1、動(dòng)靜類型與強(qiáng)弱類型

很多讀者應(yīng)該都熟悉動(dòng)態(tài)類型與靜態(tài)類型，但是很多人也會(huì)把它們跟強(qiáng)弱類型混為一談，所以我們有必要先作一下概念上的澄清。

這兩組類型都是針對(duì)于編程語(yǔ)言而言的，但關(guān)注的核心問(wèn)題不同。

對(duì)于“動(dòng)靜類型”概念，它的核心問(wèn)題是“什么時(shí)候知道一個(gè)變量是哪種類型”？

一般而言，在編譯期就確定變量類型的是靜態(tài)類型語(yǔ)言，在運(yùn)行期才確定變量類型的則是動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言。

例如，某些語(yǔ)言中定義函數(shù)“int func(int a){…}”，在編譯時(shí)就能確定知道它的參數(shù)和返回值是 int 類型，所以是靜態(tài)類型；而典型如 Python，定義函數(shù)時(shí)寫(xiě)“def func(a):…”，并不知道參數(shù)和返回值的類型，只有到運(yùn)行時(shí)調(diào)用函數(shù)，才最終確定參數(shù)和返回值的類型，所以是動(dòng)態(tài)類型

對(duì)于“強(qiáng)弱類型”概念，它的核心問(wèn)題是“不同類型的變量是否允許隱式轉(zhuǎn)化”？

一般而言，編譯器有很少（合理）隱式類型轉(zhuǎn)化的是強(qiáng)類型語(yǔ)言，有較多（過(guò)分）隱式類型轉(zhuǎn)化的是弱類型語(yǔ)言。  

例如，Javascript 中的 "1000"+1會(huì)得到字符串“10001”，而 "1000"-1則會(huì)得到數(shù)字 999，也就是說(shuō)，編譯器根據(jù)使用場(chǎng)合，對(duì)兩種不同類型的對(duì)象分別做了隱式的類型轉(zhuǎn)化，但是相似的寫(xiě)法，在強(qiáng)類型語(yǔ)言中則會(huì)報(bào)類型出錯(cuò)。（數(shù)字與字符串的轉(zhuǎn)化屬于過(guò)分的轉(zhuǎn)化，下文會(huì)再提到一些合理的轉(zhuǎn)化。）

按照以上的定義，有人將常見(jiàn)的編程語(yǔ)言畫(huà)了一張分類圖：

按強(qiáng)弱類型維度劃分，可以歸納出：

• 強(qiáng)類型：Java、C#、Python、Ruby、Erlang（再加GO、Rust）……
• 弱類型：C、C++、Javascript、Perl、PHP、VB……

2、過(guò)去的強(qiáng)弱類型概念

動(dòng)靜類型的概念基本上被大家所認(rèn)可，然而，強(qiáng)弱類型的概念在問(wèn)答社區(qū)、技術(shù)論壇和學(xué)術(shù)討論上卻有很多的爭(zhēng)議。此處就不作羅列了。

為什么會(huì)有那么多爭(zhēng)議呢？

最主要的原因之一是有人把它與動(dòng)靜類型混用了。

最明顯的一個(gè)例子就是 Guido van Rossum 在 2003 年參加的一個(gè)訪談，它的話題恰好是關(guān)于強(qiáng)弱類型的（Strong versus Weak Typing）：

但是，他們談?wù)摰拿黠@只是動(dòng)靜類型的區(qū)別。

訪談中還引述了 Java 之父 James Gosling 的話，從他的表述中也能看出，他說(shuō)的“強(qiáng)弱類型”其實(shí)也是動(dòng)靜類型的區(qū)分。

另外還有一個(gè)經(jīng)典的例子，C 語(yǔ)言之父 Dennis Ritchie 曾經(jīng)說(shuō) C 語(yǔ)言是一種“強(qiáng)類型但是弱檢查”的語(yǔ)言。如果對(duì)照成前文的定義，那他其實(shí)指的是“靜態(tài)類型弱類型”。

為什么這些大佬們會(huì)有混淆呢？

其實(shí)原因也很簡(jiǎn)單，那就是在當(dāng)時(shí)還沒(méi)有明確的動(dòng)靜類型與強(qiáng)弱類型的概念之分！或者說(shuō)，那時(shí)候的強(qiáng)弱類型指的就是動(dòng)靜類型。

維基百科上給出了 1970 年代對(duì)強(qiáng)類型的定義，基本可以還原成前文提到的靜態(tài)類型：

In 1974, Liskov and Zilles defined a strongly-typed language as one in which "whenever an object is passed from a calling function to a called function, its type must be compatible with the type declared in the called function."[3] In 1977, Jackson wrote, "In a strongly typed language each data area will have a distinct type and each process will state its communication requirements in terms of these types."[4]

前面幾位編程語(yǔ)言之父應(yīng)該就是持有類似的觀念。

不過(guò)，大佬們也意識(shí)到了當(dāng)時(shí)的“強(qiáng)弱類型”概念并不充分準(zhǔn)確，所以 Dennis Ritchie 才會(huì)說(shuō)成“強(qiáng)類型但是弱檢查”，而且在訪談中，Guido 也特別強(qiáng)調(diào)了 Python 不應(yīng)該被稱為弱類型，而應(yīng)該說(shuō)是運(yùn)行時(shí)類型（runtime typing） 。

但是在那個(gè)早期年代，基本上強(qiáng)弱類型就等同于動(dòng)靜類型，而這樣的想法至今仍在影響著很多人。

3、現(xiàn)在的強(qiáng)弱類型概念

早期對(duì)于編程語(yǔ)言的分類其實(shí)是混雜了動(dòng)靜與強(qiáng)弱兩個(gè)維度，但是，它們并不是一一對(duì)應(yīng)重合的關(guān)系，并不足以表達(dá)編程語(yǔ)言間的區(qū)別，因此就需要有更為明確/豐富的定義。

有人提出了“type safety”、“memory safety”等區(qū)分維度，也出現(xiàn)了靜態(tài)檢查類型和動(dòng)態(tài)檢查類型，與強(qiáng)弱類型存在一定的交集。

直到出現(xiàn) 2004 年的一篇集大成的學(xué)術(shù)論文《Type Systems》（出自微軟研究院，作者 Luca Cardelli），專門研究編程語(yǔ)言的不同類型系統(tǒng)：

論文中對(duì)于強(qiáng)弱檢查（也即強(qiáng)弱類型）有一個(gè)簡(jiǎn)短的歸納如下：

• Strongly checked language: A language where no forbidden errors can occur at run time (depending on the definition of forbidden error).
• Weakly checked language: A language that is statically checked but provides no clear guarantee of absence of execution errors.

其關(guān)鍵則是程序?qū)τ?nbsp;untrapped errors 的檢查強(qiáng)度，在某些實(shí)際已出錯(cuò)的地方，弱類型程序并不作捕獲處理，例如 C 語(yǔ)言的一些指針計(jì)算和轉(zhuǎn)換，而《C 程序員十誡》的前幾個(gè)都是弱類型導(dǎo)致的問(wèn)題。

論文對(duì)于這些概念的定義還是比較抽象的，由于未捕獲的錯(cuò)誤（untrapped errors）大多是由于隱式類型轉(zhuǎn)換所致，所以又演化出了第一節(jié)中的定義，以隱式類型轉(zhuǎn)換作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。

如今將“對(duì)隱式類型轉(zhuǎn)換的容忍度”作為強(qiáng)弱類型的分類標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)是很多人的共識(shí)（雖然不夠全面，而且有一些不同的聲音）。

例如，維基百科就把隱式類型轉(zhuǎn)換作為弱類型的主要特點(diǎn)之一：

A weakly typed language has looser typing rules and may produce unpredictable results or may perform implicit type conversion at runtime.

例如，以 Python 為例，社區(qū)的主流看法認(rèn)為它是強(qiáng)類型語(yǔ)言，而判斷的標(biāo)準(zhǔn)也是看隱式類型轉(zhuǎn)換。

例子有很多，比如 Python 官方的 wiki，它專門回答了Why is Python a dynamic language and also a strongly typed language ，給出了 4 個(gè)答案，為 Python 的“動(dòng)態(tài)強(qiáng)類型”定性：

再比如，在《流暢的Python》第11章的雜談中，也專門提到了強(qiáng)弱類型的分類。（它的用語(yǔ)是“很少隱式類型轉(zhuǎn)換”，算是比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，但是也錯(cuò)誤地把 C++ 歸為了強(qiáng)類型。）

4、Python 是不是強(qiáng)類型語(yǔ)言？

關(guān)于“Python 是否屬于強(qiáng)類型”話題，在主流觀點(diǎn)之外，還存在著不少誤解的看法。

一方面的原因有些人混用了強(qiáng)弱類型與動(dòng)靜類型，這有歷史的原因，前面已經(jīng)分析了。

另外還有一個(gè)同樣重要的原因，即有人把弱類型等同于“完全沒(méi)有隱式類型轉(zhuǎn)換”了，這種想法并不對(duì)。

事實(shí)上，強(qiáng)弱類型的概念中包含著部分相對(duì)主義的含義，強(qiáng)類型語(yǔ)言中也可能有隱式類型轉(zhuǎn)換。

比如，Rust 語(yǔ)言為了實(shí)現(xiàn)“內(nèi)存安全”的設(shè)計(jì)哲學(xué)，設(shè)計(jì)了很強(qiáng)大的類型系統(tǒng)，但是它里面也有隱式類型轉(zhuǎn)換（自動(dòng)解引用）。

問(wèn)題在于：怎么樣的隱式類型轉(zhuǎn)換是在合理范圍內(nèi)的？以及，某些表面的隱式類型轉(zhuǎn)換，是否真的是隱式類型轉(zhuǎn)換？

回到 Python 的例子，我們可以分析幾種典型的用法。

比如，"test"*3這種字符串“乘法”運(yùn)算，雖然是兩種類型的操作，但是并不涉及隱式類型轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化。

比如，x=10; x="test"先后給一個(gè)變量不同類型的賦值，表面上看 x 的類型變化了，用 type(x) 可以判斷出不同，但是，Python 中的類型是跟值綁定的（右值綁定），并不是跟變量綁定的。

變量 x 準(zhǔn)確地說(shuō)只是變量名，是綁定到實(shí)際變量上的一個(gè)標(biāo)簽，它沒(méi)有類型。type(x) 判斷出的并不是 x 本身的類型，而是 x 指向的對(duì)象的類型，就像內(nèi)置函數(shù) id(x) 算出的也不是 x 本身的地址，而是實(shí)際的對(duì)象的地址。

比如，1 + True這種數(shù)字與布爾類型的加法運(yùn)算，也沒(méi)有發(fā)生隱式類型轉(zhuǎn)換。因?yàn)?Python 中的布爾類型其實(shí)是整型的子類，是同一種類型?。ㄈ绻幸蓡?wèn)，可查閱 PEP-285）

再比如，整數(shù)/布爾值與浮點(diǎn)數(shù)相加，在 Python 中也不需要作顯式類型轉(zhuǎn)換。但是，它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程其實(shí)是用了數(shù)字的__add__()方法，Python 中一切皆對(duì)象，數(shù)字對(duì)象也有自己的方法。（其它語(yǔ)言可不一定）

也就是說(shuō)，數(shù)字間的算術(shù)運(yùn)算操作，其實(shí)是一個(gè)函數(shù)調(diào)用的過(guò)程，跟其它語(yǔ)言中的算術(shù)運(yùn)算有著本質(zhì)的區(qū)別。

另外，不同的數(shù)字類型雖然在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)層面有很大差異，但在人類眼中，它們是同一種類型（寬泛地分），所以就算發(fā)生了隱式類型轉(zhuǎn)換，在邏輯上也是可以接受的。

最后，還有一個(gè)例子，即 Python 在 if/while 之后的真值判斷，我之前分析過(guò)它的實(shí)現(xiàn)原理，它會(huì)把其它類型的對(duì)象轉(zhuǎn)化成布爾類型的值。

但是，它實(shí)際上也只是函數(shù)調(diào)用的結(jié)果（__bool__() 和 __len__()），是通過(guò)計(jì)算而得出的合理結(jié)果，并不屬于隱式的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，不在 untrapped errors 的范疇里。

所以，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，前面 5 個(gè)例子中都沒(méi)有發(fā)生類型轉(zhuǎn)換。 浮點(diǎn)數(shù)和真值判斷的例子，直觀上看是發(fā)生了類型轉(zhuǎn)換，但它們其實(shí)是 Python 的特性，是可控的、符合預(yù)期的、并沒(méi)有對(duì)原有類型造成破壞。

退一步講，若放寬“隱式類型轉(zhuǎn)換”的含義，認(rèn)為后兩個(gè)例子發(fā)生了隱式類型轉(zhuǎn)換，但是，它們是通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮瘮?shù)調(diào)用過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，也不會(huì)出現(xiàn) forbidden errors，所以還是屬于強(qiáng)檢查類型。

5、其它相關(guān)的問(wèn)題

前文對(duì)概念的含義以及 Python 中的表現(xiàn)，作了細(xì)致的分析。接下來(lái)，為了邏輯與話題的完整性，我們還需要回答幾個(gè)小問(wèn)題：

（1）能否以“隱式類型轉(zhuǎn)換”作為強(qiáng)弱類型的分類依據(jù)？

明確的分類定義應(yīng)該以《Type Systems》為準(zhǔn)，它有一套針對(duì)不同 error 的分類，強(qiáng)弱類型其實(shí)是對(duì)于 forbidden errors 的處理分類。隱式類型轉(zhuǎn)換是其明顯的特征，但并不是全部，也不是唯一的判斷依據(jù)。

本文為了方便理解，使用這個(gè)主要特征來(lái)劃分強(qiáng)弱類型，但是要強(qiáng)調(diào)，強(qiáng)類型不是沒(méi)有隱式類型轉(zhuǎn)換，而是可能有很少且合理的隱式類型轉(zhuǎn)換。

（2）假如有其它解釋器令 Python 支持廣泛的隱式類型轉(zhuǎn)換，那 Python 還是強(qiáng)類型語(yǔ)言么？

語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范就像是法律，而解釋器是執(zhí)法者。如果有錯(cuò)誤的執(zhí)法解釋，那法律還是那個(gè)法律，應(yīng)該改掉錯(cuò)誤的執(zhí)法行為；如果是法律本身有問(wèn)題（造成了解釋歧義和矛盾，或者該廢棄），那就應(yīng)該修改法律，保證它的確定性（要么是強(qiáng)類型，要么是弱類型）。

（3）為什么說(shuō) Javascript 是弱類型？

因?yàn)樗碾[式類型轉(zhuǎn)換非常多、非常復(fù)雜、非常過(guò)分！比如，Javascript 中123 + null結(jié)果為 123，123 + {}結(jié)果為字符串“123[object Object]”。

另外，它的雙等號(hào)“==”除了有基本的比較操作，還可能發(fā)生多重的隱式類型轉(zhuǎn)換，例如true==['2']判斷出的結(jié)果為 false，而true==['1']的結(jié)果是 true，還有[]==![]和[undefined]==false的結(jié)果都為 true……

（4）C++ 是不是弱類型語(yǔ)言？

前文提到《流暢的Python》中將 C++ 歸為強(qiáng)類型，但實(shí)際上它應(yīng)該被歸為弱類型。C++ 的類型轉(zhuǎn)換是個(gè)非常復(fù)雜的話題，@櫻雨樓 小姐姐曾寫(xiě)過(guò)一個(gè)系列文章做了系統(tǒng)論述，文章地址：如何攻克 C++ 中復(fù)雜的類型轉(zhuǎn)換？、詳解 C++ 的隱式類型轉(zhuǎn)換與函數(shù)重載！、誰(shuí)說(shuō) C++ 的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換很難懂？

6、小結(jié)

強(qiáng)弱類型概念在網(wǎng)上有比較多的爭(zhēng)議，不僅在 Python 是如此，在 C/C++ 之類的語(yǔ)言更甚。

其實(shí)在學(xué)術(shù)上，這個(gè)概念早已有明確的定義，而且事實(shí)上也被很多人所接納。

那些反對(duì)的聲音大多是因?yàn)楦拍罨煊茫驗(yàn)樗麄兒雎粤肆硪环N對(duì)語(yǔ)言進(jìn)行分類的維度；同時(shí)，還有一部分值得注意的原因，即不能認(rèn)為強(qiáng)類型等于“完全無(wú)隱式類型轉(zhuǎn)換”或“只要沒(méi)有xxx隱式類型轉(zhuǎn)換”。

本文介紹了社區(qū)中對(duì)python 的主流分類，同時(shí)對(duì)幾類疑似隱式類型轉(zhuǎn)換的用法進(jìn)行了分析，論證出它是一種強(qiáng)類型語(yǔ)言。