Python中的类型注解与类型提示

描述
类型注解（Type Annotations）是 Python 3.5 引入的特性，允许开发者为变量、函数参数和返回值等添加类型信息。类型提示（Type Hints）则是基于注解的静态类型检查实践，通过工具（如 mypy）在代码运行前检测类型错误，提升代码可读性和健壮性。

1. 基本语法与用途

• 变量注解：直接为变量标注类型。

  name: str = "Alice"  
  age: int = 30  
  

  注解不会影响运行时行为，但IDE和类型检查工具会利用这些信息。

• 函数注解：定义参数和返回值的类型。

  def greet(name: str) -> str:  
      return f"Hello, {name}"  
  

  箭头 -> 后是返回值类型，函数体本身无需修改。

2. 复杂类型与容器注解
对于列表、字典等容器，需使用 typing 模块（Python 3.9+ 可直接用内置类型）：

from typing import List, Dict, Optional  

# 注解列表和字典  
def process_data(items: List[int], mapping: Dict[str, int]) -> None:  
    pass  

# 可选类型（可能为None）  
def find_user(id: int) -> Optional[str]:  
    ...  

Python 3.9+ 简化写法：

def process_data(items: list[int], mapping: dict[str, int]) -> None:  
    pass  

3. 类型别名与自定义类型

• 类型别名：简化复杂注解。

  from typing import Dict, Tuple  
  
  # 别名示例  
  Coordinate = Tuple[float, float]  
  UserMap = Dict[int, str]  
  
  def locate(point: Coordinate) -> UserMap:  
      ...  
  

• 自定义类型：使用 NewType 或 TypeAlias（Python 3.10+）。

  from typing import NewType  
  
  UserId = NewType('UserId', int)  
  id = UserId(1001)  # 运行时仍是int，但类型检查时区分  
  

4. 联合类型与字面量类型

• 联合类型：允许多种类型。

  from typing import Union  
  
  def display(value: Union[int, str]) -> None:  
      print(value)  
  
  # Python 3.10+ 可用 | 运算符  
  def display_v2(value: int | str) -> None:  
      ...  
  

• 字面量类型：限制为特定值。

  from typing import Literal  
  
  def set_direction(direction: Literal["left", "right"]) -> None:  
      ...  
  

5. 类型检查工具的使用
安装 mypy 并检查代码：

pip install mypy  
mypy your_script.py  

示例：

# 示例代码（存为test.py）  
def add(a: int, b: int) -> int:  
    return a + b  

result = add(1, "2")  # 类型错误！  

运行 mypy test.py 会报错：

test.py:4: error: Argument 2 to "add" has incompatible type "str"; expected "int"  

6. 高级特性：泛型与协议

• 泛型：使函数或类支持多种类型。

  from typing import TypeVar, List  
  
  T = TypeVar('T')  
  def first_item(items: List[T]) -> T:  
      return items[0]  
  

• 协议：结构化类型（鸭子类型的静态检查）。

  from typing import Protocol  
  
  class Renderable(Protocol):  
      def render(self) -> str: ...  
  
  def render_item(item: Renderable) -> None:  
      print(item.render())  
  

总结
类型注解通过明确类型约束，结合工具（如 mypy）提前发现错误，尤其适用于大型项目。但需注意：

1. 注解仅是提示，不影响运行时；
2. 渐进式采用，可逐步添加注解；
3. 灵活使用 Any 类型绕过检查（但应谨慎）。