chiark / gitweb /
fda5026a8de1e76d083b9482b537e3d81915147a
[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{Anticommit}
444
445 Given $L, R^+, R^-$ where
446 $R^+ \in \pry, R^- = \baseof{R^+}$.  
447 Construct $C$ which has $\pr$ removed.
448 Used for removing a branch dependency.
449 \gathbegin
450  C \hasparents \{ L \}
451 \gathnext
452  \patchof{C} = \patchof{L}
453 \gathnext
454  \mergeof{C}{L}{R^+}{R^-}
455 \end{gather}
456
457 \subsection{Conditions}
458
459 \[ \eqn{ Into Base }{
460  L \in \pn
461 }\]
462 \[ \eqn{ Unique Tip }{
463  \pendsof{L}{\pry} = \{ R^+ \}
464 }\]
465 \[ \eqn{ Currently Included }{
466  L \haspatch \pry
467 }\]
468
469 \subsection{Ordering of ${L, R^+, R^-}$:}
470
471 By Unique Tip, $R^+ \le L$.  By definition of $\base$, $R^- \le R^+$
472 so $R^- \le L$.  So $R^+ \le C$ and $R^- \le C$.
473 $\qed$
474
475 (Note that the merge base $R^+ \not\le R^-$, i.e. the merge base is
476 later than one of the branches to be merged.)
477
478 \subsection{No Replay}
479
480 No Replay for Merge Results applies.  $\qed$
481
482 \subsection{Desired Contents}
483
484 \[ D \isin C \equiv [ D \notin \pry \land D \isin L ] \lor D = C \]
485 \proofstarts
486
487 \subsubsection{For $D = C$:}
488
489 Trivially $D \isin C$.  OK.
490
491 \subsubsection{For $D \neq C, D \not\le L$:}
492
493 By No Replay $D \not\isin L$.  Also $D \not\le R^-$ hence
494 $D \not\isin R^-$.  Thus $D \not\isin C$.  OK.
495
496 \subsubsection{For $D \neq C, D \le L, D \in \pry$:}
497
498 By Currently Included, $D \isin L$.
499
500 By Tip Self Inpatch, $D \isin R^+ \equiv D \le R^+$, but by
501 by Unique Tip, $D \le R^+ \equiv D \le L$.  
502 So $D \isin R^+$.
503
504 By Base Acyclic, $D \not\isin R^-$.
505
506 Apply $\merge$: $D \not\isin C$.  OK.
507
508 \subsubsection{For $D \neq C, D \le L, D \notin \pry$:}
509
510 By Tip Contents for $R^+$, $D \isin R^+ \equiv D \isin R^-$.
511
512 Apply $\merge$: $D \isin C \equiv D \isin L$.  OK.
513
514 $\qed$
515
516 \subsection{Unique Base}
517
518 Into Base means that $C \in \pn$, so Unique Base is not
519 applicable. $\qed$
520
521 \subsection{Tip Contents}
522
523 Again, not applicable. $\qed$
524
525 \subsection{Base Acyclic}
526
527 By Base Acyclic for $L$, $D \isin L \implies D \not\in \py$.
528 And by Into Base $C \not\in \py$.
529 Now from Desired Contents, above, $D \isin C
530 \implies D \isin L \lor D = C$, which thus
531 $\implies D \not\in \py$.  $\qed$.
532
533 \subsection{Coherence and Patch Inclusion}
534
535 Need to consider some $D \in \py$.  By Into Base, $D \neq C$.
536
537 \subsubsection{For $\p = \pr$:}
538 By Desired Contents, above, $D \not\isin C$.
539 So $C \nothaspatch \pr$.
540
541 \subsubsection{For $\p \neq \pr$:}
542 By Desired Contents, $D \isin C \equiv D \isin L$
543 (since $D \in \py$ so $D \not\in \pry$).
544
545 If $L \nothaspatch \p$, $D \not\isin L$ so $D \not\isin C$.
546 So $L \nothaspatch \p \implies C \nothaspatch \p$.
547
548 Whereas if $L \haspatch \p$, $D \isin L \equiv D \le L$.
549 so $L \haspatch \p \implies C \haspatch \p$.
550
551 $\qed$
552
553 \section{Foreign Inclusion}
554
555 Consider some $D$ s.t. $\patchof{D} = \bot$.  $D \neq C$.
556 So by Desired Contents $D \isin C \equiv D \isin L$.
557 By Foreign Inclusion of $D$ in $L$, $D \isin L \equiv D \le L$.
558
559 And $D \le C \equiv D \le L$.
560 Thus $D \isin C \equiv D \le C$.
561
562 $\qed$
563
564 \section{Merge}
565
566 Merge commits $L$ and $R$ using merge base $M$ ($M < L, M < R$):
567 \gathbegin
568  C \hasparents \{ L, R \}
569 \gathnext
570  \patchof{C} = \patchof{L}
571 \gathnext
572  \mergeof{C}{L}{M}{R}
573 \end{gather}
574 We will occasionally use $X,Y$ s.t. $\{X,Y\} = \{L,R\}$.
575
576 \subsection{Conditions}
577
578 \[ \eqn{ Tip Merge }{
579  L \in \py \implies
580    \begin{cases}
581       R \in \py : & \baseof{R} \ge \baseof{L}
582               \land [\baseof{L} = M \lor \baseof{L} = \baseof{M}] \\
583       R \in \pn : & M = \baseof{L} \\
584       \text{otherwise} : & \false
585    \end{cases}
586 }\]
587 \[ \eqn{ Merge Acyclic }{
588     L \in \pn
589    \implies
590     R \nothaspatch \p
591 }\]
592 \[ \eqn{ Removal Merge Ends }{
593     X \not\haspatch \p \land
594     Y \haspatch \p \land
595     M \haspatch \p
596   \implies
597     \pendsof{Y}{\py} = \pendsof{M}{\py}
598 }\]
599 \[ \eqn{ Addition Merge Ends }{
600     X \not\haspatch \p \land
601     Y \haspatch \p \land
602     M \nothaspatch \p
603    \implies \left[
604     \bigforall_{E \in \pendsof{X}{\py}} E \le Y
605    \right]
606 }\]
607
608 \subsection{Non-Topbloke merges}
609
610 We require both $\patchof{L} = \bot$ and $\patchof{R} = \bot$.
611 I.e. not only is it forbidden to merge into a Topbloke-controlled
612 branch without Topbloke's assistance, it is also forbidden to
613 merge any Topbloke-controlled branch into any plain git branch.
614
615 Given those conditions, Tip Merge and Merge Acyclic do not apply.
616 And $Y \not\in \py$ so $\neg [ Y \haspatch \p ]$ so neither
617 Merge Ends condition applies.  Good.
618
619 \subsection{No Replay}
620
621 No Replay for Merge Results applies.  $\qed$
622
623 \subsection{Unique Base}
624
625 Need to consider only $C \in \py$, ie $L \in \py$,
626 and calculate $\pendsof{C}{\pn}$.  So we will consider some
627 putative ancestor $A \in \pn$ and see whether $A \le C$.
628
629 By Exact Ancestors for C, $A \le C \equiv A \le L \lor A \le R \lor A = C$.
630 But $C \in py$ and $A \in \pn$ so $A \neq C$.  
631 Thus $A \le C \equiv A \le L \lor A \le R$.
632
633 By Unique Base of L and Transitive Ancestors,
634 $A \le L \equiv A \le \baseof{L}$.
635
636 \subsubsection{For $R \in \py$:}
637
638 By Unique Base of $R$ and Transitive Ancestors,
639 $A \le R \equiv A \le \baseof{R}$.
640
641 But by Tip Merge condition on $\baseof{R}$,
642 $A \le \baseof{L} \implies A \le \baseof{R}$, so
643 $A \le \baseof{R} \lor A \le \baseof{L} \equiv A \le \baseof{R}$.
644 Thus $A \le C \equiv A \le \baseof{R}$.  
645 That is, $\baseof{C} = \baseof{R}$.
646
647 \subsubsection{For $R \in \pn$:}
648
649 By Tip Merge condition on $R$ and since $M \le R$,
650 $A \le \baseof{L} \implies A \le R$, so
651 $A \le R \lor A \le \baseof{L} \equiv A \le R$.  
652 Thus $A \le C \equiv A \le R$.  
653 That is, $\baseof{C} = R$.
654
655 $\qed$
656
657 \subsection{Coherence and Patch Inclusion}
658
659 Need to determine $C \haspatch \p$ based on $L,M,R \haspatch \p$.
660 This involves considering $D \in \py$.  
661
662 \subsubsection{For $L \nothaspatch \p, R \nothaspatch \p$:}
663 $D \not\isin L \land D \not\isin R$.  $C \not\in \py$ (otherwise $L
664 \in \py$ ie $L \haspatch \p$ by Tip Self Inpatch).  So $D \neq C$.
665 Applying $\merge$ gives $D \not\isin C$ i.e. $C \nothaspatch \p$.
666
667 \subsubsection{For $L \haspatch \p, R \haspatch \p$:}
668 $D \isin L \equiv D \le L$ and $D \isin R \equiv D \le R$.
669 (Likewise $D \isin X \equiv D \le X$ and $D \isin Y \equiv D \le Y$.)
670
671 Consider $D = C$: $D \isin C$, $D \le C$, OK for $C \haspatch \p$.
672
673 For $D \neq C$: $D \le C \equiv D \le L \lor D \le R
674  \equiv D \isin L \lor D \isin R$.  
675 (Likewise $D \le C \equiv D \le X \lor D \le Y$.)
676
677 Consider $D \neq C, D \isin X \land D \isin Y$:
678 By $\merge$, $D \isin C$.  Also $D \le X$ 
679 so $D \le C$.  OK for $C \haspatch \p$.
680
681 Consider $D \neq C, D \not\isin X \land D \not\isin Y$:
682 By $\merge$, $D \not\isin C$.  
683 And $D \not\le X \land D \not\le Y$ so $D \not\le C$.  
684 OK for $C \haspatch \p$.
685
686 Remaining case, wlog, is $D \not\isin X \land D \isin Y$.
687 $D \not\le X$ so $D \not\le M$ so $D \not\isin M$.  
688 Thus by $\merge$, $D \isin C$.  And $D \le Y$ so $D \le C$.
689 OK for $C \haspatch \p$.
690
691 So indeed $L \haspatch \p \land R \haspatch \p \implies C \haspatch \p$.
692
693 \subsubsection{For (wlog) $X \not\haspatch \p, Y \haspatch \p$:}
694
695 $M \haspatch \p \implies C \nothaspatch \p$.
696 $M \nothaspatch \p \implies C \haspatch \p$.
697
698 \proofstarts
699
700 One of the Merge Ends conditions applies.  
701 Recall that we are considering $D \in \py$.
702 $D \isin Y \equiv D \le Y$.  $D \not\isin X$.
703 We will show for each of
704 various cases that $D \isin C \equiv M \nothaspatch \p \land D \le C$
705 (which suffices by definition of $\haspatch$ and $\nothaspatch$).
706
707 Consider $D = C$:  Thus $C \in \py, L \in \py$, and by Tip
708 Self Inpatch $L \haspatch \p$, so $L=Y, R=X$.  By Tip Merge,
709 $M=\baseof{L}$.  So by Base Acyclic $D \not\isin M$, i.e.
710 $M \nothaspatch \p$.  And indeed $D \isin C$ and $D \le C$.  OK.
711
712 Consider $D \neq C, M \nothaspatch P, D \isin Y$:
713 $D \le Y$ so $D \le C$.  
714 $D \not\isin M$ so by $\merge$, $D \isin C$.  OK.
715
716 Consider $D \neq C, M \nothaspatch P, D \not\isin Y$:
717 $D \not\le Y$.  If $D \le X$ then
718 $D \in \pancsof{X}{\py}$, so by Addition Merge Ends and 
719 Transitive Ancestors $D \le Y$ --- a contradiction, so $D \not\le X$.
720 Thus $D \not\le C$.  By $\merge$, $D \not\isin C$.  OK.
721
722 Consider $D \neq C, M \haspatch P, D \isin Y$:
723 $D \le Y$ so $D \in \pancsof{Y}{\py}$ so by Removal Merge Ends
724 and Transitive Ancestors $D \in \pancsof{M}{\py}$ so $D \le M$.
725 Thus $D \isin M$.  By $\merge$, $D \not\isin C$.  OK.
726
727 Consider $D \neq C, M \haspatch P, D \not\isin Y$:
728 By $\merge$, $D \not\isin C$.  OK.
729
730 $\qed$
731
732 \subsection{Base Acyclic}
733
734 This applies when $C \in \pn$.
735 $C \in \pn$ when $L \in \pn$ so by Merge Acyclic, $R \nothaspatch \p$.
736
737 Consider some $D \in \py$.
738
739 By Base Acyclic of $L$, $D \not\isin L$.  By the above, $D \not\isin
740 R$.  And $D \neq C$.  So $D \not\isin C$.
741
742 $\qed$
743
744 \subsection{Tip Contents}
745
746 We need worry only about $C \in \py$.  
747 And $\patchof{C} = \patchof{L}$
748 so $L \in \py$ so $L \haspatch \p$.  We will use the Unique Base
749 of $C$, and its Coherence and Patch Inclusion, as just proved.
750
751 Firstly we show $C \haspatch \p$: If $R \in \py$, then $R \haspatch
752 \p$ and by Coherence/Inclusion $C \haspatch \p$ .  If $R \not\in \py$
753 then by Tip Merge $M = \baseof{L}$ so by Base Acyclic and definition
754 of $\nothaspatch$, $M \nothaspatch \p$.  So by Coherence/Inclusion $C
755 \haspatch \p$ (whether $R \haspatch \p$ or $\nothaspatch$).
756
757 We will consider an arbitrary commit $D$
758 and prove the Exclusive Tip Contents form.
759
760 \subsubsection{For $D \in \py$:}
761 $C \haspatch \p$ so by definition of $\haspatch$, $D \isin C \equiv D
762 \le C$.  OK.
763
764 \subsubsection{For $D \not\in \py, R \not\in \py$:}
765
766 $D \neq C$.  By Tip Contents of $L$,
767 $D \isin L \equiv D \isin \baseof{L}$, and by Tip Merge condition,
768 $D \isin L \equiv D \isin M$.  So by definition of $\merge$, $D \isin
769 C \equiv D \isin R$.  And $R = \baseof{C}$ by Unique Base of $C$.
770 Thus $D \isin C \equiv D \isin \baseof{C}$.  OK.
771
772 \subsubsection{For $D \not\in \py, R \in \py$:}
773
774 $D \neq C$.
775
776 By Tip Contents
777 $D \isin L \equiv D \isin \baseof{L}$ and
778 $D \isin R \equiv D \isin \baseof{R}$.
779
780 If $\baseof{L} = M$, trivially $D \isin M \equiv D \isin \baseof{L}.$
781 Whereas if $\baseof{L} = \baseof{M}$, by definition of $\base$,
782 $\patchof{M} = \patchof{L} = \py$, so by Tip Contents of $M$,
783 $D \isin M \equiv D \isin \baseof{M} \equiv D \isin \baseof{L}$.
784
785 So $D \isin M \equiv D \isin L$ and by $\merge$,
786 $D \isin C \equiv D \isin R$.  But from Unique Base,
787 $\baseof{C} = R$ so $D \isin C \equiv D \isin \baseof{C}$.  OK.
788
789 $\qed$
790
791 \subsection{Foreign Inclusion}
792
793 Consider some $D$ s.t. $\patchof{D} = \bot$.
794 By Foreign Inclusion of $L, M, R$:
795 $D \isin L \equiv D \le L$;
796 $D \isin M \equiv D \le M$;
797 $D \isin R \equiv D \le R$.
798
799 \subsubsection{For $D = C$:}
800
801 $D \isin C$ and $D \le C$.  OK.
802
803 \subsubsection{For $D \neq C, D \isin M$:}
804
805 Thus $D \le M$ so $D \le L$ and $D \le R$ so $D \isin L$ and $D \isin
806 R$.  So by $\merge$, $D \isin C$.  And $D \le C$.  OK.
807
808 \subsubsection{For $D \neq C, D \not\isin M, D \isin X$:}
809
810 By $\merge$, $D \isin C$.
811 And $D \isin X$ means $D \le X$ so $D \le C$.
812 OK.
813
814 \subsubsection{For $D \neq C, D \not\isin M, D \not\isin L, D \not\isin R$:}
815
816 By $\merge$, $D \not\isin C$.
817 And $D \not\le L, D \not\le R$ so $D \not\le C$.
818 OK
819
820 $\qed$
821
822 \end{document}