Сильная типизация

Сильная и слабая типизация или строгая и нестрогая типизация — характеристика системы типов языка программирования, отражающая существенные ограничения на (приведение типов) при присваиваниях и операциях. Языки, в которых такие ограничения менее строгие, называют — слабо типизированными.

Впервые понятие введено в 1974 году (Лисков) и Зиллесом в работе по (Клу), назвавшими 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». В контексте такого определения «в сильно типизированном языке всякая ячейка данных будет иметь уникальный тип и всякий процесс будет провозглашать свои требования по взаимосвязи в терминах этих типов». Другое определение дал ^[англ.], связавший сильную типизацию со своей концепцией (полнотипового программирования): система типов называется «сильной», если она исключает возможность возникновения ошибки согласования типов времени выполнения, иными словами, обеспечивающей типобезопасность (отсутствие неконтролируемых ошибок приведения типов времени выполнения) на уровне языка.

Выбор подхода к ограничениям при преобразованиях типов при разработке языка программирования — продукт множества решений и компромиссов, и о сильной или слабой типизации обычно говорят лишь в сравнении между разными системами типов и не всегда в формальном смысле. 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).

Примеры

Яркими примерами языков со слабой типизацией являются языки семейства Си и . Их характерными чертами 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 определения Карделли можно интерпретировать как «более сильную, 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 неполиморфная система типов может затруднить решение многих алгоритмических задач, как это было отмечено в отношении (Паскаля).

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 Си) эти ошибки выявляются только при тестировании, причём не все и не сразу, что порой очень дорого обходится на этапе промышленной эксплуатации.

Слабая типизация является типичным решением для языков с динамической типизацией, но в некоторых случаях для динамических языков используется сильная система типов (например, в Python).

Примером языка с крайне строгой типизацией является (Ада) — в нём приведение типов в принципе невозможно, разные типы изначально считаются несовместимыми (уникальная типизация). (Бестиповые языки) (различные ассемблеры, Форт, (Рефал)) можно отнести к другой крайности — в них какой-либо контроль типов отсутствует полностью, вплоть до отсутствия самого понятия типа.

Примечания

1. Грэхем И. Словарь терминов // Объектно-ориентированные методы. Принципы и практика = Object-Oriented Methods: Principles & Practice Third Edition / пер. с англ. С. Беликова, О. Ядренко, Р. Имамутдинова, Наталья Куссуль. — 3-е изд. — , 2004. — С. 791. — 880 с. — (Объектные технологии). — 2500 экз. — . — . 1 ноября 2017 года.
2. Кауфман В. Ш. 4.2.3. Строгая типизация и уникальность типа // Языки программирования. Концепции и принципы. — , 2011. — С. 93. — 464 с. — (Классика программирования). — 1000 экз. — .
3. С термином «строгий» от англ. strong в отношении системы типов может возникать путаница со (строгой семантикой вычислений) языка (англ. strict evaluation)
4. Liskov, Zilles. Programming with abstract data types. — ACM Sigplan Notices, 1974. 28 марта 2014 года.
5. K. Jackson. Parallel processing and modular software construction. — Lecture Notes in Computer Science, 1977. — С. 436–443. — . (недоступная ссылка)
6. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 26 мая 2013. Архивировано 23 октября 2011 года. page 3
7. В ранних работах (Хоара) подобное свойство называлось «безопасностью» (англ. security)
8. (Brian Kernighan).   (неопр.). Дата обращения: 13 марта 2014. Архивировано из оригинала 6 апреля 2012 года.
9. Why is Python a dynamic language and also a strongly typed language — PythonInfo Wiki  (неопр.). Дата обращения: 28 июня 2010. 29 марта 2010 года.

Литература

• ^[англ.]. 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. — .
  • Перевод на русский язык: Пирс Б. Типы в языках программирования. — , 2012. — 680 с. — .