利用 Type Hint 提升 Python 程序开发效率

Type Hint（或者叫做 PEP-484）提供了一种针对 Python 程序的类型标注标准。

为什么使用 Type Hint？对于动态语言而言，常常出现的情况是当你写了一段代码后，隔段时间你可能忘记这个方法的原型是什么样子的了，你也不清楚具体应该传入什么类型的参数，这样往往需要你去阅读代码才能定义每个类型具体是什么。或者当你使用一个文档并不是特别完全的第三方库，你不知道这个库应该如何使用，这都会很痛苦。

现在，借助 Type Hint，你可以实现：

实现类型检查，防止运行时出现的类型不符合情况。
作为文档附加属性，方便开发者调用时传入传出的参数类型。
提升 IDE 的检查机制，在智能提示时更快给出提示和类型检查结果。

实现这个过程中，你需要使用 Python 3.5+ 中提供的新模块 typing。值得注意的是，这个改动并不会影响程序运行，仅仅是为了方便类型检查器实现的。

Type Hint 类型检查器

目前，比如 JetBrains 家的 PyCharm 已经支持 Type Hint 语法检查功能，如果你使用了这个 IDE，可以通过 IDE 功能进行实现。如果你像我一样，使用了 SublimeText 编辑器，那么第三方工具 mypy 可以帮助到你。AnacondaST3 最近要发布的 2.0 版本也内置了 mypy 功能的支持，具体的进度可以看一下这个 issue。一些其它的 Python 工具 (比如代码提示工具 jedi 0.10+) 也支持了 Type Hint 功能。

从简单的例子开始

从简单的例子开始，我们先从一个简单的程序开始，运行环境为 Python 3.5.2，使用 mypy 工具进行检查。

首先通过 pip install mypy-lang 命令安装 mypy 工具。注意是 mypy-lang，之所以是这样，是因为在 pypi 里 mypy 这个名字已经被占用掉了。

接下来，通过 mypy 检查下面这个文件

# fib.py
from typing import Iterator


def fib(n: int) -> Iterator[int]:
    a, b = 0, 1
    while a < n:
        yield a
        a, b = b, a + b

i = fib(3.2)
print(next(i))
print(next(i))

在命令行中执行命令 mypy fib.py，获取返回结果：

➜ mypy fib.py
fib.py:11: error: Argument 1 to "fib" has incompatible type "float"; expected "int"

但是在实际的应用过程中，这个功能在 Python 里是可以正常运行的：

➜  mypy python fib.py
0
1

可以看到，mypy 工具提示了我们的代码中存在一处类型不匹配的问题，但是如果不进行检查，代码有可能执行出不可预知的结果。

在这个例子里面，我们使用了两种类型，一种是 Python 基础数据类型，比如 str、int 等等，这些类型数据是可以直接使用的；另外一种是来自于 typing 中引入的 Iterator，用来表示迭代器类型。另外一个值得注意的是，typing 中部分类型也会随时添加，一般我们以演示版本为准。

从简单到复杂，类型组合怎么办？

实际上，在我们使用过程中还有可能传递一些更加复杂的参数类型，比如 list 类型，tuple 类型等等，这类型的数据如何声明呢？我们可以先看一个例子：

def foo(strings, string_list, count, total):

这个函数的参数我们从字面可以看出来分别是 str，元素为 str 的 list 类型和两个整数参数。我们假定一个返回值为 ((int, int), str)，那么这个类型检查可以这样定义：

from typing import List, Tuple

Result = Tuple[Tuple[int, int], str]

def foo(strings: str, lines: List[str],  line_number: int, total_lines: int) -> Result:

其它的一些类型提示、协程等等的支持都可以在官方的 typing 模块文档中进行查看。

关于生产的一些闲扯

我们现在也在进行一些 mypy 工具在生产环境中的具体使用测试，但是我们也发现了一些存在的问题，比如 Python 本身的动态语言特性给类型标注就带来了一些麻烦。另外，变量复用导致的类型变换有可能会提示采用新的变量实现。这对于一个已经存在的线上项目来说相对成本较高，我们后续也会在一些新项目中采用这种方式。另外 mypy 还是一个比较新的项目，本身是拥有一些 bug。另外一个是在某些 mypy 的非类型错误提示其实非常的模糊，导致很多错误有时需要进行人工排查。

不管怎样，即便在 mypy 存在一些缺陷，但是仍旧是未来非常有潜力的工具，提前了解和应用也能有效的提升程序的强壮性。