冒號和他的學生們
——程序員提高班紀事
- 數(shù)據(jù)類型
遵禮謂之劬，守法謂之固，此荒國之風也 ——《荀悅·申鑒》
待教室平靜下來，冒號再度開腔：“在談論動態(tài)語言之前，最好先澄清一下它與動態(tài)類型語言之間的區(qū)別。”
嘆號訝然道：“它們不是一回事嗎？一直以為動態(tài)語言是動態(tài)類型語言的簡稱呢。”
“有親戚之名，卻無血緣之親。名稱上相似，加之動態(tài)語言絕大多數(shù)確是動態(tài)類型語言，造成混淆實屬在所難免，但二者之間并無必然聯(lián)系——動態(tài)語言不一定是動態(tài)類型語言，動態(tài)類型語言也不一定是動態(tài)語言。”冒號飛跑的舌頭幾乎絆蒜，同時把眾人的腦子攪成了一鍋粥。
見勢不妙，冒號改用迂回戰(zhàn)術(shù)：“我們不妨再談開些，大家對數(shù)據(jù)類型是如何理解的？”
逗號隨口道：“數(shù)據(jù)類型不就是數(shù)據(jù)的種類嗎？”
眾人暗笑：說了跟沒說差不多。
冒號說道：“數(shù)據(jù)類型包含兩個要素：一個是允許取值的集合，一個是允許參與的運算。例如int類型在Java中既定義了介于− 231 和231 − 1之間的整數(shù)集合，也定義了該集合上的整數(shù)所能進行的運算?，F(xiàn)在的問題是：數(shù)據(jù)類型的意義何在？”
句號回答：“限定一個變量的數(shù)據(jù)類型，就意味著限制了該變量的取值范圍和所參與的運算，這從一定程度上保證了代碼的安全性。”
冒號追問：“還有嗎？”
句號略作思考后說：“用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，如C中的結(jié)構(gòu)和Java中的類或接口，賦予數(shù)據(jù)以邏輯內(nèi)涵，提高了代碼的抽象性。”
“精辟！”冒號贊道，“數(shù)據(jù)類型既有針對機器的物理意義，又有針對人的邏輯意義。前者用于進行底層的內(nèi)存分配和數(shù)值運算等，后者用于表達高層的邏輯概念。既然類型如此重要，類型檢查就必不可少了。所謂動態(tài)類型語言（Dynamic Typing Language），正是指類型檢查發(fā)生在運行期間（run-time）的語言。”
“那靜態(tài)類型語言（Static
Typing Language）自然是類型檢查發(fā)生在編譯期間（compile-time）的語言咯。”引號接話道。
冒號回應：“一般的說法是這樣，不過我更愿意將‘編譯期間’四個字改為‘運行之前’，否則容易讓人誤解為靜態(tài)類型語言一定是編譯型語言（Compiled
Language）。”
問號問道：“是否可以這么說：靜態(tài)類型語言需要變量申明，而動態(tài)類型語言則不需要？”
“這話只對了一半。”冒號評論，“動態(tài)類型語言固然不需要顯式的變量申明（Explicit Declaration），一些靜態(tài)類型語言有時也不需要。典型的如ML、Haskell之類的函數(shù)式語言，編譯器可以通過上下文來進行類型推斷（type
inference）。”
嘆號感慨：“動態(tài)類型語言不必申明變量，甚至一個變量在不同地方可以代表不同類型，多省事多方便啊！”
冒號微微頷首：“動態(tài)類型語言的確有簡明快捷的優(yōu)勢，并且天然具有泛型（generic）特征，代碼更加靈活。比如，動態(tài)類型有一種被稱作鴨子類型（Duck
Typing）的形式。”
逗號感到有趣：“鴨子類型？很滑稽的名字。”
“這種類型的思想是：如果一個對象既會走鴨步又會呷呷叫，何妨將其視作鴨子呢？”冒號說著投影出一段Ruby代碼——
class Duck #會叫會游的鴨
def shout
puts '呷呷呷'
end
def swim
puts '鴨泳'
end
end
class Frog #會叫會游的蛙
def shout
puts '呱呱呱'
end
def swim
puts '蛙泳'
end
end
def shoutAndSwim(duck) #讓一只會叫會游的家伙邊叫邊游
duck.shout
duck.swim
end
shoutAndSwim(Duck.new) #讓一只鴨邊叫邊游
shoutAndSwim(Frog.new) #讓一只蛙邊叫邊游
冒號繼續(xù)講解：“在Smalltalk、Python和Ruby等動態(tài)類型的OO語言中，只要一個類型具有shout和swim的方法，它就可以為shoutAndSwim所接受。在Java這種靜態(tài)類型語言中是不可能的，除非鴨和蛙在同一繼承樹上，或者二者均顯式實現(xiàn)了一個包含shout和swim的公用接口。”
句號敏銳地指出：“C++是靜態(tài)類型語言，但它的模板也可實現(xiàn)類似功能，并不需要引入繼承關系。”
“非常正確！但請接著看下去。”冒號又放出一段投影——
class Cock #會叫不會游的雞
def shout
puts '喔喔喔'
end
end
class Fish #會游不會叫的魚
def swim
puts '自由泳'
end
end
def shoutOrSwim(duck, flag) #讓一只會叫或會游的家伙叫或游
flag ? duck.shout : duck.swim
end
shoutOrSwim(Cock.new, true) #讓一只雞叫
shoutOrSwim(Fish.new, false) #讓一只魚游
“這里雞沒有swim的方法，魚沒有shout的方法。若采用C++的模板，shoutOrSwim是無法通過編譯的。但在支持Duck
類型的語言中，只要在運行期間不讓雞swim、讓魚shout——除非你突發(fā)奇想——一切平安無事。”冒號作了個OK的手勢。
“動態(tài)類型語言真是越看越可愛。”嘆號簡直垂涎欲滴了。
“Duck類型為軟件重用開啟了新的窗口，但凡事都是一分為二的。由于Duck類型的接口組合是隱性的，其使用者需要比普通Interface更小心以避免誤用；其維護者也需要更小心以避免破壞客戶代碼；此外它也可能造成濫用——將會叫會游的東西放進池塘似乎不算壞主意，但如果一艘輪船趁機也開了進來，恐怕就不那么美妙了。”
眾皆莞爾。
“再來看看靜態(tài)類型語言的好處：由于在運行之前進行了類型檢查，一方面代碼的可靠性增強，另一方面編譯器有可能藉此優(yōu)化機器代碼以提高運行效率，同時相比前者節(jié)省了運行期的類型檢查時間。此外，變量類型的聲明表明了編程者的意圖，有輔助文檔的功效。”冒號解釋著，“兩種類型的體制可以用兩種法律原則來類比：靜態(tài)類型檢查類似‘疑罪從有’的有罪推定制——在被證明合法之前是非法的，動態(tài)類型檢查類似‘疑罪從無’的無罪推定制——在被證明非法之前是合法的。至于如何取舍，套用一句話：‘Static Typing
Where Possible, Dynamic Typing When Needed’。”
問號提出新問題：“動態(tài)類型語言與弱類型語言有何不同？”
冒號喟言：“它們也常常被混為一談，但類型的動靜與強弱完全是正交的兩個概念。前者以類型的綁定（binding）時間來劃分，后者以類型的剛性強度來劃分。通常弱類型語言（Weakly-typed Language）允許一種類型的值隱性轉(zhuǎn)化為另一種類型，而強類型語言（Strongly-typed Language）則不允許。舉個例子，1＋"2"在VB中等于3——第二個字符串轉(zhuǎn)化為整數(shù)；在Javascript中等于"12"——第一個整數(shù)轉(zhuǎn)化為字符串；在C中則等于一個不定的整數(shù)值——第二個字符串作為地址來運算。這樣似乎很有趣很方便，但程序容易藏污納垢，滋生臭蟲（bug）。”
引號想起：“好像還有一種所謂的類型安全語言？”
逗號緊緊抱著頭，仿佛害怕裂開。
“類型按安全性來劃分，可分為類型安全語言（Type-safe
Language）和類型不安全語言（Type-unsafe
Language）。一般認為強類型語言是類型安全的，弱類型語言是類型不安全的。”冒號應道，“至此，我們已論及數(shù)據(jù)類型的三種劃分方式。值得一提的是，這些劃分并非涇渭分明的，更多的是定性而非定量的描述，甚至沒有公認統(tǒng)一的定義。但了解它們，對我們?nèi)蘸蟮膶W習是有所裨益的。”