Typensystems

Ein Typensystem ist eine Sammlung formaler Regeln, die festlegen, welche Typen Objekten, Ausdrücken oder Werten zugeordnet werden und wie Typen miteinander interagieren dürfen. Es dient dazu, Fehler frühzeitig zu erkennen, Programmdokumentation zu liefern und gegebenenfalls Optimierungen zu ermöglichen, indem es Garantien über das Verhalten von Programmen bietet.

Typensysteme unterscheiden sich nach dem Zeitpunkt der Typprüfung: statisch (Prüfungen erfolgen zur Compile-Zeit) versus dynamisch (Prüfungen erfolgen zur Laufzeit). Manche Sprachen kombinieren beide Ansätze oder unterstützen allmähliche Typisierung (gradual typing), bei der Typprüfungen schrittweise eingeführt werden können.

Wichtige Konzepte sind Typsicherheit, Typsystem-Soundness, Typinferenz, Subtyping, Polymorphismus und Generika. In einem gut konstruierten Typsystem soll jedes gut getypte Programm sicher sein, d. h. Typfehler führen zu Fehlern statt zu undefiniertem Verhalten. Typinferenz erlaubt es, Typen teilweise oder vollständig automatisch abzuleiten, während explizite Typangaben oft zur besseren Dokumentation dienen. Subtyping regelt, wie Typenbeziehungen und Vererbung funktionieren, und Polymorphismus erlaubt allgemeine, wiederverwendbare Abstraktionen.

Typische Typisierungsdisziplinen umfassen nominale Typisierung versus strukturelle Typisierung; nominale Typisierung folgt Namens- oder Klassenhierarchien für Subtyping, während strukturelle Typisierung Typen nach ihrer Struktur vergleicht. Generische Typen ermöglichen Parametrisierung von Funktionen und Datentypen, während polymorphe Typen unterschiedliche Typkontexte unterstützen.

In der Praxis beeinflusst das Typensystem die Sicherheit, Fehlertoleranz, Lesbarkeit und Laufzeit-Performance einer Sprache. Beispiele reichen von statisch typisierten Sprachen wie Java, C#, Haskell, Rust bis hin zu dynamischen Sprachen wie Python (mit Typannotationen) und TypeScript, das Typen zusätzlich zu JavaScript bietet.