比较bound为int|float的TypeVar值时为何触发mypy报错？

问题场景 #

对类型标注为TypeVar('T', bound=int|float)的变量使用内置二元比较运算时，会触发意料之外的mypy类型报错。

最小复现代码 #

import typing

T = typing.TypeVar('T', bound=typing.Union[int, float])

def less_than(x: T, y: T) -> bool:
    return x < y

触发的报错信息 #

test.py:6: error: Unsupported operand types for < ("int" and "T")

补充验证现象 #

• 将类型定义替换为T = typing.Union[int, float]时，mypy不会抛出上述报错
• 将类型定义替换为T = typing.TypeVar('T', int, float)（将int、float作为TypeVar的独立约束参数，而非bound的联合类型）时，mypy也不会抛出上述报错

报错根本原因 #

这个报错是mypy的类型推导规则、TypeVar的语义差异、比较运算符的校验逻辑三者共同作用的结果：

• 首先明确三种写法的语义差异：
  • T = TypeVar('T', bound=Union[int, float])：表示T是Union[int, float]的任意子类型。由于int、float在Python类型系统中允许被继承，mypy会默认存在用户自定义int/float子类的可能性，T的实际类型范围比“仅int或float本身”更大。
  • T = Union[int, float]：表示参数类型只能是int或者float本身，不存在其他可能类型。
  • T = TypeVar('T', int, float)：表示T只能被绑定为int、float两个具体类型之一，不存在其他自定义子类的可能。
• 其次是mypy对<比较运算符的校验逻辑：Python的比较运算依赖类的__lt__等魔术方法实现，int.__lt__声明的合法参数类型为int，float.__lt__声明的合法参数类型为float。校验x < y的合法性时，mypy会先取x的静态类型，检查该类型的__lt__方法是否接受y的静态类型作为参数。
• 回到报错场景：当T是带bound的泛型时，mypy推导x的类型时，无法确定x到底是int的子类型还是float的子类型：如果x是int类型，它的__lt__只接受int参数，但y的类型T可能是float的子类型，无法证明一定符合参数要求；反过来如果x是float类型，也存在y是int子类型不匹配的可能，因此直接抛出操作数不支持的错误。
• 另外两种写法不报错的核心原因：
  • 直接使用Union[int, float]作为参数类型时，mypy会对联合类型做全分支校验：分别验证x是int时y为int/float的比较合法性、x是float时y为int/float的比较合法性，所有分支都合法，因此不报错。
  • 使用带两个类型约束参数的TypeVar时，mypy明确知道T只能是int或float本身，不存在其他未知子类，同样会遍历两个类型的组合做校验，所有比较组合都合法，因此不报错。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jfschaefer