Phân loại hệ thống loại (mạnh / yếu, động / tĩnh)

Tóm lại: làm thế nào các hệ thống loại được phân loại trong bối cảnh học thuật; đặc biệt, tôi có thể tìm các nguồn có uy tín ở đâu để làm rõ sự khác biệt giữa các loại hệ thống loại khác nhau?

Theo một nghĩa nào đó, khó khăn với câu hỏi này không phải là tôi không thể tìm thấy câu trả lời, mà là tôi có thể tìm thấy quá nhiều, và không có gì nổi bật là chính xác. Bối cảnh là tôi đang cố gắng cải thiện một bài viết trên wiki Haskell về việc gõ , hiện đang tuyên bố những điểm khác biệt sau:

• Không gõ: Ngôn ngữ không có khái niệm về loại hoặc theo quan điểm đánh máy: Có chính xác một loại trong ngôn ngữ. Ngôn ngữ hội chỉ có loại 'mẫu bit', Rexx và Tk chỉ có loại 'văn bản', MatLab lõi chỉ có loại 'ma trận có giá trị phức tạp'.
• Gõ yếu: Chỉ có một vài loại phân biệt và có thể loại từ đồng nghĩa cho một số loại. Ví dụ C sử dụng số nguyên cho booleans, số nguyên, ký tự, tập bit và liệt kê.
• Gõ mạnh: Tập hợp các loại tốt như trong ngôn ngữ Ada, Wirthian (Pascal, Modula-2), Eiffel

Điều này hoàn toàn trái ngược với nhận thức cá nhân của tôi, vốn nằm dọc theo dòng:

• Gõ yếu: Các đối tượng có các loại, nhưng được chuyển đổi hoàn toàn sang các loại khác khi bối cảnh yêu cầu. Ví dụ, Perl, PHP và JavaScript là tất cả các ngôn ngữ "1"có thể được sử dụng trong nhiều hoặc ít hơn bất kỳ ngữ cảnh nào 1có thể.
• Gõ mạnh: Các đối tượng có các loại và không có chuyển đổi ngầm định (mặc dù quá tải có thể được sử dụng để mô phỏng chúng), vì vậy sử dụng một đối tượng trong ngữ cảnh sai là một lỗi. Trong Python, lập chỉ mục một mảng bằng chuỗi hoặc float sẽ ném ngoại lệ TypeError; trong Haskell nó sẽ thất bại tại thời gian biên dịch.

Tôi đã hỏi ý kiến ​​về điều này từ những người khác có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực này hơn tôi và một người đã đưa ra đặc điểm này:

• Gõ yếu: Thực hiện các thao tác không hợp lệ trên dữ liệu không được kiểm soát hoặc từ chối mà chỉ tạo ra kết quả không hợp lệ / tùy ý.
• Gõ mạnh: Thao tác trên dữ liệu chỉ được phép nếu dữ liệu tương thích với thao tác.

Theo tôi hiểu, các đặc điểm đầu tiên và cuối cùng sẽ gọi C là đánh máy yếu, thứ hai sẽ gọi nó là gõ mạnh. Đầu tiên và thứ hai sẽ gọi Perl và PHP gõ yếu, thứ ba sẽ gọi chúng là gõ mạnh. Cả ba sẽ mô tả Python như được gõ mạnh.

Tôi nghĩ rằng hầu hết mọi người sẽ nói với tôi "tốt, không có sự đồng thuận, không có ý nghĩa được chấp nhận của các điều khoản". Nếu những người đó sai, tôi rất vui khi nghe về điều đó, nhưng nếu họ đúng, thì làm thế nào để các nhà nghiên cứu CS mô tả và so sánh các hệ thống loại? Tôi có thể sử dụng thuật ngữ nào ít vấn đề hơn?

Là một câu hỏi liên quan, tôi cảm thấy sự phân biệt động / tĩnh thường được đưa ra theo nghĩa "thời gian biên dịch" và "thời gian chạy", điều mà tôi thấy không thỏa đáng khi cho rằng một ngôn ngữ được biên dịch hay không không phải là một đặc tính của ngôn ngữ đó như việc thực hiện của nó. Tôi cảm thấy nên có một mô tả thuần túy về ngữ nghĩa của kiểu gõ động so với tĩnh; một cái gì đó dọc theo dòng chữ "một ngôn ngữ tĩnh là một ngôn ngữ trong đó mọi biểu hiện phụ có thể được gõ". Tôi sẽ đánh giá cao bất kỳ suy nghĩ, đặc biệt là tài liệu tham khảo, mang lại sự rõ ràng cho khái niệm này.

Trong lịch sử, thuật ngữ "ngôn ngữ lập trình được gõ mạnh" được sử dụng vào những năm 70 để phản ứng với các ngôn ngữ lập trình được sử dụng rộng rãi hiện có, hầu hết đều có lỗ hổng loại. Vài ví dụ:

• Ở Fortran, có những thứ được gọi là vùng lưu trữ "CommON", có thể được chia sẻ giữa các mô-đun, nhưng không có kiểm tra xem liệu mỗi mô-đun có khai báo nội dung của bộ lưu trữ CommON với cùng loại không. Vì vậy, một mô-đun có thể tuyên bố rằng một khối lưu trữ CommON cụ thể có một số nguyên và một số khác có dấu phẩy động và dữ liệu sẽ bị hỏng do kết quả. Fortran cũng có các câu lệnh "THIẾT BỊ", theo đó cùng một bộ lưu trữ có thể được khai báo để chứa hai đối tượng khác nhau thuộc các loại khác nhau.

• Trong Algol 60, loại tham số thủ tục được khai báo là "thủ tục", mà không chỉ định loại tham số của thủ tục. Vì vậy, người ta có thể giả sử rằng một tham số thủ tục là một thủ tục chấp nhận số nguyên, nhưng chuyển vào một thủ tục chấp nhận thực làm đối số. Điều này sẽ dẫn đến loại tham nhũng tương tự như các tuyên bố CỘNG ĐỒNG và THIẾT BỊ. (Tuy nhiên, Algol 60 đã loại bỏ các vấn đề cũ hơn.)

• Trong Pascal, "các bản ghi biến thể" đã được thêm vào gần giống như các câu lệnh THIẾT BỊ cũ.

• Trong C, "kiểu phôi" đã được thêm vào, theo đó bất kỳ loại dữ liệu nào cũng có thể được giải thích lại dưới dạng dữ liệu thuộc loại khác. Đây là một lỗ loại khá có chủ ý dành cho các lập trình viên, những người được cho là biết họ đang làm gì.

Các ngôn ngữ được gõ mạnh được thiết kế trong những năm 70 có nghĩa là để loại bỏ tất cả các loại lỗ như vậy. Nếu bạn đi sâu vào ý nghĩa của điều này, điều đó có nghĩa là về cơ bản các biểu diễn dữ liệu được bảo vệ. Không thể xem đối tượng dữ liệu của một loại là một đối tượng của loại khác xảy ra có cùng mẫu bit với biểu diễn bên trong của nó. Các nhà lý luận bắt đầu sử dụng thuật ngữ "độc lập đại diện" để mô tả đặc tính này thay vì ý tưởng mơ hồ về "gõ mạnh".

Lưu ý rằng các ngôn ngữ được gõ động như Lisp thực hiện kiểm tra loại thời gian chạy hoàn chỉnh là "gõ mạnh" theo nghĩa bảo vệ các biểu diễn. Đồng thời, các ngôn ngữ được nhập tĩnh sẽ mất tính độc lập đại diện trừ khi chúng kiểm tra giới hạn mảng. Vì vậy, họ không "gõ mạnh" theo nghĩa chặt chẽ của thuật ngữ này. Do những hậu quả bất thường này, thuật ngữ "đánh mạnh" đã rơi vào tình trạng không sử dụng được sau những năm 70. Khi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ phát triển các yêu cầu khắt khe đối với thiết kế của Ada, họ đã đưa vào yêu cầu rằng ngôn ngữ phải được "gõ mạnh". (Có vẻ như người ta đã tin vào thời điểm đó rằng ý tưởng "gõ mạnh" là hiển nhiên. Không có định nghĩa nào được đưa ra. ) Tất cả các đề xuất ngôn ngữ được gửi trong phản hồi được cho là "gõ mạnh". Khi Dijkstra phân tích tất cả các đề xuất ngôn ngữ, ông thấy rằng không ai trong số chúng được đánh máy mạnh mẽ và trên thực tế, thậm chí còn không rõ thuật ngữ này có nghĩa gì. Xem báo cáoEWD663 . Tuy nhiên, tôi thấy rằng thuật ngữ này hiện đang được sử dụng trở lại, thông qua một thế hệ các nhà nghiên cứu trẻ chưa biết về lịch sử rô của thuật ngữ này.

Thuật ngữ "gõ tĩnh" có nghĩa là tất cả kiểm tra kiểu được thực hiện tĩnh và không có lỗi loại nào phát sinh trong thời gian chạy. Nếu ngôn ngữ cũng được gõ mạnh, điều đó có nghĩa là thực sự không có lỗi loại trong khi thực hiện. Mặt khác, nếu có các loại lỗ trong hệ thống loại, việc không có lỗi loại thời gian chạy có nghĩa là không có gì. Kết quả có thể bị hỏng hoàn toàn.

Cuộc tranh luận mới về "gõ mạnh và gõ yếu" dường như là về việc có nên cho phép chuyển đổi loại nhất định hay không. Cho phép một chuỗi trong đó một số nguyên được yêu cầu là "gõ yếu" theo những người này. Có một số ý nghĩa bởi vì cố gắng chuyển đổi một chuỗi thành một số nguyên có thể thất bại, nếu chuỗi không xảy ra để đại diện cho một số nguyên. Tuy nhiên, chuyển đổi một số nguyên thành một chuỗi không có vấn đề đó. Đó có phải là một ví dụ của "gõ yếu" theo những người này? Tôi không có ý kiến. Tôi nhận thấy rằng các cuộc thảo luận trên Wikipedia về "gõ yếu" không trích dẫn bất kỳ ấn phẩm được giới thiệu nào. Tôi không tin rằng đó là một ý tưởng mạch lạc.

Lưu ý thêm : Điểm cơ bản là thuật ngữ "gõ mạnh" không được sử dụng như một thuật ngữ kỹ thuật với định nghĩa nghiêm ngặt. Nó giống như một số nhà thiết kế ngôn ngữ cảm thấy: "hệ thống loại của chúng tôi rất mạnh, nó bắt được tất cả các lỗi loại, nó không có lỗ loại" và vì vậy, khi họ công bố thiết kế ngôn ngữ của mình, họ tuyên bố rằng nó "được gõ mạnh" . Đó là một từ buzz nghe có vẻ tốt và mọi người bắt đầu sử dụng nó. Bài báo Cardelli-Wegner là bài báo đầu tiên mà tôi đã thấy nơi một số phân tích được cung cấp vào ý nghĩa của nó. Bài viết của tôi ở đây nên được coi là một công phu của vị trí của họ.

Bài báo Uday Reddy tìm thấy trong câu trả lời của ông, về cách hiểu các loại, trừu tượng hóa dữ liệu và đa hình (1985), đưa ra các câu trả lời sau:

Các ngôn ngữ lập trình trong đó loại của mọi biểu thức có thể được xác định bằng phân tích chương trình tĩnh được cho là gõ tĩnh. Gõ tĩnh là một thuộc tính hữu ích, nhưng yêu cầu tất cả các biến và biểu thức được liên kết với một loại tại thời gian biên dịch đôi khi quá hạn chế. Nó có thể được thay thế bởi yêu cầu yếu hơn là tất cả các biểu thức được đảm bảo là loại nhất quán mặc dù bản thân loại có thể không xác định tĩnh; điều này thường có thể được thực hiện bằng cách giới thiệu một số loại kiểm tra thời gian chạy. Các ngôn ngữ trong đó tất cả các biểu thức là loại nhất quán được gọi là ngôn ngữ được gõ mạnh. Nếu một ngôn ngữ được gõ mạnh, trình biên dịch của nó có thể đảm bảo rằng các chương trình mà nó chấp nhận sẽ thực thi mà không có lỗi loại. Nói chung, chúng ta nên cố gắng gõ mạnh và chấp nhận gõ tĩnh bất cứ khi nào có thể.

Câu trả lời có thẩm quyền có thể được tìm thấy trong bài viết khảo sát của Cardelli và Wegner: Về cách hiểu các loại, trừu tượng hóa dữ liệu và đa hình .

Xin lưu ý rằng, trong khi "gõ mạnh" có nghĩa được chấp nhận, thì "gõ yếu" thì không. Bất kỳ thất bại nào của việc gõ mạnh có thể được coi là yếu và mọi người có thể khác nhau về loại thất bại nào được chấp nhận và những gì không.