C#型系统是否可靠且可判定？

我知道Java的类型系统是不健全的（它无法对语义合法的结构进行类型检查）和不可判定的（它无法对某些结构进行类型检查）

例如，如果在类中复制/粘贴以下代码段并对其进行编译，编译器将因

StackOverflowException

（how apt）而崩溃。这是不可判定的

static class ListX<T> {}
static class C<P> extends ListX<ListX<? super C<C<P>>>> {}
ListX<? super C<Byte>> crash = new C<Byte>();

静态类ListX{}
静态类C
扩展了ListX
创建C#编译器无法在合理时间内解决的问题并不特别困难。它提出的一些问题（通常与泛型/类型推理有关）是NP难问题。埃里克·利珀特：
C型系统是可判定的吗

如果编译器在理论上总是能够决定程序类型是否在有限时间内检查，那么类型系统是“可判定的”

C类型系统不可判定。

C#有“名义”子类型——也就是说，当你声明一个类时，你给出类和接口的名称，并通过名称说出基类和接口是什么

C#也有泛型类型，并且在C#4中，泛型接口的协方差和逆变

这三件事——名义子类型、泛型接口和逆变——足以使类型系统不可判定（在子类型相互提及的方式上没有其他限制的情况下）

当这个答案最初写在2014年时，这是可疑的，但不为人所知。这一发现的历史很有趣

首先，C#generic type系统的设计者们想知道同样的事情，并在2007年写了一篇论文，描述了类型检查可能出错的不同方式，以及可以对标称子类型系统施加哪些限制以使其可判定


在我的博客上可以找到关于这个问题的更温和的介绍，这里：


)；一位研究人员注意到了帖子中提到的问题并解决了它；我们现在知道，如果在混合中加入了一般性逆变，那么名词性子类型通常是不可判定的。您可以将图灵机编码到类型系统中，并强制编译器模拟其操作，并且由于“ThisTM停止吗？”问题是不可判定的，因此类型检查必须是不可判定的

有关详细信息，请参阅

C#型系统是否完好

如果我们保证在编译时进行类型检查的程序在运行时没有类型错误，那么类型系统是“可靠的”

C型系统不健全。

原因有很多，但我最不喜欢的是数组协方差：

Giraffe[] giraffes = new[] { new Giraffe() };
Animal[] animals = giraffes; // This is legal!
animals[0] = new Tiger(); // crashes at runtime with a type error

这里的想法是，大多数采用数组的方法只读取数组，而不写入数组，从长颈鹿数组中读取动物是安全的。Java允许这样做，所以CLR也允许这样做，因为CLR设计者希望能够在Java上实现变体。C#允许它是因为CLR允许它。结果是，每次您将任何内容写入基类的数组时，运行时都必须进行检查，以验证该数组不是不兼容派生类的数组。常见的情况会变慢，因此罕见的错误情况会出现异常

不过，这提出了一个好的观点：C#至少在类型错误的后果方面定义得很好。运行时的类型错误会以异常的形式产生正常的行为。它不像C或C++那样编译器可以并且会直接生成任意疯狂的代码。
C#型系统在设计上有一些其他方面是不健全的


＞P>如果您认为空引用异常是一种运行时类型错误，那么C*Pr.C 8是非常不健全的，因为它几乎没有防止这种错误的任何东西。C#8在支持静态检测空值错误方面有很多改进，但空值引用类型检查不完善；它既有假阳性也有假阴性。其思想是，即使不是100%可靠，一些编译时检查也比没有好


许多强制转换表达式允许用户重写类型系统并声明“我知道此表达式在运行时将属于更特定的类型，如果我错了，则抛出异常”。（有些强制转换的意思正好相反：“我知道这个表达式是X类型的，请生成代码将其转换为Y类型的等效值”。这些通常是安全的。）因为这是一个开发人员明确表示他们比类型系统更了解的地方，所以很难将导致崩溃的原因归咎于类型系统



即使代码中没有强制转换，也有一些特性可以生成类似强制转换的行为。例如，如果你有一个动物列表，你可以说

foreach(Giraffe g in animals)

如果那里有一只老虎，你的程序就会崩溃。正如规范所指出的，编译器只是代表您插入一个cast。（如果你想绕过所有长颈鹿而忽略老虎，那就是
foreach（动物中的长颈鹿g.OfType（））
）


C#的
unsafe
子集进行所有下注；您可以使用它任意打破运行时的规则。关闭安全系统会关闭安全系统，因此当您关闭健全性检查时，C#不健全也就不足为奇了
当然，@Eric Lippert的答案是权威的。我只想强调，上面的方差问题只适用于数组

当使用泛型时，它就消失了，因为这样你就只能有协方差、反方差或方差。这不允许以下应用程序之一：成员分配、成员查询或集合分配：

IList<Giraffe> giraffes3 = new List<Giraffe>{new()};
IList<Animal> animals3 = giraffes3; // ! does NOT compile!

IReadOnlyList<Giraffe> giraffes1 = new List<Giraffe>{new()};
IReadOnlyList<Animal> animals1 = giraffes1; // This is legal!
animals1[0] = new Tiger(); // ! does NOT compile!

不变性不允许集合分配：

IList<Giraffe> giraffes3 = new List<Giraffe>{new()};
IList<Animal> animals3 = giraffes3; // ! does NOT compile!

IReadOnlyList<Giraffe> giraffes1 = new List<Giraffe>{new()};
IReadOnlyList<Animal> animals1 = giraffes1; // This is legal!
animals1[0] = new Tiger(); // ! does NOT compile!

因此，只要您尽量避免在API中使用数组，并且仅在内部使用它们（例如，为了性能），您就应该很好了。
实际上，多搜索一点
Giraffe[] giraffes = {new()};
Animal[] animals = giraffes; // This is legal!
animals[0] = new Tiger(); // ! Runtime Exception !