语言类型系统的基本概念答案

【问题标题】：Basic Concepts of Language Type Systems语言类型系统的基本概念
【发布时间】：2011-12-23 15:15:33
【问题描述】：

有人可以清楚简洁地解释语言类型系统的概念吗？我在这里读过一两篇关于类型系统的文章，但找不到能回答我下面所有问题的文章。

我听说/读到有 3 种类型分类：动态与静态、强与弱、安全与不安全。

一些问题：

还有其他人吗？
这些分别是什么意思？
如果一种语言允许您在运行时更改变量的类型（例如，用于存储 int 的变量后来用于存储字符串），它属于什么类别？
Python 如何适合这些类别？
关于类型系统，我还有什么需要了解的吗？

非常感谢！

【问题讨论】：

标签： programming-languages terminology type-systems

【解决方案1】：

1) 显然还有其他人：http://en.wikipedia.org/wiki/Type_system

Dynamic => 类型检查在运行时完成（程序执行），例如蟒蛇。

Static（与动态相反）=> 类型检查在编译时完成，例如C++

Strong => 一旦类型系统确定一个特定的对象是一种类型，它就不允许它被用作另一种类型。例如蟒蛇

Weak（相对于 Strong）=> 类型系统允许更改对象类型。例如perl 允许您将数字作为字符串读取，然后再次将其用作数字

Type safety => 我只能用“C”语句来最好地描述，例如：

x = (int *) malloc (...);

malloc 返回一个 (void *)，我们只需将其类型转换为 (int *)。在编译时没有检查函数 malloc 返回的指针实际上是整数的大小 => 一些 C 操作不是类型安全的。

有人告诉我，一些“纯函数式”语言本质上是类型安全的，但我不知道这些语言中的任何一种。我认为标准 ML 或 Haskell 将是类型安全的。

3) “如果一种语言允许您在运行时更改变量的类型（例如，用于存储 int 的变量后来用于存储字符串），那属于什么类别？”：

这可能是动态的——变量是无类型的，值可以携带隐式或显式类型信息；或者，类型系统可能能够处理改变类型的变量，并且是静态类型系统。

4) Python：它是动态且强类型的。类型安全是我不知道python（以及类型安全本身）的东西。

5）“关于类型系统，我还有什么需要了解的吗？”：也许可以阅读@BasileStarynkevitch 建议的书？

【讨论】：

至于您对#3 的回答，我会说这是“动态类型”。以这种方式考虑......如果语言允许您在运行时更改 VARIABLE（值的名称）的类型，那就是动态类型。如果语言允许您更改 VALUE 的类型（有一个字符串“1”并将其视为整数），那就是弱类型。
@RHSeeger - 你是对的。这就是我的意思，然后混淆了:(。现在更正。
@RHSeeger - 不，我放弃了。我的意思是弱打字。但是，因为我不是专家，也没有来源可以引用权威答案，所以我会忽略这部分问题:)
Perl 将整数作为字符串处理并不是弱类型的例子，因为它实际上替换为不同的值。 Perl 是强类型的，具有隐式转换。弱类型是指，例如，C 允许将 int 视为指针（或者实际上允许指针算术）。
Python 不是强类型，也不安全。变量在不同的时间可以有不同的类型值。类对象在不同的时间可以有不同的方法。

【解决方案2】：

您在这里问了很多问题 :) 类型系统是计算机科学的一个专门领域！

从一开始，“类型系统就是证明不存在某些程序行为的方法”（参见B.Pierce's Types and Programming Languages，在另一个答案中也有提及）。通过类型检查的程序是有效程序的子集。比如方法

int answer() {
   if(true) { return 42; } else { return "wrong"; }
}

实际上会在运行时表现良好。 else 分支永远不会执行，答案总是返回 42。静态类型系统是一个保守分析，会拒绝这个程序，因为它不能证明不存在类型错误，即，永远不会返回那个“错误”。

当然，您可以改进类型系统以实际检测 else 分支永远不会发生。您想改进类型系统以拒绝尽可能少的程序。这就是为什么类型系统多年来不断丰富以支持越来越多的细化（例如泛型等）

类型系统的重点是证明不存在类型错误。在实践中，它们支持像向下转换这样的操作，这些操作本质上意味着运行时类型检查，并且可能导致类型错误。同样，目标是使类型系统尽可能灵活，这样我们就不需要求助于这些削弱类型安全性的操作（例如泛型）。

您可以阅读上述书籍的第 1 章以获得非常好的介绍。剩下的，我会推荐你What To Know Before Debating Type Systems，这是一篇关于基本概念的很棒的博客文章。

关于类型系统还有什么我应该知道的吗？

哦，是的！ :)

愉快地沉浸在类型系统的世界中！

【讨论】：

【解决方案3】：

我建议阅读B.Pierce's Types and Programming Languages 的书。而且我还建议学习一些静态类型的、类型推断的语言，如 Ocaml 或 Haskell。

【讨论】：

虽然你的建议从长远来看肯定是有用的（至少后一点，我还没有读过那本书），但你没有回答这个问题。好吧，也许除了最后一个问题。
由于您的问题需要整本书才能回答，我相信您可能不会期望在几分钟内给出完整的答案。
（这不是我的问题，但除此之外：）对于初学者来说，摘要应该足够了，至少对于前几个问题。最后一个确实很宽泛。
@BasileStarynkevitch 我理解你的观点，但指向这本书对读者来说并不是那么有用。他可能只对第 1 章感兴趣。对于其余部分，我想我想首先要了解其他概念，例如什么是泛型/参数多态性，以及我们想要它的原因。

【解决方案4】：

类型系统是一种控制访问值的函数的机制。编译时检查是其中的一个方面，如果在编译过程中尝试对未设计处理的值使用函数，则它会拒绝程序。然而另一方面是相反的，选择处理某些值的函数，例如重载。另一个例子是多态函数的特化（例如 C++ 中的模板）。推理和演绎是其他方面，其中函数的类型是通过使用而不是由程序员指定的。

部分检查和选择可以推迟到运行时。基于变体标记或间接或专用表（如 C++ 虚函数或 Haskell 类型类字典）的方法分派是即使在极强类型语言中也提供的两个示例。

类型系统的关键概念称为健全性。如果类型系统保证不合适的函数不能使用任何值，那么它就是健全的。粗略地说，一个不健全的类型系统有“漏洞”并且是无用的。如果您删除强制转换（和 void* 转换），则 ISO C89 的类型系统是健全的，如果您允许它们，则不健全。 ISO C++的类型系统不健全。

类型系统的第二个重要概念称为表现力。多态编程的健全类型系统会阻止程序员编写有效的代码：它们普遍过于严格（我相信不可避免地如此）。使类型系统更具表现力，从而允许更广泛的有效程序集是关键的学术挑战。

打字的另一个概念是强度。强类型系统可以更早地发现更多错误。例如，许多语言的类型系统太弱，无法使用类型系统检测数组边界违规，因此不得不求助于运行时检查。不知何故，强度与表现力相反：我们希望允许更多有效程序（表现力），但同时也捕获更多无效程序（强度）。

这里有一个关键问题：解释为什么 OO 类型太弱以至于无法将 OO 用作一般开发范例。 [提示：OO 无法处理关系]

【讨论】：