如何更好的使用 Python 的類型提示?
使用動態(tài)語言一時爽，代碼重構(gòu)火葬場。相信你一定聽過這句話，和單元測試一樣，雖然寫代碼的時候花費(fèi)你少量的時間，但是從長遠(yuǎn)來看，這是非常值得的。本文分享如何更好的理解和使用 Python 的類型提示。
1、類型提示僅在語法層面有效
類型提示（自 PEP 3107 開始引入）用于向變量、參數(shù)、函數(shù)參數(shù)以及它們的返回值、類屬性和方法添加類型。
Python 的變量類型是動態(tài)的，可以在運(yùn)行時修改，為代碼添加類型提示，僅在語法層面支持，對代碼的運(yùn)行沒有任何影響，Python 解釋器在運(yùn)行代碼的時候會忽略類型提示。
因此類型提示一個直觀的作用就是提升代碼的可讀性，方便調(diào)用者傳入/傳出恰當(dāng)類型的參數(shù)，便于代碼重構(gòu)。
Python 內(nèi)置的基本類型可以直接用于類型提示：
變量的類型提示示例：
a: int = 3
b: float = 2.4
c: bool = True
d: list = ["A", "B", "C"]
e: dict = {"x": "y"}
f: set = {"a", "b", "c"}
g: tuple = ("name", "age", "job")
函數(shù)的類型提示：
def add_numbers(x: type_x, y: type_y, z: type_z= 100) -> type_return:
return x + y + z
這里的 type_x , type_y , type_z , type_return 可以是內(nèi)置的基本類型，也可以是自定義類型。
類的類型提示：
class Person:
first_name: str = "John"
last_name: str = "Does"
age: int = 31
2、用 mypy 檢查類型提示
假如有這樣一段代碼：
# script.py
x: int = 2
# ...
x = 3.5
用 Python 解釋器執(zhí)行是不會有任何錯誤的：
借助于 mypy 就可以，先 pip install mypy 安裝一下，然后 mypy script.py 即可：
更多 mypy 相關(guān)可以參考前文mypy 這個工具，讓Python的類型提示變得非常實(shí)用。
3、類型提示的好處
如果解釋器沒有強(qiáng)制執(zhí)行類型提示，為什么還要編寫類型提示呢？確實(shí)，類型提示不會改變代碼的運(yùn)行方式：Python 本質(zhì)上是動態(tài)類型的，這一點(diǎn)不太可能會改變。但是，從開發(fā)人員經(jīng)驗(yàn)的角度來看，類型提示有很多好處。
1、使用類型提示，尤其是在函數(shù)中，通過類型提示來明確參數(shù)類型和所產(chǎn)生結(jié)果的類型，非常便于閱讀和理解。
2、類型提示消除了認(rèn)知開銷，并使代碼更易于閱讀和調(diào)試?？紤]到輸入和輸出的類型，你可以輕松推斷對象以及它們?nèi)绾握{(diào)用。
3、類型提示可改善代碼編輯體驗(yàn)。IDE 可以依靠類型檢測來靜態(tài)分析你的代碼并幫助檢測潛在的錯誤（例如，傳遞錯誤類型的參數(shù)、調(diào)用錯誤的方法等）。另外，還可以根據(jù)類型提示為每個變量提供自動補(bǔ)全。
IDE 的類型檢查
IDE 的類型檢查
IDE 類型檢查后的自動補(bǔ)全
4、List 用法
假如你需要列表 list 內(nèi)部是 float 的類型提示，這樣做是不行的：
def my_dummy_function(l: list[float]):
return sum(l)
標(biāo)準(zhǔn)庫 typing 考慮到了這個問題，你可以這樣：
from typing import List
def my_dummy_function(vector: List[float]):
return sum(vector)
5、Dict 用法
假如要提示這樣的類型：
my_dict = {"name": "Somenzz", "job": "engineer"}
借助于 Dict，你可以這樣定義類型：
from typing import Dict
my_dict_type = Dict[str, str]
my_dict: my_dict_type = {"name": "Somenzz", "job": "engineer"}
6、TypedDict 用法
假如你需要提示這樣的類型，那該怎么辦？
d = {"name": "Somenzz", "interests": ["chess", "tennis"]}
借助于 TypedDict ，你可以這樣：
7、Union 用法
從 Python 3.10 開始，Union 被替換為 | 這意味著 Union[X, Y] 現(xiàn)在等價于 X | Y。
Union[X, Y]（或 X | Y）表示 X 或 Y。
假設(shè)你的函數(shù)需要從緩存目錄中讀取文件并加載 Torch 模型。此緩存目錄位置可以是字符串值（例如 /home/cache ），也可以是 Pathlib 庫的 Path 對象，在這種情況下，代碼如下：
def load_model(filename: str, cache_folder: Union[str, Path]):
if isinstance(cache_folder, Path):
cache_folder = str(cache_folder)
model_path = os.join(filename, cache_folder)
model = torch.load(model_path)
return model
8、Callable 用法
當(dāng)你需要傳入一個函數(shù)作為參數(shù)的時候，這個參數(shù)的類型提示可以為 Callable。
from typing import Callable
def sum_numbers(x: int, y: int) -> int:
return x + y
def foo(x: int, y: int, func: Callable) -> int:
output = func(x, y)
return output
foo(1, 2, sum_numbers)
你還可以給這樣的函數(shù)參數(shù)指定參數(shù)列表，真的很強(qiáng)大：
語法：
Callable[[input_type_1, ...], return_type]
示例：
def foo(x: int, y: int, func: Callable[[int, int], int]) -> int:
output = func(x, y)
return output
9、Any 用法
當(dāng)你傳入的參數(shù)可以為任何類型的時候，就可以使用 Any
def bar(input: Any):
...
10、Optional 用法
如果你的函數(shù)使用可選參數(shù)，具有默認(rèn)值，那么你可以使用類型模塊中的 Optional 類型。
from typing import Optional
def foo(format_layout: Optional[bool] = True):
...
11、Sequence 用法
Sequence 類型的對象是可以被索引的任何東西：列表、元組、字符串、對象列表、元組列表的元組等。
from typing import Sequence
def print_sequence_elements(sequence: Sequence[str]):
for i, s in enumerate(s):
print(f"item {i}: {s}"
12、Tuple 用法
Tuple 類型的工作方式與 List 類型略有不同，Tuple 需要指定每一個位置的類型：
from typing import Tuple
t: Tuple[int, int, int] = (1, 2, 3)
如果你不關(guān)心元組中每個元素的類型，你可以繼續(xù)使用內(nèi)置類型 tuple。
t: tuple = (1, 2, 3, ["cat", "dog"], {"name": "John"})
最后的話
類型提示在代碼之上帶來了額外的抽象層：它們有助于記錄代碼，澄清關(guān)于輸入/輸出的假設(shè)，并防止在頂部執(zhí)行靜態(tài)代碼分析 (mypy) 時出現(xiàn)的隱蔽和錯誤。接下來做的事情就是在你的項(xiàng)目中使用類型提示，從長期看，這是你最佳的選擇。如果有幫助，歡迎在看、關(guān)注、討論。