Система типов
-
Системы типов в программировании
- Системы типов присваивают свойства (типы) языковым конструкциям.
- Типы определяют операции, которые можно выполнять с терминами.
- Системы типов формализуют категории данных и предотвращают ошибки ввода.
-
Цели систем типов
- Уменьшение вероятности ошибок в программах.
- Предотвращение использования операций с неправильными значениями.
- Определение интерфейсов между частями программы.
-
Пример системы типов: язык Си
- Функции имеют интерфейсы с параметрами.
- Компилятор проверяет типы аргументов при вызове функций.
- Типы данных могут быть оптимизированы для хранения и операций.
-
Теория типов
- Формально изучает системы типов.
- Программы должны иметь смысл и не иметь приписываемого значения.
- Связывание битов с типами придает смысл значениям.
-
Преимущества систем типов
- Абстракция и модульность позволяют мыслить на высоком уровне.
- Документация разъясняет намерения программиста.
- Оптимизация компилятора и безопасность кода.
-
Ошибки типов
- Ошибка типа возникает при использовании данных неправильного типа.
- Автоматизация проверки типов может не обнаруживать все ошибки.
- Программный анализ используется для доказательства корректности программ.
-
Проверка типов
- Проверка типов может происходить во время компиляции (статическая проверка) или во время выполнения (динамическая проверка).
- Строгая типизация требует строгого соблюдения правил набора текста, слабая типизация допускает автоматические преобразования типов.
-
Статическая проверка типов
- Статическая проверка типов проверяет типобезопасность программы на основе анализа исходного кода.
- Программа, прошедшая статическую проверку типов, удовлетворяет набору свойств безопасности типов для всех входных данных.
- Статическая проверка типов может быть консервативной, что означает, что она может отвергать правильные программы.
- Статическая проверка типов быстро обнаруживает ошибки в редко используемых путях кода, но не может проверить все полезные функции языка.
-
Динамическая проверка типов
- Динамическая проверка типов проверяет безопасность типов программы во время выполнения.
- Динамическая проверка типов использует информацию о типе среды выполнения (RTTI) для реализации динамической диспетчеризации и других функций.
- Динамическая проверка типов может привести к сбою программы, но в некоторых языках можно предвидеть и восстанавливаться после сбоев.
-
Сочетание статической и динамической проверки типов
- Некоторые языки поддерживают как статическую, так и динамическую проверку типов.
- Java и C++ поддерживают преобразование типов в их подтипы и другие операции с типами, зависящие от RTTI.
- Большинство языков включают механизмы для диспетчеризации различных типов данных, что аналогично реализациям динамической типизации.
-
Статическая и динамическая проверка типов на практике
- Статическая типизация повышает надежность программы, но требует от программистов точного объявления типов.
- Динамическая типизация позволяет быстрее компилировать и интерпретировать код, но допускает конструкции, которые при статической типизации были бы отклонены.
- Динамическая типизация лучше подходит для переходного кода и создания прототипов.
-
Статическая и динамическая типизация
- Статическая типизация упрощает повторное использование кода, но усложняет метапрограммирование.
- Динамическая типизация упрощает метапрограммирование, но усложняет повторное использование кода.
-
Системы типов
- Системы типов могут быть сильными или слабыми, но это не общепринятые термины.
- Системы типов могут быть типобезопасными или безопасными для памяти.
-
Безопасность типов и памяти
- Типобезопасные языки не допускают операций, нарушающих правила системы типов.
- Безопасные для памяти языки не позволяют программам получать доступ к памяти, не предназначенной для их использования.
-
Различные уровни проверки типов
- Некоторые языки допускают различные уровни проверки типов.
- Примеры включают директивы use strict и параметры declare в различных языках.
-
Системы дополнительного типа
- Системы типов могут быть подключены к языку по мере необходимости.
- Они не обеспечивают безопасность типов во время выполнения.
-
Полиморфизм и его типы
- Полиморфизм позволяет коду обрабатывать значения разных типов.
- Полиморфизм повышает вероятность повторного использования кода.
-
Специализированные системы типа
- Существуют специализированные системы типов для определенных сред и типов данных.
- Они часто основаны на идеях теории формальных типов.
-
Зависимые типы
- Зависимые типы используют скаляры для описания типов других значений.
- Проверка типов для обычных зависимых типов неразрешима.
-
Линейные типы
- Линейные типы присваиваются значениям с одной и только одной ссылкой.
- Они полезны для описания больших неизменяемых значений.
-
Типы пересечений
- Типы пересечений описывают значения, принадлежащие обоим заданным типам.
- Они полезны для описания перегруженных типов функций.
-
Типы и их пересечения
- Типы могут быть переданы в другие функции, ожидающие безопасные типы.
- Пересечение типа и типа-предка является наиболее производным типом.
- Поле пересечения родственных типов пусто.
- Язык Форсайта включает общую реализацию типов пересечений.
-
Типы объединений
- Типы объединений описывают значения, принадлежащие к любому из двух типов.
- Объединение типов имеет общий «виртуальный» диапазон.
- Функции, обрабатывающие тип объединения, должны работать с целыми числами в полном диапазоне.
- Объединение родственных типов является подтипом их общего предка.
-
Экзистенциальные типы
- Экзистенциальные типы используются для представления модулей и абстрактных типов данных.
- Экзистенциальные типы позволяют отделять реализацию от интерфейса.
- Экзистенциальные типы могут быть реализованы различными способами.
- Средство проверки типов не может определить конкретный экзистенциальный тип.
-
Постепенный ввод текста
- В системе типов с постепенной типизацией переменные могут быть типизированы во время компиляции или выполнения.
- Постепенная типизация использует динамический тип для представления статически неизвестных типов.
- Отношение непротиворечивости является симметричным, но не транзитивным.
-
Явное или неявное объявление и вывод
- Многие системы статических типов требуют явного объявления типов.
- Другие, такие как Haskell, выполняют вывод типов.
- Вывод типа возможен, если он поддается вычислению в рассматриваемой системе типов.
-
Проблемы с решением
- Система типов связана с проблемами проверки типов, типизируемости и адаптации к типу.
- Проблемы включают определение, может ли термин быть присвоен тип, и существование среды типа и типа, подходящих для термина.
-
Единая система типов
- Некоторые языки, такие как C# и Scala, имеют единую систему типов.
- В других языках, таких как Java и Raku, есть корневой тип, но также и примитивные типы.
-
Совместимость: эквивалентность и выделение подтипов
- Средство проверки типов должно убедиться в совместимости типов.
- Совместимость типов зависит от языка программирования и может включать различные критерии эквивалентности и подтипирования.
- Параметрический или специальный полиморфизм также может влиять на совместимость типов.