Classificazione dei sistemi di tipi (forte / debole, dinamico / statico)

In breve: come sono classificati i sistemi di tipi in contesti accademici; in particolare, dove posso trovare fonti affidabili che chiariscono le distinzioni tra i diversi tipi di sistema di tipi?

In un certo senso la difficoltà con questa domanda non è che non riesco a trovare una risposta, ma piuttosto che riesco a trovarne troppi e nessuno si distingue come corretto. Lo sfondo è che sto tentando di migliorare un articolo sulla wiki di Haskell sulla digitazione , che attualmente rivendica le seguenti distinzioni:

• Nessuna digitazione: la lingua non ha nozioni di tipi o da una prospettiva tipizzata: esiste esattamente un tipo nella lingua. Il linguaggio assembly ha solo il tipo 'bit pattern', Rexx e Tk hanno solo il tipo 'text', il core MatLab ha solo il tipo 'matrice a valore complesso'.
• Digitazione debole: ci sono solo pochi tipi distinti e forse digitare sinonimi per diversi tipi. Ad esempio, C utilizza numeri interi per valori booleani, interi, caratteri, set di bit ed enumerazioni.
• Digitazione forte: set di tipi a grana fine come in Ada, lingue Wirthian (Pascal, Modula-2), Eiffel

Questo è del tutto contrario alla mia percezione personale, che era più sulla falsariga di:

• Digitazione debole: gli oggetti hanno tipi, ma vengono implicitamente convertiti in altri tipi quando il contesto lo richiede. Ad esempio, Perl, PHP e JavaScript sono tutte le lingue in cui "1"possono essere utilizzate più o meno in qualsiasi contesto 1possibile.
• Digitazione forte: gli oggetti hanno tipi e non ci sono conversioni implicite (sebbene il sovraccarico possa essere usato per simularli), quindi usare un oggetto nel contesto sbagliato è un errore. In Python, l'indicizzazione di un array con una stringa o float genera un'eccezione TypeError; in Haskell fallirà al momento della compilazione.

Ho chiesto opinioni al riguardo ad altre persone più esperte nel campo di me, e una ha dato questa caratterizzazione:

• Digitazione debole: l'esecuzione di operazioni non valide sui dati non è controllata o rifiutata, ma produce semplicemente risultati non validi / arbitrari.
• Scrittura forte: le operazioni sui dati sono consentite solo se i dati sono compatibili con l'operazione.

A quanto ho capito, la prima e l'ultima caratterizzazione chiamerebbero C tipizzato in modo debole, il secondo lo chiamerebbe fortemente tipizzato. Il primo e il secondo chiamerebbero Perl e PHP tipicamente debolmente, il terzo li chiamerebbe fortemente tipizzati. Tutti e tre descriverebbero Python come fortemente tipizzato.

Penso che la maggior parte delle persone mi direbbe "beh, non c'è consenso, non c'è un significato accettato dei termini". Se quelle persone hanno torto, sarei felice di saperlo, ma se hanno ragione, come possono i ricercatori CS descrivere e confrontare i sistemi di tipi? Quale terminologia posso usare che è meno problematica?

Come domanda correlata, ritengo che la distinzione dinamica / statica sia spesso data in termini di "tempo di compilazione" e "tempo di esecuzione", che trovo insoddisfacente dato che la compilazione di una lingua non è tanto una proprietà di quella lingua come sue implementazioni. Sento che dovrebbe esserci una descrizione puramente semantica della tipizzazione dinamica contro statica; qualcosa sulla falsariga di "un linguaggio statico è uno in cui ogni sottoespressione può essere digitata". Gradirei qualsiasi pensiero, in particolare i riferimenti, che chiarisca questa nozione.

Storicamente, il termine "linguaggio di programmazione fortemente tipizzato" è entrato in uso negli anni '70 in risposta agli attuali linguaggi di programmazione ampiamente utilizzati, molti dei quali presentavano buchi di tipo. Qualche esempio:

• In Fortran, c'erano cose chiamate aree di memoria "COMMON", che potevano essere condivise tra i moduli, ma non c'erano controlli per vedere se ciascun modulo stava dichiarando il contenuto della memoria COMMON con gli stessi tipi. Pertanto, un modulo potrebbe dichiarare che un determinato blocco di memoria COMMON aveva un numero intero e un altro un numero in virgola mobile e, di conseguenza, i dati venivano danneggiati. Fortran aveva anche dichiarazioni "EQUIVALENCE", in base alle quali si poteva dichiarare che la stessa memoria conteneva due diversi oggetti di diverso tipo.

• In Algol 60, il tipo di parametri della procedura è stato dichiarato solo come "procedura", senza specificare i tipi di parametri della procedura. Quindi, si potrebbe presumere che un parametro di procedura fosse una procedura che accetta numeri interi, ma passare come argomento una procedura di accettazione reale. Ciò comporterebbe lo stesso tipo di corruzione delle dichiarazioni COMUNE ed EQUIVALENZA. (Tuttavia, Algol 60 ha eliminato i problemi più vecchi.)

• In Pascal sono stati aggiunti "record delle varianti" che erano quasi esattamente come le vecchie dichiarazioni di EQUIVALENCE.

• In C, sono stati aggiunti "tipi di cast" per cui qualsiasi tipo di dati può essere reinterpretato come dati di tipo diverso. Questo era un buco di tipo piuttosto deliberato pensato per i programmatori che presumibilmente sanno cosa stanno facendo.

I linguaggi fortemente tipizzati progettati negli anni '70 avevano lo scopo di eliminare tutti questi tipi di buchi. Se si analizza il significato di ciò, significa essenzialmente che le rappresentazioni dei dati sono protette. Non è possibile visualizzare un oggetto dati di un tipo come un oggetto di un altro tipo che ha lo stesso modello di bit della sua rappresentazione interna. I teorici iniziarono a usare il termine "indipendenza rappresentativa" per caratterizzare questa proprietà invece della vaga idea di "tipizzazione forte".

Si noti che i linguaggi tipizzati dinamicamente come Lisp che eseguono il controllo completo del tipo di runtime sono "fortemente tipizzati" nel senso di proteggere le rappresentazioni. Allo stesso tempo, le lingue tipizzate staticamente perderebbero l'indipendenza della rappresentazione a meno che non eseguissero il controllo dei limiti dell'array. Quindi, non sono "fortemente tipizzati" nel senso stretto del termine. A causa di queste conseguenze anomale, il termine "fortemente tipizzato" cadde in disuso dopo gli anni '70. Quando il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha sviluppato requisiti rigorosi per la progettazione di Ada, ha incluso il requisito secondo cui la lingua dovrebbe essere "fortemente tipizzata". (Sembra che a quel tempo si credesse che l'idea di "fortemente tipizzato" fosse evidente. Nessuna definizione fu offerta. ) Tutte le proposte linguistiche presentate in risposta hanno affermato di essere "fortemente tipizzate". Quando Dijkstra ha analizzato tutte le proposte linguistiche, ha scoperto che nessuna di esse era fortemente tipizzata e, in effetti, non era nemmeno chiaro cosa significasse il termine. Vedi il rapportoEWD663 . Tuttavia, vedo che il termine sta tornando in uso ora, attraverso una generazione più giovane di ricercatori che non conoscono la storia a scacchi del termine.

Il termine "tipizzato staticamente" significa che tutto il controllo del tipo viene eseguito staticamente e non si verificheranno errori di tipo in fase di esecuzione. Se anche la lingua è fortemente tipizzata, ciò significa che non ci sono davvero errori di tipo durante l'esecuzione. Se, d'altra parte, ci sono buchi di tipo nel sistema di tipi, l'assenza di errori di tipo runtime non significa nulla. I risultati potrebbero essere completamente corrotti.

Il nuovo dibattito sulla "tipizzazione forte vs debole" sembra riguardare la possibilità di consentire determinate conversioni di tipi. Consentire una stringa in cui è richiesto un numero intero è "tipizzazione debole" secondo queste persone. C'è un senso in questo perché il tentativo di convertire una stringa in un numero intero potrebbe non riuscire, se la stringa non rappresenta un numero intero. Tuttavia, la conversione di un numero intero in una stringa non presenta questo problema. Sarebbe un esempio di "tipizzazione debole" secondo queste persone? Non ne ho idea. Noto che le discussioni di Wikipedia sulla "tipizzazione debole" non citano alcuna pubblicazione arbitrale. Non credo che sia un'idea coerente.

Nota aggiunta : il punto fondamentale è che il termine "tipizzazione forte" non è entrato in uso come termine tecnico con una definizione rigorosa. È stato più simile a quello che alcuni designer linguistici hanno ritenuto: "il nostro sistema di tipi è forte; rileva tutti gli errori di tipo; non ha buchi di tipo" e, quindi, quando hanno pubblicato il loro design del linguaggio, hanno affermato che era "fortemente tipizzato" . Era una parola vivace che suonava bene e la gente ha iniziato a usarla. Il documento Cardelli-Wegner è stato il primo che ho visto dove sono state fornite alcune analisi su cosa significhi. Il mio post qui dovrebbe essere considerato come un'elaborazione della loro posizione.

L'articolo che Uday Reddy ha trovato nella sua risposta, On Understanding Tipi, Data Abstraction, and Polymorphism (1985), fornisce le seguenti risposte:

I linguaggi di programmazione in cui il tipo di ogni espressione può essere determinato dall'analisi statica del programma si dice che siano tipizzati staticamente. La tipizzazione statica è una proprietà utile, ma il requisito che tutte le variabili e le espressioni siano associate a un tipo al momento della compilazione è talvolta troppo restrittivo. Può essere sostituito dal requisito più debole che tutte le espressioni siano garantite per essere coerenti con il tipo sebbene il tipo stesso possa essere staticamente sconosciuto; questo può essere generalmente fatto introducendo un controllo del tipo di runtime. Le lingue in cui tutte le espressioni sono coerenti con i tipi sono chiamate linguaggi fortemente tipizzati. Se una lingua è fortemente tipizzata, il suo compilatore può garantire che i programmi che accetta verranno eseguiti senza errori di tipo. In generale, dovremmo cercare di digitare forte e adottare la scrittura statica ogni volta che è possibile.

Risposte autorevoli si trovano nell'articolo del sondaggio di Cardelli e Wegner: Informazioni sui tipi, astrazione dei dati e polimorfismo .

Intendiamoci che, mentre "tipizzazione forte" ha un significato accettato, "digitazione debole" no. Qualsiasi fallimento della digitazione forte potrebbe essere considerato debole e le persone potrebbero differire su quale tipo di fallimento è accettabile e cosa no.