Python中是否实际存在联合类型？

Question

Python中是否实际存在联合类型？

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由于Python是动态类型的，因此我们当然可以做出这样的事情：

def f(x):
    return 2 if x else "s"

但这是否是 Python 实际上预期的使用方式呢？换句话说，联合类型是否以它们在 Racket 中的方式存在？还是我们只是像这样使用它们：

def f(x):
    if x:
        return "s"

我们唯一需要的“联合”是与None吗？

- Lana

2

请澄清一下，您是指来自Typed Racket的联合类型吗？Python没有类似的东西。 - John Y

7个回答

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由于Python是一种动态类型语言，因此类型本身并不存在，但在更新的Python版本中，联合类型是用于类型提示的选项之一。

from typing import Union,TypeVar

T = TypeVar('T')
def f(x: T) -> Union[str, None]:
    if x:
        return "x"

你可以使用它来注释你的代码，从而实现IDE/编辑器级别的语法检查。

- Sajuuk

2

能否解释一下 T = TypeVar('T') 的含义？ - Alen Paul Varghese

@AlenPaulVarghese 刚刚阅读了手册：https://docs.python.org/3/library/typing.html#typing.TypeVar - Sajuuk

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T = TypeVar('T') 生成了一个具名泛型。该答案提供的方法接受任何输入，并在所提供的内容不是 None 时返回字符串 "x"。这里使用具名泛型完全没有必要，但我建议您研究一下它们，因为它们允许创建非常有用的模板函数。 - WebWanderer

除了语法验证之外，对于进行单元测试开发的人来说，这些工具在发布前非常有用！ - Elysiumplain

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注意: 如其他人所提到的，Python类型提示（默认情况下）对运行时行为没有任何影响，它用于静态分析等。

从Python 3.10开始，您可以使用|符号表示联合类型。以下是来自Python 3.10新特性的示例：

def square(number: int | float) -> int | float:
    return number ** 2

# Instead of 
def square(number: Union[int, float]) -> Union[int, float]:
    return number ** 2

此外，如果您正在使用Python 3.7+，则可以通过使用__future__包来使用该功能，但有一些限制：

from __future__ import annotations

# Works in Python 3.7+
def square(number: int | float) -> int | float:
    return number ** 2

# Works only in Python 3.10+
isinstance(3.10, int | float)
numeric = int | float

更多信息请参阅Union Types文档和PEP 604。

- MAChitgarha

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以下是处理需要在Python中使用tagged union/sum type的用例的几个选项：

Enum + Tuples

from enum import Enum
Token = Enum('Token', ['Number', 'Operator', 'Identifier', 'Space', 'Expression'])

(Token.Number, 42)                            # int
(Token.Operator, '+')                         # str
(Token.Identifier, 'foo')                     # str
(Token.Space, )                               # void
(Token.Expression, ('lambda', 'x', 'x+x'))    # tuple[str]

A slight variation on this uses a dedicated SumType class instead of a tuple:

from dataclasses import dataclass
from typing import Any

@dataclass
class SumType:
    enum: Enum
    data: Any

SumType(Token.Number, 42)

isinstance

if isinstance(data, int):
    ...
if isinstance(data, str):
    ...

Or in combination with the "enum" idea from above:

token = SumType(Token.Number, 42)

if token.enum == Token.Number:
    ...

sumtypes module

当然，这些方法都有各自的缺点。

- Mateen Ulhaq

4

之前的回答没有讨论到一种用例：从现有类型中构建一个 union 类型，并要求 isinstance() 将任何现有类型的实例视为 union 类型的实例。

Python 通过 抽象基类 支持此功能。例如：

>>> import abc
>>> class IntOrString(abc.ABC): pass
... 
>>> IntOrString.register(int)
<class 'int'>
>>> IntOrString.register(str)
<class 'str'>

现在，int和str可以被看作是IntOrString的子类：

>>> issubclass(int, IntOrString)
True
>>> isinstance(42, IntOrString)
True
>>> isinstance("answer", IntOrString)
True

- Yann Dirson

1

补充@MartijnPieters的答案：

但这是Python实际上要使用的方式吗？

在任何语言中，根据参数返回不同类型永远都不是一个好习惯。这使得测试、维护和扩展代码变得非常困难，并且在我看来是一种反模式（但当然有时是必要的恶）。结果至少应该通过具有共同接口来相关联。

union被引入到C中唯一的原因是性能提升。但是在Python中，由于语言的动态性质（如Martijn所指出的），您不会获得这种性能提升。实际上，引入union会降低性能，因为union的大小始终是最大成员的大小。因此，Python永远不会像C一样拥有union。

- freakish

1

谢谢！这正是我想知道的。在Python中，什么情况下使用union是必要的恶习？当我们谈论“联合”时，是否指的是none的联合？（我在Python中注意到了很多）还是不同类型之间的联合？我想知道是否有任何示例代码可以展示这一点。 - Lana

2

请注意，我认为OP所说的不是C语言中的联合体。我更倾向于他们考虑的是Java或C#类型系统。 - Martijn Pieters

2

@Lana，正如Martijn所指出的那样，json.loads()是一个必要的恶。使用None的“联合”是一种普遍的做法，但在我看来也应该避免。特别是在更大的项目中，你无法停止阅读这些“NoneType object has no attribute xxx”的日志。我的个人观点是：一个函数==一个返回类型。 - freakish

1

@Lana：并不是说json.loads()正好是你要找的。更确切地说，json.loads()返回任意类型，包括那些你作为程序员甚至没有想到过的类型。因此，你甚至不能原则上定义一个联合类型来覆盖它可以返回的所有内容。 - John Y

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请参阅标记联合/求和类型。它们在应用上与“C联合”大不相同。像Haskell和Rust这样的强大的静态类型语言广泛使用它们。 - Mateen Ulhaq

显示剩余3条评论

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根据Python 3.10的更新，我们可以通过使用“|”将对象类型分隔来在Python中创建联合类型。

例如：

def method(mobject: int | str) -> int | str | None:
   pass

- Anish Kelkar

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可以查看英文原文，
原文链接

- Martijn Pieters · Accepted Answer

只有在使用静态类型语言时，才需要使用Union Typing，因为你需要声明一个对象可以返回多种类型之一（例如int或str，或者在另一个例子中是str或NoneType）。

Python只处理对象，所以根本不需要考虑“union types”。Python函数返回什么就是什么，如果程序员希望针对不同的结果返回不同的类型，那就是他们的选择。这个选择是架构的选择，并不会对Python解释器产生影响（因此这里没有什么可以“基准测试”的东西）。

Python 3.5引入了创建可选类型提示的标准，该标准包括Union[...]和Optional[...]注释。类型提示在运行时外添加可选的静态类型检查，就像TypeScript中的类型不属于JavaScript运行时一样。