Сильная и слабая типизация
| Типовые системы |
|---|
| Общие понятия |
| Основные категории |
| Второстепенные категории |
В компьютерном программировании один из многих способов условной классификации языков программирования языка ли система типов заключается в том, делает строго типизированным или слабо типизированным ( свободно типизированным ). Однако не существует точного технического определения того, что означают эти термины, и разные авторы расходятся во мнениях относительно подразумеваемого значения терминов и относительного рейтинга «силы» систем типов основных языков программирования. [1] По этой причине авторы, которые хотят однозначно писать о системах типов, часто избегают терминов «строгая типизация» и «слабая типизация» в пользу конкретных выражений, таких как « безопасность типов ».
Как правило, строго типизированный язык имеет более строгие правила типизации во время компиляции , что означает, что ошибки и исключения во время компиляции с большей вероятностью возникнут . Большинство из этих правил влияют на назначение переменных, возвращаемые значения функций, аргументы процедур и вызов функций. Динамически типизированные языки (в которых проверка типов происходит во время выполнения ) также могут быть строго типизированными. В динамически типизированных языках типы имеют значения, а не переменные.
Слабо типизированный язык имеет более слабые правила типизации и может давать непредсказуемые или даже ошибочные результаты или может выполнять неявное преобразование типов во время выполнения. [2] Другая, но родственная концепция — это скрытая типизация .
История
[ редактировать ]В 1974 году Барбара Лисков и Стивен Зиллес определили строго типизированный язык как язык, в котором «всякий раз, когда объект передается от вызывающей функции к вызываемой функции, его тип должен быть совместим с типом, объявленным в вызываемой функции». [3] В 1977 году К. Джексон писал: «В строго типизированном языке каждая область данных будет иметь отдельный тип, и каждый процесс будет формулировать свои требования к коммуникации в терминах этих типов». [4]
Определения слов «сильный» и «слабый».
[ редактировать ]Ряд различных решений по дизайну языка были названы свидетельством «сильной» или «слабой» типизации. Многие из них точнее понимать как наличие или отсутствие безопасности типов , безопасности памяти , статической проверки типов или динамической проверки типов .
«Строгая типизация» обычно относится к использованию типов языка программирования для того, чтобы как зафиксировать инварианты кода , так и обеспечить его корректность, а также определенно исключить определенные классы ошибок программирования. Таким образом, для достижения этих целей используется множество дисциплин «сильной типизации».
Неявные преобразования типов и «каламбур типов»
[ редактировать ]Некоторые языки программирования позволяют легко использовать значение одного типа, как если бы оно было значением другого типа. Иногда это называют «слабой типизацией».
Например, Ааз Марух отмечает, что « принуждение происходит, когда у вас есть статически типизированный язык и вы используете синтаксические особенности языка, чтобы принудительно использовать один тип, как если бы это был другой тип (рассмотрим обычное использование void* в C). ). С другой стороны, приведение обычно является признаком слабой типизации. Конверсия создает совершенно новый объект соответствующего типа». [5]
В качестве другого примера, GCC описывает это как игру слов и предупреждает, что это нарушит строгий псевдоним . Тьяго Масиейра обсуждает несколько проблем, которые могут возникнуть, когда каламбур типов приводит к тому, что компилятор выполняет неподходящую оптимизацию . [6]
Существует множество примеров языков, которые допускают неявное преобразование типов , но типобезопасным образом. Например, и C++ , и C# позволяют программам определять операторы для преобразования значения из одного типа в другой с четко определенной семантикой. Когда компилятор C++ встречает такое преобразование, он рассматривает эту операцию как вызов функции. Напротив, преобразование значения в тип C void* — небезопасная операция, невидимая для компилятора.
Указатели
[ редактировать ]Некоторые языки программирования предоставляют указатели , как если бы они были числовыми значениями, и позволяют пользователям выполнять с ними арифметические действия. Эти языки иногда называют «слабо типизированными», поскольку арифметика указателей может использоваться для обхода системы типов языка.
Нетегированные союзы
[ редактировать ]Некоторые языки программирования поддерживают нетегированные объединения , которые позволяют рассматривать значение одного типа так, как если бы оно было значением другого типа.
Статическая проверка типов
[ редактировать ]В Луки Карделли статье «Типовое программирование » [7] «Система строгого типа» описывается как система, в которой нет возможности неконтролируемой ошибки типа во время выполнения. В других текстах отсутствие непроверенных ошибок во время выполнения называется безопасностью или безопасностью типов ; Тони Хоара В ранних работах это называется безопасностью собственности . [8]
Вариации между языками программирования
[ редактировать ] | Возможно, этот раздел содержит оригинальные исследования . ( Май 2018 г. ) |
 | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Май 2020 г. ) |
Некоторые из этих определений противоречивы, другие просто концептуально независимы, а третьи представляют собой частные случаи (с дополнительными ограничениями) других, более «либеральных» (менее строгих) определений. Из-за большого расхождения между этими определениями в отношении большинства языков программирования можно утверждать, что они либо строго, либо слабо типизированы. Например:
- Java , Pascal , Ada и C требуют, чтобы переменные имели объявленный тип, и поддерживали использование явного приведения арифметических значений к другим арифметическим типам. Иногда говорят, что Java, C#, Ada и Pascal более строго типизированы, чем C, поскольку C поддерживает больше видов неявных преобразований и позволяет указателей явно приводить значения , в то время как Java и Pascal этого не делают. Java можно считать более строго типизированной, чем Pascal, поскольку методы обхода системы статических типов в Java контролируются системой типов виртуальной машины Java . В этом отношении C# и VB.NET похожи на Java, хотя они позволяют отключать динамическую проверку типов путем явного помещения сегментов кода в «небезопасный контекст». Система типов Паскаля была описана как «слишком сильная», поскольку размер массива или строки является частью ее типа, что очень затрудняет некоторые задачи программирования. Однако Delphi решает эту проблему. [9] [10]
- Smalltalk , Ruby , Python и Self являются «строго типизированными» в том смысле, что ошибки ввода предотвращаются во время выполнения, и они мало выполняют неявное преобразование типов , но эти языки не используют статическую проверку типов: компилятор не проверяет и не применяет правила ограничения типов. Термин «утиная типизация» теперь используется для описания парадигмы динамической типизации, используемой языками этой группы.
- Все языки семейства Lisp являются «строго типизированными» в том смысле, что ошибки ввода предотвращаются во время выполнения. Некоторые диалекты Lisp, такие как Common Lisp или Clojure, поддерживают различные формы объявлений типов. [11] и некоторые компиляторы ( CMU Common Lisp (CMUCL) [12] и связанные с ними) используйте эти объявления вместе с выводом типа , чтобы обеспечить различные оптимизации и ограниченные формы проверок типов во время компиляции.
- Стандартные ML , F# , OCaml , Haskell , Go и Rust проверяются статически, но компилятор автоматически определяет точный тип для большинства значений.
- Языки Ассемблер и Форт можно охарактеризовать как нетипизированные . Проверка типов отсутствует; Программист должен гарантировать, что данные, передаваемые функциям, имеют соответствующий тип.
См. также
[ редактировать ]- Сравнение языков программирования
- Тип данных включает более подробное обсуждение проблем типизации.
- Проектирование по контракту (строгая типизация как неявная форма контракта)
- Скрытая типизация
- Безопасность памяти
- Тип безопасности
- Типовая система
- Строго типизированный идентификатор
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Что нужно знать перед обсуждением систем типов | Овидий [blogs.perl.org]» . blogs.perl.org . Проверено 27 июня 2023 г.
- ^ «CS1130. Переход к объектно-ориентированному программированию. – Весна 2012 г. – версия для самостоятельного обучения» . Корнелльский университет, факультет компьютерных наук. 2005. Архивировано из оригинала 23 ноября 2015 г. Проверено 23 ноября 2015 г.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Лисков Б; Зиллес, С (1974). «Программирование с абстрактными типами данных». Уведомления ACM SIGPLAN . 9 (4): 50–59. CiteSeerX 10.1.1.136.3043 . дои : 10.1145/942572.807045 .
- ^ Джексон, К. (1977). «Параллельная обработка и модульное построение программного обеспечения». Проектирование и реализация языков программирования . Конспекты лекций по информатике. Том. 54. С. 436–443. дои : 10.1007/BFb0021435 . ISBN 3-540-08360-Х .
- ^ Ааз. «Ввод текста: сильный против слабого, статический против динамического» . Проверено 16 августа 2015 г.
- ^ «Каламбур типов и строгий псевдоним — блог Qt» . Qt-блог . Проверено 18 февраля 2020 г. .
- ^ Лука Карделли, «Типовое программирование»
- ^ Хоар, CAR 1974. Советы по проектированию языков программирования. В книге «Надежность компьютерных систем» под ред. К. Буньян. Том. 20 стр. 505–534.
- ^ Инфомир . 25 апреля 1983 г. Проверено 16 августа 2015 г.
- ^ Керниган, Брайан (1981). «Почему Паскаль не мой любимый язык программирования» . Архивировано из оригинала 6 апреля 2012 г. Проверено 22 октября 2011 г.
- ^ «CLHS: Глава 4» . Проверено 16 августа 2015 г.
- ^ «Руководство пользователя CMUCL: Компилятор» . Архивировано из оригинала 8 марта 2016 года . Проверено 16 августа 2015 г.