以更棘手的方式进行泛型的 Python 类型提示

Question

假设我有课

Number

:

from typing import TypeVar, Generic

T = TypeVar('T')

class Number(Generic[T]):
    value: T

其中

T

是类型变量，可以是

int

、

float

、

Decimal

、

Fraction

等

现在我想定义一些方法，比如

__add__

。简单来说，我们可以将参数和返回值设置为与值相同的类型，例如：

class Number(Generic[T]):
    value: T
    def __add__(self, other: T) -> T: ...

但是，当像

int + float

这样的东西是可添加的，但上面的类型提示不起作用时。

问题是：类型提示系统如何获取

T

的信息，告知只有某些类型（不仅是

T

，甚至

T

不能）可以与

T类型进行操作

，比如：

class Number(Generic[T]):
    value: T
    def __add__(self, other: T_addable) -> T_addition_result: ...

我尝试使用

Protocol

、

covariant

、

contravariant

from typing import TypeVar, Protocol, runtime_checkable

T = TypeVar("T")
T_co = TypeVar("T_co", covariant=True)
T_contra = TypeVar("T_contra", contravariant=True)

@runtime_checkable
class SupportsAdd(Protocol[T_contra, T_co]):
    __slots__ = ()
    def __add__(self, x: T_contra) -> T_co: ...

但这不能从

T_contra

确定

T_co

和

T

。通常这只能用作

SupportsAdd[Any, Any]

，没有什么帮助。

Answer 1

第一个问题是

T

未绑定。它可以是任何东西，你可以构造一个

Number[str]

或

Number[list[set[int]] | dict[tuple[int, int], str]]

...

有两种（三种，如果算上像

AnyStr

这样的约束类型变量）方法来约束它：

1. 将类型变量绑定到最派生的超类型。遗憾的是，mypy 不支持所有数字类型的超类型

   numbers.Number

   。
2. 利用已有的协议。

这就是我开始的地方：

T = TypeVar('T')

class SupportsAdd(Protocol[T]):
    def __add__(self, other: T) -> T: ...

class Number(Generic[T]):
    value: SupportsAdd[T]
    def __init__(self, value: SupportsAdd[T]) -> None:
        self.value = value
    def __add__(self, other: T) -> T:
        return self.value + other

现在，这几乎起作用了，除了我需要明确表示

T

:

n = Number[float](3)

reveal_type(n + 1.0) # float

...并且它并不总是给出所需的答案：

reveal_type(n + 1) # float, runtime type: int

好吧，也许我们可以将

T

分成协变和逆变部分，正如您所写。这对我来说并不成功。我能想到的其他事情也没有。

就在那时我决定退后一步。这里复杂性的根源是什么？

关于数字类型的事情是，它们是由 mypy 等工具进行特殊处理的。

像

__add__

这样的运算符只能输入为

(Self, Self) -> Self

，混合和匹配数字类型的能力是通过“

int

可分配给

float

”、“

float

可分配给

complex”等规则来实现的。 

”，等等。因此，如果您这样做

3 + 4.2

，mypy 会将其视为

3

被分配给一个浮点数，然后拥有

float + float

，而不是

int + float

。

所以问题是你的

Number

类同样不是特殊情况：一般情况下你不能将

Number[int]

分配给

Number[float]

。基本上，您不能构造一个类定义，使得对于一个实例

n

assert_type(n + 1.0, float)

和

assert_type(n + 1, int)

都通过。

我很想被证明是错的，但我看不到任何解决办法。