Python类型提示使用陷阱：为何复杂类型联合在自定义类上失效
2024-04-19 03:15:08
Python类型提示：复杂类型联合时不适用于用户定义类
简介
当尝试使用Python类型提示来创建匹配具有不同数量参数的可调用函数时，可能会遇到一些意外的行为，尤其是在涉及自定义类时。本文将探讨这个问题，介绍其原因并提供解决方法。
问题
让我们考虑一个自定义类C，它没有实现__add__方法。这意味着该类实例不能相加，如下例所示：
class C:
pass
b: Callable[[C], C] = lambda a, b: a + b # error
a: Callable[[C, C], C] = lambda a, b: a + b # error
上面两个语句都会产生错误，因为C类不支持+运算符。
类型别名的意外行为
现在，考虑以下类型别名：
type F[T1, T2] = Callable[[T1], T2] | Callable[[T1, T1], T2]
该别名定义了两种类型的函数：一种接受一个参数，另一种接受两个相同类型的参数。令人惊讶的是，使用自定义类C实例化此类型别名时，不会出现预期的错误：
c: F[C, C] = lambda a, b: a + b # no error
根据类型别名，c函数应该是接受两个C实例作为参数并返回一个C实例。然而，由于C类不支持+运算符，因此该代码实际上应该产生一个错误。
原因分析
要理解这种意外行为的原因，我们需要了解Python中的结构子类型化。结构子类型化意味着类型的兼容性基于它们的结构，而不考虑它们的实际行为。在这种情况下，C类的结构与Callable类型兼容，即使它不具有必要的运算符。
解决方案
要解决这个问题，可以使用TypeVar来创建更严格的类型别名：
from typing import Callable, TypeVar
T = TypeVar("T")
type F[T1, T2] = Callable[[T1], T2] | Callable[[T1, T1], T2]
# 现在也会报错
c: F[C, C] = lambda a, b: a + b # error
通过使用TypeVar，我们告诉PythonT应该是一个具有+运算符的类型。这使Python能够正确地推断出c函数的类型，并发出错误。
结论
了解Python类型提示在处理复杂类型联合时的行为非常重要。虽然结构子类型化提供了灵活性，但它也可能导致意外结果。通过结合TypeVar和结构子类型化，我们可以创建更严格的类型别名，从而确保类型提示的准确性。
常见问题解答
- 为什么类型别名会针对内置类型按预期工作？
内建类型，如set，具有明确定义的运算符行为，因此结构子类型化可以正确地识别出不兼容性。
- 是否还有其他方法来解决这个问题？
除了使用TypeVar之外，还可以使用更具体类型的别名，例如：
type AddableF[T] = Callable[[T, T], T]
- 我应该始终在类型别名中使用
TypeVar吗？
不，TypeVar仅在需要创建更严格类型时使用。对于简单的情况，结构子类型化通常就足够了。
- Python中还有哪些其他类型的系统？
Python还支持鸭子类型和命名类型系统，它们提供了不同的方式来定义和检查类型。
- 如何针对自定义类强制执行特定运算符的行为？
可以使用抽象基类（ABC）来定义特定运算符的必需行为。然后，可以从ABC派生自定义类，从而强制执行该行为。
