \le L$.  
510 So $D \isin R^+$.
511
512 By Base Acyclic, $D \not\isin R^-$.
513
514 Apply $\merge$: $D \not\isin C$.  OK.
515
516 \subsubsection{For $D \neq C, D \le L, D \notin \pry$:}
517
518 By Tip Contents for $R^+$, $D \isin R^+ \equiv D \isin R^-$.
519
520 Apply $\merge$: $D \isin C \equiv D \isin L$.  OK.
521
522 $\qed$
523
524 \subsection{Unique Base}
525
526 Into Base means that $C \in \pn$, so Unique Base is not
527 applicable. $\qed$
528
529 \subsection{Tip Contents}
530
531 Again, not applicable. $\qed$
532
533 \subsection{Base Acyclic}
534
535 By Base Acyclic for $L$, $D \isin L \implies D \not\in \py$.
536 And by Into Base $C \not\in \py$.
537 Now from Desired Contents, above, $D \isin C
538 \implies D \isin L \lor D = C$, which thus
539 $\implies D \not\in \py$.  $\qed$.
540
541 \subsection{Coherence and Patch Inclusion}
542
543 Need to consider some $D \in \py$.  By Into Base, $D \neq C$.
544
545 \subsubsection{For $\p = \pr$:}
546 By Desired Contents, above, $D \not\isin C$.
547 So $C \nothaspatch \pr$.
548
549 \subsubsection{For $\p \neq \pr$:}
550 By Desired Contents, $D \isin C \equiv D \isin L$
551 (since $D \in \py$ so $D \not\in \pry$).
552
553 If $L \nothaspatch \p$, $D \not\isin L$ so $D \not\isin C$.
554 So $L \nothaspatch \p \implies C \nothaspatch \p$.
555
556 Whereas if $L \haspatch \p$, $D \isin L \equiv D \le L$.
557 so $L \haspatch \p \implies C \haspatch \p$.
558
559 $\qed$
560
561 \section{Foreign Inclusion}
562
563 Consider some $D$ s.t. $\patchof{D} = \bot$.  $D \neq C$.
564 So by Desired Contents $D \isin C \equiv D \isin L$.
565 By Foreign Inclusion of $D$ in $L$, $D \isin L \equiv D \le L$.
566
567 And $D \le C \equiv D \le L$.
568 Thus $D \isin C \equiv D \le C$.
569
570 $\qed$
571
572 \section{Merge}
573
574 Merge commits $L$ and $R$ using merge base $M$ ($M < L, M < R$):
575 \gathbegin
576  C \hasparents \{ L, R \}
577 \gathnext
578  \patchof{C} = \patchof{L}
579 \gathnext
580  \mergeof{C}{L}{M}{R}
581 \end{gather}
582 We will occasionally use $X,Y$ s.t. $\{X,Y\} = \{L,R\}$.
583
584 \subsection{Conditions}
585
586 \[ \eqn{ Tip Merge }{
587  L \in \py \implies
588    \begin{cases}
589       R \in \py : & \baseof{R} \ge \baseof{L}
590               \land [\baseof{L} = M \lor \baseof{L} = \baseof{M}] \\
591       R \in \pn : & M = \baseof{L} \\
592       \text{otherwise} : & \false
593    \end{cases}
594 }\]
595 \[ \eqn{ Merge Acyclic }{
596     L \in \pn
597    \implies
598     R \nothaspatch \p
599 }\]
600 \[ \eqn{ Removal Merge Ends }{
601     X \not\haspatch \p \land
602     Y \haspatch \p \land
603     M \haspatch \p
604   \implies
605     \pendsof{Y}{\py} = \pendsof{M}{\py}
606 }\]
607 \[ \eqn{ Addition Merge Ends }{
608     X \not\haspatch \p \land
609     Y \haspatch \p \land
610     M \nothaspatch \p
611    \implies \left[
612     \bigforall_{E \in \pendsof{X}{\py}} E \le Y
613    \right]
614 }\]
615
616 \subsection{Non-Topbloke merges}
617
618 We require both $\patchof{L} = \bot$ and $\patchof{R} = \bot$.
619 I.e. not only is it forbidden to merge into a Topbloke-controlled
620 branch without Topbloke's assistance, it is also forbidden to
621 merge any Topbloke-controlled branch into any plain git branch.
622
623 Given those conditions, Tip Merge and Merge Acyclic do not apply.
624 And $Y \not\in \py$ so $\neg [ Y \haspatch \p ]$ so neither
625 Merge Ends condition applies.  Good.
626
627 \subsection{No Replay}
628
629 No Replay for Merge Results applies.  $\qed$
630
631 \subsection{Unique Base}
632
633 Need to consider only $C \in \py$, ie $L \in \py$,
634 and calculate $\pendsof{C}{\pn}$.  So we will consider some
635 putative ancestor $A \in \pn$ and see whether $A \le C$.
636
637 By Exact Ancestors for C, $A \le C \equiv A \le L \lor A \le R \lor A = C$.
638 But $C \in py$ and $A \in \pn$ so $A \neq C$.  
639 Thus $A \le C \equiv A \le L \lor A \le R$.
640
641 By Unique Base of L and Transitive Ancestors,
642 $A \le L \equiv A \le \baseof{L}$.
643
644 \subsubsection{For $R \in \py$:}
645
646 By Unique Base of $R$ and Transitive Ancestors,
647 $A \le R \equiv A \le \baseof{R}$.
648
649 But by Tip Merge condition on $\baseof{R}$,
650 $A \le \baseof{L} \implies A \le \baseof{R}$, so
651 $A \le \baseof{R} \lor A \le \baseof{L} \equiv A \le \baseof{R}$.
652 Thus $A \le C \equiv A \le \baseof{R}$.  
653 That is, $\baseof{C} = \baseof{R}$.
654
655 \subsubsection{For $R \in \pn$:}
656
657 By Tip Merge condition on $R$ and since $M \le R$,
658 $A \le \baseof{L} \implies A \le R$, so
659 $A \le R \lor A \le \baseof{L} \equiv A \le R$.  
660 Thus $A \le C \equiv A \le R$.  
661 That is, $\baseof{C} = R$.
662
663 $\qed$
664
665 \subsection{Coherence and Patch Inclusion}
666
667 Need to determine $C \haspatch \p$ based on $L,M,R \haspatch \p$.
668 This involves considering $D \in \py$.  
669
670 \subsubsection{For $L \nothaspatch \p, R \nothaspatch \p$:}
671 $D \not\isin L \land D \not\isin R$.  $C \not\in \py$ (otherwise $L
672 \in \py$ ie $L \haspatch \p$ by Tip Self Inpatch).  So $D \neq C$.
673 Applying $\merge$ gives $D \not\isin C$ i.e. $C \nothaspatch \p$.
674
675 \subsubsection{For $L \haspatch \p, R \haspatch \p$:}
676 $D \isin L \equiv D \le L$ and $D \isin R \equiv D \le R$.
677 (Likewise $D \isin X \equiv D \le X$ and $D \isin Y \equiv D \le Y$.)
678
679 Consider $D = C$: $D \isin C$, $D \le C$, OK for $C \haspatch \p$.
680
681 For $D \neq C$: $D \le C \equiv D \le L \lor D \le R
682  \equiv D \isin L \lor D \isin R$.  
683 (Likewise $D \le C \equiv D \le X \lor D \le Y$.)
684
685 Consider $D \neq C, D \isin X \land D \isin Y$:
686 By $\merge$, $D \isin C$.  Also $D \le X$ 
687 so $D \le C$.  OK for $C \haspatch \p$.
688
689 Consider $D \neq C, D \not\isin X \land D \not\isin Y$:
690 By $\merge$, $D \not\isin C$.  
691 And $D \not\le X \land D \not\le Y$ so $D \not\le C$.  
692 OK for $C \haspatch \p$.
693
694 Remaining case, wlog, is $D \not\isin X \land D \isin Y$.
695 $D \not\le X$ so $D \not\le M$ so $D \not\isin M$.  
696 Thus by $\merge$, $D \isin C$.  And $D \le Y$ so $D \le C$.
697 OK for $C \haspatch \p$.
698
699 So indeed $L \haspatch \p \land R \haspatch \p \implies C \haspatch \p$.
700
701 \subsubsection{For (wlog) $X \not\haspatch \p, Y \haspatch \p$:}
702
703 $M \haspatch \p \implies C \nothaspatch \p$.
704 $M \nothaspatch \p \implies C \haspatch \p$.
705
706 \proofstarts
707
708 One of the Merge Ends conditions applies.  
709 Recall that we are considering $D \in \py$.
710 $D \isin Y \equiv D \le Y$.  $D \not\isin X$.
711 We will show for each of
712 various cases that $D \isin C \equiv M \nothaspatch \p \land D \le C$
713 (which suffices by definition of $\haspatch$ and $\nothaspatch$).
714
715 Consider $D = C$:  Thus $C \in \py, L \in \py$, and by Tip
716 Self Inpatch $L \haspatch \p$, so $L=Y, R=X$.  By Tip Merge,
717 $M=\baseof{L}$.  So by Base Acyclic $D \not\isin M$, i.e.
718 $M \nothaspatch \p$.  And indeed $D \isin C$ and $D \le C$.  OK.
719
720 Consider $D \neq C, M \nothaspatch P, D \isin Y$:
721 $D \le Y$ so $D \le C$.  
722 $D \not\isin M$ so by $\merge$, $D \isin C$.  OK.
723
724 Consider $D \neq C, M \nothaspatch P, D \not\isin Y$:
725 $D \not\le Y$.  If $D \le X$ then
726 $D \in \pancsof{X}{\py}$, so by Addition Merge Ends and 
727 Transitive Ancestors $D \le Y$ --- a contradiction, so $D \not\le X$.
728 Thus $D \not\le C$.  By $\merge$, $D \not\isin C$.  OK.
729
730 Consider $D \neq C, M \haspatch P, D \isin Y$:
731 $D \le Y$ so $D \in \pancsof{Y}{\py}$ so by Removal Merge Ends
732 and Transitive Ancestors $D \in \pancsof{M}{\py}$ so $D \le M$.
733 Thus $D \isin M$.  By $\merge$, $D \not\isin C$.  OK.
734
735 Consider $D \neq C, M \haspatch P, D \not\isin Y$:
736 By $\merge$, $D \not\isin C$.  OK.
737
738 $\qed$
739
740 \subsection{Base Acyclic}
741
742 This applies when $C \in \pn$.
743 $C \in \pn$ when $L \in \pn$ so by Merge Acyclic, $R \nothaspatch \p$.
744
745 Consider some $D \in \py$.
746
747 By Base Acyclic of $L$, $D \not\isin L$.  By the above, $D \not\isin
748 R$.  And $D \neq C$.  So $D \not\isin C$.
749
750 $\qed$
751
752 \subsection{Tip Contents}
753
754 We need worry only about $C \in \py$.  
755 And $\patchof{C} = \patchof{L}$
756 so $L \in \py$ so $L \haspatch \p$.  We will use the Unique Base
757 of $C$, and its Coherence and Patch Inclusion, as just proved.
758
759 Firstly we show $C \haspatch \p$: If $R \in \py$, then $R \haspatch
760 \p$ and by Coherence/Inclusion $C \haspatch \p$ .  If $R \not\in \py$
761 then by Tip Merge $M = \baseof{L}$ so by Base Acyclic and definition
762 of $\nothaspatch$, $M \nothaspatch \p$.  So by Coherence/Inclusion $C
763 \haspatch \p$ (whether $R \haspatch \p$ or $\nothaspatch$).
764
765 We will consider an arbitrary commit $D$
766 and prove the Exclusive Tip Contents form.
767
768 \subsubsection{For $D \in \py$:}
769 $C \haspatch \p$ so by definition of $\haspatch$, $D \isin C \equiv D
770 \le C$.  OK.
771
772 \subsubsection{For $D \not\in \py, R \not\in \py$:}
773
774 $D \neq C$.  By Tip Contents of $L$,
775 $D \isin L \equiv D \isin \baseof{L}$, and by Tip Merge condition,
776 $D \isin L \equiv D \isin M$.  So by definition of $\merge$, $D \isin
777 C \equiv D \isin R$.  And $R = \baseof{C}$ by Unique Base of $C$.
778 Thus $D \isin C \equiv D \isin \baseof{C}$.  OK.
779
780 \subsubsection{For $D \not\in \py, R \in \py$:}
781
782 $D \neq C$.
783
784 By Tip Contents
785 $D \isin L \equiv D \isin \baseof{L}$ and
786 $D \isin R \equiv D \isin \baseof{R}$.
787
788 If $\baseof{L} = M$, trivially $D \isin M \equiv D \isin \baseof{L}.$
789 Whereas if $\baseof{L} = \baseof{M}$, by definition of $\base$,
790 $\patchof{M} = \patchof{L} = \py$, so by Tip Contents of $M$,
791 $D \isin M \equiv D \isin \baseof{M} \equiv D \isin \baseof{L}$.
792
793 So $D \isin M \equiv D \isin L$ and by $\merge$,
794 $D \isin C \equiv D \isin R$.  But from Unique Base,
795 $\baseof{C} = R$ so $D \isin C \equiv D \isin \baseof{C}$.  OK.
796
797 $\qed$
798
799 \subsection{Foreign Inclusion}
800
801 Consider some $D$ s.t. $\patchof{D} = \bot$.
802 By Foreign Inclusion of $L, M, R$:
803 $D \isin L \equiv D \le L$;
804 $D \isin M \equiv D \le M$;
805 $D \isin R \equiv D \le R$.
806
807 \subsubsection{For $D = C$:}
808
809 $D \isin C$ and $D \le C$.  OK.
810
811 \subsubsection{For $D \neq C, D \isin M$:}
812
813 Thus $D \le M$ so $D \le L$ and $D \le R$ so $D \isin L$ and $D \isin
814 R$.  So by $\merge$, $D \isin C$.  And $D \le C$.  OK.
815
816 \subsubsection{For $D \neq C, D \not\isin M, D \isin X$:}
817
818 By $\merge$, $D \isin C$.
819 And $D \isin X$ means $D \le X$ so $D \le C$.
820 OK.
821
822 \subsubsection{For $D \neq C, D \not\isin M, D \not\isin L, D \not\isin R$:}
823
824 By $\merge$, $D \not\isin C$.
825 And $D \not\le L, D \not\le R$ so $D \not\le C$.
826 OK
827
828 $\qed$
829
830 \end{document}