如何处理Python中的静态类型？

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数据工程师

提问于 2025-04-16 03:36

我来自Java的世界，想知道除了在编译代码时不会出现错误之外，Python的动态类型有什么特别好的地方？

你喜欢Python的类型系统吗？有没有什么例子能说明它在大型项目中帮了大忙？这样是不是有点容易出错呢？

编程语言类型系统动态类型静态类型

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你喜欢在Python中使用它吗？

这就是Python的一部分。在Python中喜欢它其实有点傻。

你有没有一个例子，说明它在大型项目中帮助过你？

有的。每天我都很高兴，因为我可以进行修改，而由于鸭子类型（Duck typing），这些修改都是相对局部的，所有单元测试和集成测试都能通过，并且不会影响到其他地方。

如果这是在Java中，修改就需要无休止地重构，把接口从类中提取出来，这样我才能引入在Java的静态类型检查下仍然被允许的变化。

这样不容易出错吗？

其实并没有比静态类型更容易出错。一个简单的单元测试就能确认这些对象符合预期的特性。

在Java中，写一个类（a）能通过编译时检查，且（b）在运行时却崩溃是很简单的。类型转换就是一个常见的原因。未能满足类的意图是很常见的情况——一个类可能编译通过，但仍然无法正常工作。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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我怀疑大多数复杂的Java程序中都有动态类型的特性。

每次在Java中把一个对象从Object类型转换成其他具体类型时，你都在进行动态类型检查。这包括在1.5版本之前使用集合类的每一次操作。实际上，Java的泛型在某些情况下仍然会在运行时进行类型检查。

每次使用Java反射时，你也在进行动态类型检查。这包括从文本文件中的类名或方法名映射到真实的类或方法，比如每次使用Spring的XML配置文件时。

这是否让Java程序变得脆弱且容易出错？Java程序员是否花费大量时间去追踪和修复动态类型错误的问题？可能不是，Python程序员也是如此。

动态类型的一些优点：

大大减少了对继承的依赖。我见过一些Java程序有庞大的继承树，而Python程序通常几乎不使用继承，更倾向于使用鸭子类型（即只关心对象的行为，而不是对象的类型）。
编写真正通用的代码变得简单。例如，min()和max()函数可以接受任何可比较类型的序列——整数、字符串、浮点数、具有适当比较方法的类、列表、元组等等。
代码量更少。很多Java代码并没有真正解决问题，反而只是为了让类型系统正常工作。如果一个Python程序的大小只有相应Java程序的五分之一，那么你需要编写、维护、阅读和理解的代码量也只有五分之一。换句话说，Python的有效信息与无效信息的比例要高得多。
开发周期更快。这与代码量少是相辅相成的——你花更少的时间去考虑类型和类，而更多的时间去思考如何解决你正在处理的问题。
对面向切面编程（AOP）的需求很小。我知道Python有一些面向切面编程的库，但我不认识使用它们的人，因为在99%的情况下，你可以通过装饰器和动态对象修改来实现AOP所需的功能。在Java世界中广泛使用AspectJ让我觉得Java语言本身存在一些不足，需要借助外部工具来弥补。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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静态类型检查在一般情况下是无法决定的。这意味着有些程序在静态类型上是安全的，但类型检查器却无法证明它们是安全的，因此类型检查器必须拒绝这些程序。

换句话说：有些类型安全的程序，类型检查器不会让你写。更简单地说：静态类型限制了你写某些程序的能力。

这适用于所有的静态类型，不仅仅是Java。

具体到Java来说，它的类型系统相当糟糕。它的类型系统连非常简单的属性都无法表达。例如：在static void java.util.Arrays.sort(Object[] a)的类型中，哪里说明结果必须是排序好的呢？或者说数组元素必须是部分有序的呢？

Java的另一个问题是，它的类型系统有一些大漏洞，简直可以开卡车通过：

String[] a = new String[1];
Object[] b = a;
b[0] = 1; // ArrayStoreException

在这个特定的例子中，问题出在协变数组上。数组不可能既是协变的又是类型安全的。

Java把静态类型的所有麻烦都结合在一起，却没有任何好处。所以，你不如直接去掉这些麻烦。

不过，值得注意的是，这并不是普遍适用的。还有其他语言拥有更好的类型系统，权衡的利弊也不那么明显。

例如，这里是用Python写的最简单的语言基准（斐波那契）：

def fib(n):
    if n < 2: return n
    return fib(n-2) + fib(n-1)

还有Java的版本：

int fib(int n) {
    if (n < 2) return n;
    return fib(n-2) + fib(n-1);
}

注意，这里有更多的杂乱，完全是因为静态类型的原因。为了让比较更公平，我们假设有一种语言，它的语法像Python，但语义像Java：

def fib(n: int) -> int:
    if n < 2: return n
    return fib(n-2) + fib(n-1)

[有趣的旁注：在Python 3.x中加入了可选的静态类型注解，这实际上也是有效的Python代码，尽管显然它仍然不是静态类型安全的，因为这些注解只是注解。它们从来没有被实际检查过。]

确实，这里有一些杂乱。然而，在Haskell中，它看起来是这样的：

fib n
  |     n < 2 = n
  | otherwise = fib (n-2) + fib (n-1)

与Python版本不同，这个是完全静态类型安全的，但没有任何与类型相关的杂乱。

在这个特定的情况下，静态类型和动态类型的好处之间的区别就不那么明显了。

顺便说一下，更符合Haskell风格的版本可能是这样的：

fib 0 = 0
fib 1 = 1
fib n = fib (n-2) + fib (n-1)

或者这样：

fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

实际上，Java和Python之间更重要的区别并不是Java是静态类型而Python是动态类型，而是Java根本不是一个好的编程语言，而Python是。所以，Java总是会输，不是因为它是静态类型，而是因为它很糟糕。比较BASIC和Haskell，Haskell显然胜出，但同样，不是因为它是静态类型，而是因为BASIC很糟糕。

一个更有趣的比较是Java与BASIC，或者Python与Haskell。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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