Python到底是强类型语言，还是弱类型语言？

0、前言

我在上一篇文章中分析了 为什么 Python 没有 void 类型 的话题，在文章发布后，有读者跟我讨论起了另一个关于类型的问题，但是，我们很快就出现了重大分歧。

我们主要的分歧就在于： Python 到底是不是强类型语言？ 我认为是，而他认为不是。

他写了一篇很长的文章《谁告诉的你们Python是强类型语言！站出来，保证不打你！》，专门重申了他的观点，但可惜错漏百出。

我曾有想法要写写关于 Python 类型的问题，现在借着这个机会，就来系统地梳理一下吧。

（PS：在我写作进行到差不多一半的时候，微信读者群里恰好也讨论到“强弱类型”的话题！在与大家讨论时，我的一些想法得到了验证，同时我也学到了很多新知识，所以本文的部分内容有群友们的功劳，特此鸣谢！）

1、动静类型与强弱类型

很多读者应该都熟悉 动态类型 与 静态类型 ，但是很多人也会把它们跟 强弱类型 混为一谈，所以我们有必要先作一下概念上的澄清。

这两组类型都是针对于编程语言而言的，但关注的核心问题不同。

对于“动静类型”概念，它的核心问题是“什么时候知道一个变量是哪种类型”？

一般而言，在编译期就确定变量类型的是静态类型语言，在运行期才确定变量类型的则是动态类型语言。

例如，某些语言中定义函数“int func(int a){…}”，在编译时就能确定知道它的参数和返回值是 int 类型，所以是静态类型；而典型如 Python，定义函数时写“def func(a):…”，并不知道参数和返回值的类型，只有到运行时调用函数，才最终确定参数和返回值的类型，所以是动态类型

对于“强弱类型”概念，它的核心问题是“不同类型的变量是否允许隐式转化”？

一般而言，编译器有很少（合理）隐式类型转化的是强类型语言，有较多（过分）隐式类型转化的是弱类型语言。

例如，Javascript 中的 "1000"+1 会得到字符串“10001”，而 "1000"-1 则会得到数字 999，也就是说，编译器根据使用场合，对两种不同类型的对象分别做了隐式的类型转化，但是相似的写法，在强类型语言中则会报类型出错。（数字与字符串的转化属于过分的转化，下文会再提到一些合理的转化。）

按照以上的定义，有人将常见的编程语言画了一张分类图：

按强弱类型维度划分，可以归纳出：

• 强类型： Java、C#、Python、Ruby、Erlang（再加GO、Rust）……

• 弱类型： C、C++、Javascript、Perl、PHP、VB……

2、过去的强弱类型概念

动静类型的概念基本上被大家所认可，然而，强弱类型的概念在问答社区、技术论坛和学术讨论上却有很多的争议。此处就不作罗列了。

为什么会有那么多争议呢？

最主要的原因之一是有人把它与动静类型混用了。

最明显的一个例子就是 Guido van Rossum 在 2003 年参加的一个访谈，它的话题恰好是关于强弱类型的（Strong versus Weak Typing）：

但是，他们谈论的明显只是动静类型的区别。

访谈中还引述了 Java 之父 James Gosling 的话，从他的表述中也能看出，他说的“强弱类型”其实也是动静类型的区分。

另外还有一个经典的例子，C 语言之父 Dennis Ritchie 曾经说 C 语言是一种 “强类型但是弱检查” 的语言。如果对照成前文的定义，那他其实指的是“静态类型弱类型”。

为什么这些大佬们会有混淆呢？

其实原因也很简单， 那就是在当时还没有明确的动静类型与强弱类型的概念之分！或者说，那时候的强弱类型指的就是动静类型。

维基百科上给出了 1970 年代对强类型的定义，基本可以还原成前文提到的静态类型：

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]

前面几位编程语言之父应该就是持有类似的观念。

不过，大佬们也意识到了当时的“强弱类型”概念并不充分准确，所以 Dennis Ritchie 才会说成 “强类型但是弱检查”， 而且在访谈中，Guido 也特别强调了 Python 不应该被称为弱类型，而应该说是 运行时类型（runtime typing） 。

但是在那个早期年代，基本上强弱类型就等同于动静类型，而这样的想法至今仍在影响着很多人。

3、现在的强弱类型概念

早期对于编程语言的分类其实是混杂了动静与强弱两个维度，但是，它们并不是一一对应重合的关系，并不足以表达编程语言间的区别，因此就需要有更为明确/丰富的定义。

有人提出了“type safety”、“memory safety”等区分维度，也出现了静态检查类型和动态检查类型，与强弱类型存在一定的交集。

直到出现 2004 年的一篇集大成的学术论文《Type Systems》（出自微软研究院，作者 Luca Cardelli），专门研究编程语言的不同类型系统：

论文中对于强弱检查（也即强弱类型）有一个简短的归纳如下：

• 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.

其关键则是程序对于 untrapped errors 的检查强度，在某些实际已出错的地方，弱类型程序并不作捕获处理，例如 C 语言的一些指针计算和转换，而《C 程序员十诫》的前几个都是弱类型导致的问题。

论文对于这些概念的定义还是比较抽象的，由于未捕获的错误（untrapped errors）大多是由于隐式类型转换所致，所以又演化出了第一节中的定义，以隐式类型转换作为判断标准。

如今将 “对隐式类型转换的容忍度” 作为强弱类型的分类标准，已经是很多人的共识（虽然不够全面，而且有一些不同的声音）。

例如，维基百科就把隐式类型转换作为弱类型的主要特点之一：

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 为例， 社区的主流看法认为它是强类型语言，而判断的标准也是看隐式类型转换。

例子有很多，比如 Python 官方的 wiki，它专门回答了 Why is Python a dynamic language and also a strongly typed language ，给出了 4 个答案，为 Python 的“动态强类型”定性：

再比如，在《流畅的Python》第11章的杂谈中，也专门提到了强弱类型的分类。（它的用语是“很少隐式类型转换”，算是比较严谨的，但是也错误地把 C++ 归为了强类型。）

4、Python 是不是强类型语言？

关于“Python 是否属于强类型”话题，在主流观点之外，还存在着不少误解的看法。

一方面的原因有些人混用了强弱类型与动静类型，这有历史的原因，前面已经分析了。

另外还有一个同样重要的原因，即有人把弱类型等同于“完全没有隐式类型转换”了，这种想法并不对。

事实上，强弱类型的概念中包含着部分相对主义的含义，强类型语言中也可能有隐式类型转换。

比如，Rust 语言为了实现“内存安全”的设计哲学，设计了很强大的类型系统，但是它里面也有隐式类型转换（自动解引用）。

问题在于： 怎么样的隐式类型转换是在合理范围内的？以及，某些表面的隐式类型转换，是否真的是隐式类型转换？

回到 Python 的例子，我们可以分析几种典型的用法。

比如， "test"*3 这种字符串“乘法”运算，虽然是两种类型的操作，但是并不涉及隐式类型转换转化。

比如， x=10; x="test" 先后给一个变量不同类型的赋值，表面上看 x 的类型变化了，用 type(x) 可以判断出不同，但是，Python 中的类型是跟值绑定的（右值绑定），并不是跟变量绑定的。

变量 x 准确地说只是变量名，是绑定到实际变量上的一个标签，它没有类型。type(x) 判断出的并不是 x 本身的类型，而是 x 指向的对象的类型，就像内置函数 id(x) 算出的也不是 x 本身的地址，而是实际的对象的地址。

比如， 1 + True 这种数字与布尔类型的加法运算，也没有发生隐式类型转换。因为 Python 中的布尔类型其实是整型的子类，是同一种类型！（如果有疑问，可查阅 PEP-285）

再比如，整数/布尔值与浮点数相加，在 Python 中也不需要作显式类型转换。但是，它的实现过程其实是用了数字的 __add__() 方法，Python 中一切皆对象，数字对象也有自己的方法。（其它语言可不一定）

也就是说， 数字间的算术运算操作，其实是一个函数调用的过程，跟其它语言中的算术运算有着本质的区别。

另外，不同的数字类型虽然在计算机存储层面有很大差异，但在人类眼中，它们是同一种类型（宽泛地分），所以就算发生了隐式类型转换，在逻辑上也是可以接受的。

最后，还有一个例子，即 Python 在 if/while 之后的真值判断，我之前分析过它的实现原理，它会把其它类型的对象转化成布尔类型的值。

但是，它实际上也只是函数调用的结果（__bool__() 和 __len__()），是通过计算而得出的合理结果，并不属于隐式的强制类型转换，不在 untrapped errors 的范畴里。

所以，严格来说，前面 5 个例子中都没有发生类型转换。浮点数和真值判断的例子，直观上看是发生了类型转换，但它们其实是 Python 的特性，是可控的、符合预期的、并没有对原有类型造成破坏。

退一步讲，若放宽“隐式类型转换”的含义，认为后两个例子发生了隐式类型转换，但是，它们是通过严谨的函数调用过程实现的，也不会出现 forbidden errors，所以还是属于强检查类型。

5、其它相关的问题

前文对概念的含义以及 Python 中的表现，作了细致的分析。接下来，为了逻辑与话题的完整性，我们还需要回答几个小问题：

（1）能否以“隐式类型转换”作为强弱类型的分类依据？

明确的分类定义应该以《Type Systems》为准，它有一套针对不同 error 的分类，强弱类型其实是对于 forbidden errors 的处理分类。隐式类型转换是其明显的特征，但并不是全部，也不是唯一的判断依据。

本文为了方便理解，使用这个主要特征来划分强弱类型，但是要强调，强类型不是没有隐式类型转换，而是可能有很少且合理的隐式类型转换。

（2）假如有其它解释器令 Python 支持广泛的隐式类型转换，那 Python 还是强类型语言么？

语言的标准规范就像是法律，而解释器是执法者。如果有错误的执法解释，那法律还是那个法律，应该改掉错误的执法行为；如果是法律本身有问题（造成了解释歧义和矛盾，或者该废弃），那就应该修改法律，保证它的确定性（要么是强类型，要么是弱类型）。

（3） 为什么说 Javascript 是弱类型？

因为它的隐式类型转换非常多、非常复杂、非常过分！比如，Javascript 中 123 + null 结果为 123， 123 + {} 结果为字符串“123[object Object]”。

另外，它的双等号“==”除了有基本的比较操作，还可能发生多重的隐式类型转换，例如 true==['2'] 判断出的结果为 false，而 true==['1'] 的结果是 true，还有 []==![] 和 [undefined]==false 的结果都为 true……

（4）C++ 是不是弱类型语言？

前文提到《流畅的Python》中将 C++ 归为强类型，但实际上它应该被归为弱类型。C++ 的类型转换是个非常复杂的话题，@樱雨楼 小姐姐曾写过一个系列文章做了系统论述，文章地址： 如何攻克 C++ 中复杂的类型转换？ 、 详解 C++ 的隐式类型转换与函数重载！ 、 谁说 C++ 的强制类型转换很难懂？

6、小结

强弱类型概念在网上有比较多的争议，不仅在 Python 是如此，在 C/C++ 之类的语言更甚。

其实在学术上，这个概念早已有明确的定义，而且事实上也被很多人所接纳。

那些反对的声音大多是因为概念混用，因为他们忽略了另一种对语言进行分类的维度；同时，还有一部分值得注意的原因，即不能认为强类型等于“完全无隐式类型转换”或“只要没有xxx隐式类型转换”。

本文介绍了社区中对 Python 的主流分类，同时对几类疑似隐式类型转换的用法进行了分析，论证出它是一种强类型语言。

文章体现了作者一贯的刨根问底精神，这是“Python为什么”系列文章的风格，如果你喜欢本文，欢迎订阅关注！

相关链接

[1] 谁告诉的你们Python是强类型语言！站出来，保证不打你！: https://blog.csdn.net/nokiaguy/article/details/108218260

[2] Strong versus Weak Typing: https://www.artima.com/intv/strongweak.html

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Strong_and_weak_typing#cite_note-2

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Strong_and_weak_typing#cite_note-3

[5] Type Systems: http://lucacardelli.name/Papers/TypeSystems.pdf

[6] C 程序员十诫: http://doc.cat-v.org/henry_spencer/ten-commandments

[7] Why is Python a dynamic language and also a strongly typed language: https://wiki.python.org/moin/Why%20is%20Python%20a%20dynamic%20language%20and%20also%20a%20strongly%20typed%20language

[8] PEP-285: https://github.com/chinesehuazhou/peps-cn/blob/master/StandardsTrack/285--%E6%B7%BB%E5%8A%A0%E5%B8%83%E5%B0%94%E7%B1%BB%E5%9E%8B.md

[9] Type Systems: http://lucacardelli.name/Papers/TypeSystems.pdf

[10] Python为什么: https://github.com/chinesehuazhou/python-whydo

优质文章，推荐阅读：

Python 编程语言的核心是什么？

漫画：如何分析运行中的 Python 程序？

2019 年 10 大顶级 Python 支持库

Python——gRPC详解及实战避坑方案(下)