使用PythonAST实现静态类型检查和类型推断的实验探索

PythonAST是Python自带的一个模块，用于解析Python代码并将其表示为抽象语法树（Abstract Syntax Tree，简称AST）。它提供了对Python代码的静态分析和转换的能力，可以用于实现静态类型检查和类型推断。

静态类型检查是一种在编译期间对代码进行类型检查的方法，可以帮助开发者在编程过程中发现潜在的类型错误。类型推断是一种根据代码上下文自动推断变量类型的方法，可以减少类型注解的繁琐性。

下面，我将使用PythonAST模块来实现一个简单的静态类型检查和类型推断的实验，并给出一些示例代码。

首先，我们需要使用PythonAST模块来解析Python代码并构建抽象语法树。可以使用ast.parse()函数来完成这个任务。下面是一个示例代码：

import ast

code = """
def add(a: int, b: int) -> int:
    return a + b
"""

tree = ast.parse(code)

在上面的代码中，我们解析了一个简单的函数定义，其中的参数和返回值都带有类型注解。解析后，tree变量将保存整个代码的抽象语法树。

接下来，我们可以使用递归遍历的方式来对抽象语法树进行类型检查和类型推断。具体的实现可以根据需求灵活设计，下面是一个简化的示例：

def type_check(node):
    if isinstance(node, ast.FunctionDef):
        for arg in node.args.args:
            if not isinstance(arg.annotation, ast.Name):
                raise TypeError(f"Invalid type annotation for argument {arg.arg}")
        if not isinstance(node.returns, ast.Name):
            raise TypeError("Invalid return type annotation")
    # 其他类型检查的规则...

def type_inference(node):
    if isinstance(node, ast.Name):
        # 根据上下文推断变量类型
        if node.id == 'a':
            return int
        elif node.id == 'b':
            return int
    # 其他类型推断的规则...
    return None

在上面的代码中，type_check()函数用于检查函数定义中的参数和返回值的类型注解是否合法，可以根据具体情况添加其他类型检查的规则。type_inference()函数用于根据上下文来推断变量的类型，这里只给出了简单的示例，可以根据需求添加其他类型推断的规则。

最后，我们可以将上面的代码与PythonAST模块结合起来，来完成静态类型检查和类型推断的实验。下面是一个完整的示例：

import ast


def type_check(node):
    if isinstance(node, ast.FunctionDef):
        for arg in node.args.args:
            if not isinstance(arg.annotation, ast.Name):
                raise TypeError(f"Invalid type annotation for argument {arg.arg}")
        if not isinstance(node.returns, ast.Name):
            raise TypeError("Invalid return type annotation")
    # 其他类型检查的规则...


def type_inference(node):
    if isinstance(node, ast.Name):
        # 根据上下文推断变量类型
        if node.id == 'a':
            return int
        elif node.id == 'b':
            return int
    # 其他类型推断的规则...
    return None


def static_type_check(code):
    tree = ast.parse(code)
    type_check(tree)


def static_type_inference(code):
    tree = ast.parse(code)
    for node in ast.walk(tree):
        inferred_type = type_inference(node)
        if inferred_type:
            print(f"Variable {node.id} has type {inferred_type}")


code = """
def add(a: int, b: int) -> int:
    return a + b
"""

static_type_check(code)
static_type_inference(code)

在上面的示例中，我们首先定义了type_check()和type_inference()函数，然后定义了一个static_type_check()函数来进行静态类型检查，以及一个static_type_inference()函数来进行类型推断。最后，我们调用了这两个函数来对代码进行静态类型检查和类型推断。

总结来说，使用PythonAST模块可以实现静态类型检查和类型推断的功能。通过解析Python代码并构建抽象语法树，我们可以利用递归遍历的方式来进行类型检查和类型推断，从而帮助开发者在编程过程中发现类型错误并减少类型注解的繁琐性。