如何正确为TypeVar绑定Protocol类型约束？

我需要给一个简单的快速排序函数添加类型注解，满足以下要求：

• 接收的列表元素可以是任意值，但必须实现__lt__、__gt__中的一种或两种方法
• 列表内所有元素必须使用相同的比较逻辑（不能混合仅支持__lt__和仅支持__gt__的元素）
• 返回排序后的同元素列表

第一次尝试与问题 #

from typing import Any, Protocol

class SupportsLT(Protocol):
    def __lt__(self, other: Any, /) -> bool: ...

class SupportsGT(Protocol):
    def __gt__(self, other: Any, /) -> bool: ...

def quick_sort[T: SupportsLT | SupportsGT](seq: list[T]) -> list[T]:
    if len(seq) <= 1:
        return list(seq)
    pivot = seq[0]
    smaller: list[T] = []
    larger_or_equal: list[T] = []
    for i in range(1, len(seq)):
        item = seq[i]
        if item < pivot:
            smaller.append(item)
        else:
            larger_or_equal.append(item)
    return [*quick_sort(smaller), pivot, *quick_sort(larger_or_equal)]

运行mypy --strict时报错：

error: Unsupported left operand type for < (some union) [operator]

问题出在类型约束是SupportsLT | SupportsGT，类型检查器无法保证列表中的元素不会混合两种协议类型，因此无法确认<操作符对所有元素都合法。

第二次尝试与问题 #

改用约束而非绑定的写法：

def quick_sort[T: (SupportsLT, SupportsGT)](seq: list[T]) -> list[T]:
    if len(seq) <= 1:
        return list(seq)
    pivot = seq[0]
    smaller: list[T] = []
    larger_or_equal: list[T] = []
    for i in range(1, len(seq)):
        item = seq[i]
        if item < pivot:
            smaller.append(item)
        else:
            larger_or_equal.append(item)
    return [*quick_sort(smaller), pivot, *quick_sort(larger_or_equal)]

运行mypy --strict时出现列表元素类型不兼容错误：

error: List item 0 has incompatible type "list[T]"; expected "SupportsLT" [list-item]
error: List item 0 has incompatible type "list[T]"; expected "SupportsGT" [list-item]
error: List item 2 has incompatible type "list[T]"; expected "SupportsLT" [list-item]
error: List item 2 has incompatible type "list[T]"; expected "SupportsGT" [list-item]

更严重的是，这种写法会导致类型推导错误：
测试代码：

from typing import reveal_type

x = quick_sort([12, 3])
reveal_type(x)

输出结果为：

Revealed type is "builtins.list[SupportsLT]"

而正确的推导结果应该是builtins.list[builtins.int]。

更新说明 #

我同时使用SupportsLT和SupportsGT作为约束的原因是：Python的比较机制中，当左操作数没有实现__lt__方法时，会自动调用右操作数的__gt__方法并传入左操作数。因此仅实现__gt__方法的对象也应该被函数接受，示例如下：

from typing import Self

class HasGT:
    def __init__(self, value: int) -> None:
        self.value = value

    def __gt__(self, other: Self) -> bool:
        return self.value > other.value

print(HasGT(5) < HasGT(6))  # 输出True

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CleverBoy