为什么 Python 不用声明类型？
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2021-04-20 02:20
作者：编程指北
来源：编程指北
变量为什么需要类型？
这个问题点像手机为什么叫手机，电脑为什么叫电脑，这种“日用而不知”的感觉。
为什么有些语言需要申明类型，而有些语言却不需要申明类型？
前者如 C/C++、Java，后者有 Python、JS 。
首先，在讨论为什么需要类型之前，先聊聊类型。
一、 类型
我们都知道，不管是中文、英文还是编程语言，都具有语法，语法规定了词怎么组成句子是符合规范的。
int a = 10;是可以的，但是a int = 10; 却不符合 C 语法规范。
10 + 10 是正确的，但是10 + “hello” 却是一个无效的表达式，但是该怎么判定呢？
答案就是「类型系统」，类型系统可以构建起一套判断表达式是否合法的规则。
对于每个变量都赋予一个类型，对于每种类型都定义了一组操作集合，而变量作为类型的实例，自然的继承了这些操作。
比如我们可以规定int + int、string + string 是合法的操作，直接禁止int + string等操作。
通过显示的将变量赋予类型，我们便可以在编译时去检查是否合法。
二、 变量
之前我在指针的那篇文章种说到：变量名是变量地址的符号化，变量名是为了让我们编程时更加方便，对人友好，可计算机可不认识什么变量 a，它只知道地址和指令。
所以当你去查看 C 语言编译后的汇编代码，就会发现变量名消失了，取而代之的是一串串抽象的地址。
可以认为，编译器会自动维护一个映射，将我们程序中的变量名转换为变量所对应的地址，然后再对这个地址去进行读写操作。
三、类型规定了什么？
我个人觉得类型首先是定义了一组操作，这是语法层面。
那所有的高级语言最后都会变成机器语言执行（解释型除外），再高级一点，那就是汇编，我们知道汇编语言是由一条条指令构成的。
而对于任何一条指令，最重要的有两点：数据的长度、数据在哪。
比如mov dest,src将一个字节从源地址 src 传送到目的地址 dest。
实际上，数据在哪就是地址，数据长度其实某方面就是取决于类型。
也正是这样，我之前在指针那篇文章中提到：指针的本质就是存储别的变量的地址，那么指针的类型是干什么用的呢？
是的，就是去访问指针所指向的地址的时候，指针的类型和指针的值（变量地址），提供了一条汇编指令最关键的两点：数据的长度和数据地址。
所以，类型除了提供语法检查以外，还能够明确变量所占据的内存空间。
同样也是规定了对字节的解释方式，同样 4 个byte，按照 int 和 float 类型解释得到的值完全不同。
更为本质的是，最终执行指令的 CPU 是区分了数据的类型的，不同的类型用不同的运算器，比如有 CPU 整形运算和 CPU 浮点型运算，不过浮点运算最为擅长的应该是 GPU。
也正是因为 CPU 区分了类型，上层的汇编、高级语言才需要区分变量的类型，CPU 基础决定了上层建筑。
四、 编译型&解释型
为什么 C/C++、Java 这类编译型语言就需要显示声明类型，而 Python 这类解释型语言就不需要呢？
所以是所有的编译型都需要申明类型？所有的解释型都不需要？
这个理解是不对的。
首先，“编译”和“解释”是语言实现的特征， 语言本身可以以任何一种方式实现。
可能我们大多只了解过 C 编译器（如GCC 、Clang ），却很少听过 C 解释器，如 Ch。
但是，即使使用 Ch 解释器，我们任然需要在 Ch 解释的 C 代码中申明类型。
为什么 Python 可以不用申明类型？
因为 Python 中的对象模型本身在运行时自带了“类型”这个信息，下面是 CPython 源码中关于对象的定义：
这个ob_type就是用来 Python 运行时检测变量类型的，而 Python 中的所有变量本质上都是一个对象的“指针”。
也正因为如此，Python 中的各种变量之间才能随意赋值，因为赋值的本质其实就是改变一下变量所指向的对象。
而真正到了解释执行的时候，Python 解释器就会取出这个类型字段，来判断操作是否符合语法，不符合的话就会运行时报错。
这个_typeobject 结构体的内部就定义了对象一系列的操作，比如 hashfunc、getattrfunc、setattrfunc等。
那么，为什么 C 即使是解释执行也需要申明类型呢?
很简单，因为 C 的对象模型中不会有”类型“这个字段，是 int 变量那直接就是 4 个字节，char 就 一个字节。
而 Python 的 int 变量，除了4 个字节的值本身以外，还需要占据一系列的描述类型的空间。
也就是说 C 语言运行时完全没有类型这种信息，所以需要在编译、解释的时候就带上。
之前偶尔会听到有人说 Python 是无类型的，这是完全错误的，看过这篇文章后，相信你一定不会说错了。
当然了，本文也只是简单的从粗浅的语法和实现层面解释了下，关于类型系统、类型推导等有人在研究的，这个也不是咱擅长的地方，感兴趣可以去搜一下。
Python猫注：关于 Python 的类型话题，推荐阅读：《Python到底是强类型语言，还是弱类型语言？》、《辨析编程语言的四种类型：动静类型与强弱类型》
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