Сильная и слабая типизация

По одной из классификаций, языки программирования неформально делятся на сильно и слабо типизированные (англ. strongly and weakly typed), то есть обладающие сильной или слабой системой типов. Эти термины не являются однозначно трактуемыми, и чаще всего используются для указания на достоинства и недостатки конкретного языка. Существуют более конкретные понятия, которые и приводят к называнию тех или иных систем типов «сильными» или «слабыми».

В русскоязычной литературе часто используется термин «строгая типизация»; общепринятый вариант «сильная типизация» используется лишь при противопоставлении «слабой типизации». Следует иметь в виду, что использование термина «строгий» в отношении системы типов языка может вызвать путаницу со строгой семантикой вычислений языка (англ. strict evaluation).

История

В 1974 году Лисков и Зиллес (англ. Liskov and Zilles) назвали сильно типизированными языки, в которых «при передаче объекта из вызывающей функции в вызываемую тип этого объекта должен быть совместим с типом, определённым в вызываемой функции». Джексон писал: «В сильно типизированном языке всякая ячейка данных будет иметь уникальный тип и всякий процесс будет провозглашать свои требования по взаимосвязи в терминах этих типов».

В статье Луки Карделли «Полнотиповое программирование» система типов называется «сильной», если она исключает возможность возникновения ошибки согласования типов времени выполнения. Иначе говоря, отсутствие непроконтролированных ошибок времени выполнения называется типобезопасностью; ранние работы Хоара называют это свойство безопасностью (англ. security).

Определение «сильной» и «слабой» типизации

«Сильной» и «слабой» типизацией называется продукт множества решений, принятых при разработке языка. Более точно языки характеризуются наличием или отсутствием безопасности согласования типов и безопасности доступа к памяти, а также характерным временем осуществления такого контроля (в статике или в динамике).

Например, яркими примерами слабой системы типов являются те, что лежат в основе языков Си и C++. Их характерными атрибутами являются понятия приведения типов и каламбуров типизации. Эти операции поддерживаются на уровне компилятора и часто вызываются неявно. Операция reinterpret_cast в C++ позволяет представить элемент данных любого типа как принадлежащий любому другому типу при условии равенства длины их низкоуровневой реализации (битового представления) и изменить его состояние образом, недопустимым для исходного типа. Неосторожное использование таких операций нередко является источником крахов программ. Несмотря на это, в учебной литературе по C++ его система типов описывается как «сильная», что, с учётом тезисов Луки Карделли и других, следует понимать как «более сильная, чем в Си». В противоположность этому, в языках, типизированных по Хиндли — Милнеру, понятие о приведении типов отсутствует в принципе. Единственным способом «преобразовать» тип является написание функции, которая алгоритмически строит значение требуемого типа на основе значения исходного типа. Для тривиальных случаев, таких как «преобразование» целого без знака в целое со знаком и наоборот, такие функции обычно входят в состав стандартных библиотек. Наиболее часто используемым случаем такого рода функций являются специальные определяемые функции с пустым телом, называемые конструирующими функциями или просто конструкторами.

При этом система типов Хиндли — Милнера обеспечивает чрезвычайно высокий показатель повторного использования кода за счёт параметрического полиморфизма. Сильная, но не полиморфная система типов может затруднить решение многих алгоритмических задач, как это было отмечено в отношении языка Pascal.

Есть мнение, что сильная типизация является непременным элементом обеспечения надёжности разрабатываемых программных средств. При правильном применении (подразумевающем, что в программе объявляются и используются отдельные типы данных для логически несовместимых значений) она защищает программиста от простых, но труднообнаруживаемых ошибок, связанных с совместным использованием логически несовместимых значений, возникающих иногда просто из-за элементарной опечатки.

Подобные ошибки выявляются ещё на этапе компиляции программы, тогда как при возможности неявного приведения практически любых типов друг к другу (как, например, в классическом языке Си) эти ошибки выявляются только при тестировании, причём не все и не сразу, что порой очень дорого обходится на этапе промышленной эксплуатации.

Python является одним из примеров языка с сильной динамической типизацией.

См. также

• Тип данных
• Статическая типизация
• Динамическая типизация
• Каламбур типизации

Литература

• Лука Карделли. Typeful programming ( (англ.)) // IFIP State-of-the-Art Reports. — Springer-Verlag, 1991. — Вып. Formal Description of Programming Concepts. — С. 431–507.
• Pierce, Benjamin C. Types and Programming Languages. — MIT Press, 2002. — ISBN 0-262-16209-1.
  • Перевод на русский язык: Пирс Б. Типы в языках программирования. — Добросвет, 2012. — 680 с. — ISBN 978-5-7913-0082-9.