16

Лекция 12

3.5. Проверка типов

Для обсуждения проверки типов обобщим понятия операндов и выражений, чтобы включить в эти понятия подпрограммы и операторы присваивания. Будем считать вызовы подпрограмм выражениями, операндами которых являются их параметры. Символ при­сваивания будем рассматривать как бинарную операцию, а операндами будут l-переменная и r-выражение.

Проверка типов обеспечивает совместимость операндов выражения. Совместимым называется тип, который изначально допус­кается для данного выражения, либо правила языка позволяют с помощью команд компиля­тора неявно преобразовать его в тип, допускаемый для данного выражения. Это автоматиче­ское преобразование называется приведением. Применение выражения к операнду неприемлемого типа называется ошибкой определения типа.

Если в языке все связывания переменных с типами являются статическими, то про­верка типов, как правило, всегда может выполняться статически. Динамическое связыва­ние типов требует проверки во время выполнения программы, называющейся ди­намической проверкой типов.

Некоторые языки, например APL и SNOBOL4, осуществляющие динамическое связывание типов, допускают только динамическую их проверку. Однако лучше обнаруживать ошибки во время компиляции, поскольку исправление на ран­них стадиях, как правило, обходится дешевле. Платой за статическую проверку типов является снижение гибкости программирования.

Проверка типов осложняется, если язык позволяет хранить в ячейке памяти в разное время выполнения программы величины разных типов. Это можно сделать, например, с помощью вариантных записей языков Ada и Pascal, оператора EQUIVALENCE языка FORTRAN, объединений языков C и C++. В этих случаях проверка типов, если она производится, должна быть динамической, кроме того, она требует, чтобы система под­держки выполнения программ хранила типы текущих значений, записанных в таких ячейках памяти. Таким образом, даже если в языках, подобных C и Pascal, все перемен­ные статически связаны с типами, не все ошибки определения типа будут выявлены при статической проверке типов.

3.6. Строгая типизация

Одной из идей «структурной революции» в программировании 1970-х годов была строгая типизация, признанная весьма полезной кон­цепцией. В программах на строго типизированном языке каждое имя имеет связанный с ним тип, известный во время компиляции. Основой такого подхода является статичность связывания всех типов. Его слабая сторона – игно­рирование того факта, что ячейка памяти, с которой связана некоторая переменная, в разное время может содержать вели­чины различных типов. Чтобы учесть эту возможность, можно определить строго ти­пизированный язык таким образом, чтобы в нем всегда могли обнаруживаться ошибки типов. Для этого требуется, чтобы типы всех операндов могли определяться либо во время компи­ляции, либо во время выполнения. Важность строгой типизации заключается в возмож­ности выявления всех неправильных употреблений переменных, приводящих к ошибкам определения типов. Строго типизированные языки позволяют также обнаружить (в про­цессе выполнения) использование величин некорректных типов в переменных, которые могут содержать величины нескольких типов.

Язык FORTRAN не принадлежит к строго типизированным языкам, поскольку в нем не проверяются соответствия между фактическими и формальными параметрами подпрограмм. Кроме того, использование оператора EQUIVALENCE между переменными различных типов позволяет переменной одного типа ссылаться на переменную другого ти­па.

Язык Pascal относится к почти строго типизированным языкам. Этим «почти» он обязан своей структуре вариантных записей, которые позволяют совмещать значения различных типов без возможности их проверки.

Язык Ada также почти строго типизирован. Хотя в нем содержимое вариантных записей динамически проверяется на наличие величин кор­ректных типов, он позволяет программистам нарушать правила проверки, вводя требование о временной отсрочке проверки для конкретного преобразования типов с помощью специальной системной функции UNCHECKED_CONVERSION.

Языки C и C++ не относятся к строго типизированным языкам, поскольку в них до­пускаются функции без проверки типа параметров. Кроме того, типы объединений в этих языках также не проверяются.

Строго типизированным является язык ML, правда, с некоторыми отличиями от императивных языков. В ML все типы переменных известны ста­тически из объявлений либо правил логического вывода типов (см. п.3.4.2.3).

Языки Java и C#, хотя они в значительной мере созданы на основе C++, являются строго типизированным в том же смысле, что и язык Ada. Типы могут приводиться явно, что может вызвать ошибку определения типа. Тем не менее, не существует неявных пу­тей, позволяющих ошибкам определения типа остаться незамеченными.

Правила приведения типов существенно влияют на результаты их проверки. Выражения в языке Pascal строго типизированы, но допускается использование арифметических операций с операндами различных типов. Например, возможна операция сложения вещественной и целой величин. Значение целого операнда приводится к числу с плавающей точкой, и в результате выполняется операция над числами с плавающей точкой. Такое, казалось бы, естественное приведение типов снижает результат строгой типизации – возможность выявления ошибок. Языки, в которых широко используется приведе­ние типов, например, FORTRAN, С и C++, значительно менее надежны, чем языки, в ко­торых приведение типов применяется нечасто, например, Ada. В языках Java и C# содержится существенно меньше возможностей приведения типов, чем в C++.