Python类型安全吗？

Question

根据 维基百科

计算机科学家认为一种语言是“类型安全的”，如果它不允许违反类型系统规则的操作或转换。

由于 Python 运行时检查确保类型系统规则得到满足，我们应该将 Python 视为一种类型安全的语言。

Jason Orendorff 和 Jim Blandy 在 Programming Rust 中也提出了同样的观点：

请注意，类型安全与语言是在编译时还是在运行时检查类型无关：C 在编译时检查，并且类型不安全； Python 在运行时进行检查，并且是类型安全的。

静态类型检查和类型安全的独立概念。

那是对的吗？

原文由 user8664060 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

许多程序员会将静态类型检查等同于类型安全：

• “语言 A 具有 静态 类型检查，因此它 是 类型安全的”
• “语言 B 具有 动态 类型检查，因此它 不是 类型安全的”

可悲的是，事情并没有那么简单。

在现实世界

例如，C 和 C++ 不是类型安全的，因为您可以通过 类型双关 来破坏类型系统。此外，C/C++ 语言规范广泛允许 未定义行为 (UB) 而不是显式处理错误，这已成为 堆栈粉碎 漏洞和 格式字符串攻击 等安全漏洞的来源。这种利用在类型安全的语言中是不可能的。 Java 的早期版本在其 泛型 中存在一个类型错误，证明它不是 完全 类型安全的。

时至今日，对于像 Python、Java、C++…这样的编程语言，仍然很难证明这些语言是 完全 类型安全的，因为它需要数学证明。这些语言非常 _庞大_，编译器/解释器的错误不断被 报告 并得到修复。

[ Wikipedia ] 另一方面，许多语言对于人类生成的类型安全证明来说太大了，因为它们通常需要检查数千个案例。 …. 由于实现中的错误或在用其他语言编写的链接库中，某些错误可能会在运行时发生；在某些情况下，此类错误可能会导致给定的实现类型不安全。

在学术界

类型安全和类型系统虽然适用于现实世界的编程，但它们的根源和定义都来自 学术界——因此对“类型安全”到底 是 什么的正式定义很困难——尤其是在谈论真正的编程语言时世界。学术界喜欢在数学上（正式地）定义称为 玩具语言的微型编程语言。只有这些语言才有可能正式证明它们是类型安全的（并证明它们的操作在逻辑上是 正确 的）。

[ 维基百科] 类型安全通常是学术编程语言研究中提出的任何 玩具语言 的要求

例如，学术界努力证明 Java 是类型安全的，因此他们创建了一个名为 Featherweight Java 的较小版本，并在一篇 论文 中证明它 是 类型安全的。同样，这个 博士。 Christopher Lyon Anderson 的 论文 采用了 Javascript 的一个子集，称为 JS0 并证明它是类型安全的。

实际上假设适当的语言如 python、java、c++ 不是完全类型安全的，因为它们太大了。一个小错误很容易从裂缝中溜走，从而破坏类型系统。

概括

• 没有 python 可能不是 完全类型安全的——没有人证明它，它太难证明了。您更有可能在语言中发现一个小错误，表明它不是类型安全的。
• 事实上， 大多数编程语言 可能不是 完全类型安全的——都是出于同样的原因（只有玩具学术语言被证明是）
• 您真的不应该相信 静态类型语言 一定是类型 安全的。它们通常比动态类型语言 _更安全_，但是肯定地说它们是 完全 类型安全的是错误的，因为没有证据证明这一点。

参考资料： http ://www.pl-enthusiast.net/2014/08/05/type-safety/ 和 https://en.wikipedia.org/wiki/Type_system

原文由 James Lawson 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 2

不在你最疯狂的梦想中。

 #!/usr/bin/python

counter = 100          # An integer assignment
miles   = 1000.0       # A floating point
name    = "John"       # A string

print counter
print miles
print name

counter = "Mary had a little lamb"

print counter

当你运行时，你会看到：

 python p1.py
100
1000.0
John
Mary had a little lamb

当任何一种语言允许您毫不费力地将变量的内容从整数转换为字符串时，您就不能认为任何语言都是“类型安全的”。

在专业软件开发的现实世界中，我们所说的“类型安全”是指 _编译器会捕捉到愚蠢的东西_。是的，在 C/C++ 中，您可以采取非常措施来规避类型安全。你可以声明这样的东西

union BAD_UNION
{
   long number;
   char str[4];
} data;

但是程序员必须加倍努力才能做到这一点。我们不必花费额外的时间来破坏 python 中的计数器变量。

程序员可以通过在 C/C++ 中进行强制转换来做一些令人讨厌的事情，但他们必须故意这样做；不是偶然的。

真正让你着迷的地方是班级选角。当您使用基类参数声明一个函数/方法，然后将指针传递给派生类时，您并不总能获得所需的方法和变量，因为该方法/函数需要基类型。如果您在派生类中覆盖了其中的任何一个，则必须在方法/函数中考虑到它。

在现实世界中，“类型安全”语言有助于防止程序员意外地做出愚蠢的事情。它还保护人类免受死亡。

考虑使用胰岛素或输液泵。以所需的速率/间隔将有限数量的拯救生命/延长生命的化学物质泵入人体的东西。

现在考虑当有一个逻辑路径具有泵步进器控制逻辑，试图将字符串“insulin”解释为要管理的整数时会发生什么。结果不会好。这很可能是致命的。

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