Python 是否评估前向引用的类型提示？

Question

我正在查看 Forward References 上的 PEP 484 部分并注意到声明：

...that definition may be expressed as a string literal, to be resolved later.

这让我想知道，"later" 是什么时候，什么时候？解释器稍后不会尝试将其解析为文字，那又如何呢？是否只是编写了第三方工具来执行此操作？

演示解释器结果的小例子：

class A:
    def test(self, a: 'A') -> None:
        pass
class B:
    def test(self, a: A) -> None:
        pass

>>> A().test.__annotations__
{'a': 'A', 'return': None}
>>> B().test.__annotations__
{'a': <class '__main__.A'>, 'return': None}

如果我对函数注释和类型提示的理解是正确的，那么 Python 并没有在运行时对它们做 任何事情 来提高性能，而是内省use 允许 strictly 第三方应用程序，例如 linters、IDE 和静态分析工具（例如 mypy）利用它们的可用性。那么这些工具会尝试解析 'A' 的类型提示，而不是将其作为交给解释器的工作吗？如果是这样，它们是如何完成的？

更新：

通过使用 typing 模块，用户代码可以执行以下操作：

>>> typing.get_type_hints(A().test)
{'a': <class '__main__.A'>, 'return': <class 'NoneType'>}
>>> typing.get_type_hints(B().test)
{'a': <class '__main__.A'>, 'return': <class 'NoneType'>}

但是，我的问题是针对 Python 是否有责任从字符串文字更新函数的 __annotations__，也就是说在运行时更改：

>>> A().test.__annotations__
{'a': 'A', 'return': None}

到...

>>> A().test.__annotations__
{'a': <class '__main__.A'>, 'return': None}

如果 Python 不这样做，那么我为什么要将字符串文字作为类型提示而不是用于自记录代码？第一种形式对我、用户或第三方工具有什么价值？

Answer 1

考虑以下代码：

class Foo:
    def bar(self) -> Foo:
        return Foo()

如果你用 Python 尝试运行这个程序实际上会在运行时崩溃：当解释器看到 bar 的定义时，Foo 的定义是还没有完成。因此，由于 Foo 尚未添加到全局命名空间，我们还不能将其用作类型提示。

同样，考虑这个程序：

class Foo:
    def bar(self) -> Bar:
        return Bar()

class Bar:
    def foo(self) -> Foo:
        return Foo()

这个相互依赖的定义遇到了同样的问题：当我们正在评估 Foo 时，Bar 还没有被评估，所以解释器抛出一个异常。

这个问题有三种解决方法。首先是制作一些类型提示字符串，有效地 "forward declaring" 它们：

class Foo:
    def bar(self) -> "Foo":
        return Foo()

这满足 Python 解释器的要求，并且不会破坏像 mypy 这样的第三方工具：它们可以在解析类型之前删除引号。主要缺点是这种语法看起来有点丑陋和笨拙。

第二种解决方案是使用类型注释语法：

class Foo:
    def bar(self):
        # type: () -> Foo
        return Foo()

这与第一个解决方案具有相同的优点和缺点：它满足解释器和工具的要求，但看起来很笨拙和丑陋。它还具有额外的好处，它使您的代码向后兼容 Python 2.7.

第三个解决方案仅适用于 Python 3.7+——使用 from __future__ import annotations 指令：

from __future__ import annotations 

class Foo:
    def bar(self) -> Foo:
        return Foo()

这会自动将所有注释表示为字符串。所以我们得到了第一个解决方案的好处，但没有丑陋。

此行为最终将成为 Python 未来版本的默认行为。

事实证明，自动生成所有注释字符串可以带来一些性能改进。构造像 List[Dict[str, int]] 这样的类型可能会非常昂贵：它们只是运行时的正则表达式并且被评估为就好像它们被写成 List.__getitem__(Dict.__getitem__((str, int)).

计算这个表达式有些昂贵：我们最终执行了两次方法调用，构造了一个元组，并构造了两个对象。当然，这还没有计算 __getitem__ 方法本身发生的任何额外工作——而且这些方法中发生的工作最终出于必要而变得非常重要。

（简而言之，他们需要构建特殊对象，以确保像 List[int] 这样的类型不会在运行时以不当方式使用——例如在 isinstance 检查等中。）

Python 是否评估前向引用的类型提示？

Does Python evaluate type hinting of a forward reference?

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