Что однозначно определяет тип данных
Состав языка и типы данных
Типы данных
Тип данных однозначно определяет:
Например, целые и вещественные числа, даже если они занимают одинаковый объем памяти, имеют совершенно разные диапазоны возможных значений.
Каждое выражение в программе имеет определенный тип. Компилятор использует информацию о типе при проверке допустимости описанных в программе действий.
Классификация типов
Типы можно классифицировать по разным признакам. Если принять за основу строение элемента, все типы можно разделить на простые (не имеют внутренней структуры) и структурированные (состоят из элементов других типов). По своему «создателю» типы можно разделить на встроенные (стандартные) и определяемые программистом. По способу хранения значений типы делятся на значимые, или типы-значения, и ссылочные. Рассмотрим в первую очередь встроенные типы C#.
Встроенные типы
Вещественные типы и финансовый тип являются знаковыми. Для них в столбце «диапазон значений» приведены абсолютные величины допустимых значений.
Логический, или булев, тип содержит всего два значения: true (истина) и false (ложь). Их внутреннее представление программиста интересовать не должно. Все целые и вещественные типы вместе с символьным и финансовым можно назвать арифметическими типами.
Внутреннее представление величины целого типа — целое число в двоичном коде. В знаковых типах старший бит числа интерпретируется как знаковый (0 — положительное число, 1 — отрицательное).
Тип decimal предназначен для денежных вычислений, в которых критичны ошибки округления. Величины типа decimal позволяют хранить 28–29 десятичных разрядов. Тип decimal не относится к вещественным типам, у них различное внутреннее представление. Величины денежного типа даже нельзя использовать в одном выражении с вещественными без явного преобразования типа. Использование величин финансового типа в одном выражении с целыми допускается.
Типы литералов
Типы-значения и ссылочные типы
Чаще всего типы C# разделяют по способу хранения элементов на типы-значения и ссылочные типы ( рис. 2.1). Элементы типов-значений, или значимых типов (value types), представляют собой просто последовательность битов в памяти, необходимый объем которой выделяет компилятор. Иными словами, величины значимых типов хранят свои значения непосредственно. Величина ссылочного типа хранит не сами данные, а ссылку на них (адрес, по которому расположены данные). Сами данные хранятся в хипе.
рис. 2.2 иллюстрирует разницу между величинами значимого и ссылочного типов. Одни и те же действия над ними выполняются по-разному. Рассмотрим в качестве примера проверку на равенство. Величины значимого типа равны, если равны их значения. Величины ссылочного типа равны, если они ссылаются на одни и те же данные (на рисунке b и c равны, но a не равно b даже при одинаковых значениях). Из этого следует, что если изменить значение одной величины ссылочного типа, это может отразиться на другой.
Упаковка и распаковка
Для того чтобы величины ссылочного и значимого типов могли использоваться совместно, необходимо иметь возможность преобразования из одного типа в другой. Преобразование из типа-значения в ссылочный тип называется упаковкой (boxing), обратное преобразование — распаковкой (unboxing).
Если величина значимого типа используется в том месте, где требуется ссылочный тип, автоматически выполняется создание промежуточной величины ссылочного типа. При необходимости обратного преобразования с величины ссылочного типа «снимается упаковка», и в дальнейших действиях участвует только ее значение.
Основные понятия языка
Типы данных
Данные, с которыми работает программа, хранятся в оперативной памяти. Компилятору необходимо точно знать, сколько места они занимают, как именно закодированы и какие действия с ними можно выполнять. Все это задается при описании данных с помощью типа. Тип данных однозначно определяет:
Например, целые и вещественные числа, даже если они занимают одинаковый объем памяти, имеют совершенно разные диапазоны возможных значений; целые числа можно умножать друг на друга, а, например, символы — нельзя. Каждое выражение в программе имеет определенный тип. Компилятор использует информацию о типе при проверке допустимости описанных в программе действий.
Классификация типов
Рассмотрим классификацию типов в таблица 1.2.
| Стандартные | Определяемые программистом | ||
|---|---|---|---|
| Простые | Составные | ||
| Логические | |||
| Целые | |||
| Вещественные | Перечисляемый | Массивы | Файлы |
| Символьный | Интервальный | Строки | Процедурные типы |
| Строковый | Адресные | Записи | Объекты |
| Адресный | Множества | ||
| Файловые | |||
Стандартные типы не требуют предварительного определения. Для каждого типа существует ключевое слово, которое используется при описании переменных, констант и т. д. Если же тип данных определяет сам программист, он описывает его характеристики и дает ему имя, которое затем применяется точно так же, как имена стандартных типов. Описание собственного типа данных должно задавать всю информацию, необходимую для его использования: внутреннее представление и допустимые действия.
Стандартные типы данных
Логические типы
| a | b | a and b | a or b | a xor b | not a |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
Операция xor — так называемое исключающее ИЛИ, или операция неравнозначности. Ее результат истинен, когда значения операндов не совпадают.
Величины логического типа можно сравнивать между собой с помощью операций отношения, перечисленных в таблица 1.4. Результат этих операций имеет логический тип.
| Операция | Знак операции | Операция | Знак операции |
|---|---|---|---|
| Больше | > | Меньше или равно | |
| Больше или равно | >= | Равно | = |
| Меньше | Не равно | <> |
Целые типы
Внутреннее представление. Целые числа представляются в компьютере в двоичной системе счисления. В Паскале определены несколько целых типов данных, отличающиеся длиной и наличием знака: старший двоичный разряд либо воспринимается как знаковый, либо является обычным разрядом числа ( таблица 1.5). Внутреннее представление определяет диапазоны допустимых значений величин (от нулей до единиц во всех двоичных разрядах).
Операции.С целыми величинами можно выполнять арифметические операции ( таблица 1.6). Результат их выполнения всегда целый (при делении дробная часть отбрасывается).
| Операция | Знак операции | Операция | Знак операции |
|---|---|---|---|
| Сложение | + | Деление | div |
| Вычитание | – | Остаток от деления | mod |
| Умножение | * |
Стандартные функции и процедуры.К целым величинам можно применять стандартные функции и процедуры, перечисленные в таблица 1.7 (в тригонометрических функциях угол задается в радианах).
Что однозначно определяет тип данных
В Паскале любые данные (константы, переменные, значения функций и т.д.) характеризуются своими типами. Тип данных определяет, во-первых, формат представления данных в памяти компьютера; во-вторых, множество допустимых значений, которые может принимать переменная или константа данного типа; в-третьих, множество допустимых операций, применимых к этому типу.
Паскаль имеет очень разветвленную структуру типов. Ниже рассмотрены некоторые наиболее часто употребляемые типы данных.
Целочисленные типы данных
Требуемая память (байт)
Над данными целого типа определены следующие операции:
Вещественные типы данных
Требуемая память (байт)
Булевский тип « Boolean »
Данные этого типа представлены следующими значениями: true (истина) и false (ложь). Над ними определены логические операции and ( логическое И), or (логическое ИЛИ), xor (исключающее ИЛИ), not (логическое НЕ). Для размещения в памяти переменной булевского типа требуется один байт.
Элементами массива могут быть данные любого типа. Число элементов массива фиксируется при описании и в процессе выполнения программы не меняется. Элементы, образующие массив, упорядочены таким образом, что каждому элементу соответствует совокупность индексов, определяющей его местоположение в общей последовательности. В качестве индексов обычно используют выражения целочисленных типов.
Массивы могут быть описаны в разделе var с использованием словосочетания array of (массив из ), например:
vectorx : array [1..50] of real;
matrb : array [1..6, 1..6] of byte ;
Для описания массива можно использовать предварительно определенные константы, например:
masy : array [1..n1, 1..n2] of integer;
Массив может быть описан с помощью представления типа в разделе описания типа данных, например:
Тип данных
Тип данных
Тип данных (встречается также термин вид данных) — фундаментальное понятие теории программирования. Тип данных определяет множество значений, набор операций, которые можно применять к таким значениям и, возможно, способ реализации хранения значений и выполнения операций. Любые данные, которыми оперируют программы, относятся к определённым типам.
Содержание
История
Ещё в 1960-х г.г. Р. Хиндли (Roger Hindley) исследовал типизацию в комбинаторной логике. Его проблемной областью была типизация в языках, основаных на теории лямбда-исчисления. Позднее, в конце 1960-х годов, тот же учёный исследовал полиморфные системы типов. Позже, в 1970-х годах, Робин Милнер предложил практическую реализацию расширенной системы полиморфной типизации для языка функционального программирования ML.
Определение
Тип (сорт) — относительно устойчивая и независимая совокупность элементов, которую можно выделить во всём рассматриваемом множестве (предметной области). [1]
Полиморфный тип — представление набора типов как единственного типа.
Математически тип может быть определён двумя способами:
Необходимость использования типов данных
Типы данных различаются начиная с нижних уровней системы. Так, например, даже в Ассемблере х86 различаются типы «целое число» и «вещественное число». Это объясняется тем, что для чисел рассматриваемых типов отводятся различные объёмы памяти, используются различные регистры микропроцессора, а для операций с ними применяются различные команды Ассемблера и различные ядра микропроцессора.
Концепция типа данных появилась в языках программирования высокого уровня как естественное отражение того факта, что обрабатываемые программой данные могут иметь различные множества допустимых значений, храниться в памяти компьютера различным образом, занимать различные объёмы памяти и обрабатываться с помощью различных команд процессора.
Практическое применение
Как правило, типы языков программирования не всегда строго соответствуют подобным математическим типам. Например, тип «целое число» большинства языков программирования не соответствует принятому в математике типу «целое число», так как в математике указанный тип не имеет ограничений ни сверху, ни снизу, а в языках программирования эти ограничения есть. Как правило, в языках и системах имеется множество целых типов, отличающихся допустимым диапазоном значений (определяемым объёмом занимаемой памяти). Стоит отметить, что в большинстве реализаций языков и систем выход за границу целого типа (переполнение) не приводит к исключительной ситуации.
Современные языки программирования (включая Ассемблер) поддерживают оба способа задания типа (см. Определение). Так, в С++ тип enum является примером задания типа через набор значений. Определение класса (если рассматривать класс как тип данных) фактически является определением предиката типа, причём возможна проверка предиката как на этапе компиляции (проверка соответствия типов), так и на этапе выполнения (полиморфизм очень тесно связано с полиморфными типами). Для базовых типов подобные предикаты заданы создателями языка изначально.
Языки без типов
Теоретически не может существовать языков, в которых отсутствуют типы (включая полиморфные). Это следует из того, что все языки основаны на машине Тьюринга или на лямбда-исчислении. И в том, и в другом случае необходимо оперировать как минимум одним типом данных — хранящимся на ленте (машина Тьюринга) или передаваемым и возвращаемым из функции (лямбда-исчисление). Ниже перечислены языки программирования по способу определения типов данных:
3) Языки с типом, определяемым пользователем. Также хорошо известны языки, в которых типы данных определяются автоматически, а не задаются пользователем. Каждой переменной, параметру, функции приписывается определённый тип данных. В этом случае для любого выражения возможность его выполнения и тип полученного значения могут быть определены без исполнения программы. Такой подход называют «статической типизацией». При этом правила обращения с переменными, выражениями и параметрами разных типов могут быть как очень строгими (С++), так и весьма либеральными (Си). Например, в классическом языке Си практически все типы данных совместимы — их можно применять совместно в любых выражениях, присваивать значение переменной одного типа переменной другого почти без ограничений. При таких операциях компилятор генерирует код, обеспечивающий преобразование типов, а логическая корректность такого преобразования остаётся на совести программиста. Подобные языки называют «языками со слабой типизацией». Противоположнось им — «языки с сильной типизацией», такие как Ада. В них каждая операция требует операндов строго заданных типов. Никакие автоматические преобразования типов не поддерживаются — их можно выполнить только явно, с помощью соответствующих функций и операций. Сильная типизация делает процесс программирования более сложным, но даёт в результате программы, содержащие заметно меньше труднообнаруживаемых ошибок.
На практике языки программирования поддерживают несколько моделей определения типов одновременно.
Базовые типы
Каждый язык программирования поддерживает один или несколько встроенных типов данных (базовых типов) (см. классификацию типов данных), кроме того, развитые языки программирования предоставляют программисту возможность описывать собственные типы данных, комбинируя или расширяя существующие.
Преимущества от использования типов данных
Классификация типов данных [2] [3]
Типы данных бывают следующие:
Процесс проверки и накладывания ограничений типов — контроля типов, может выполняться во время компилирования (статическая проверка) или во время выполнения (динамическая проверка).
Контроль типов также может быть строгим и слабым.
Структура языка программирования
Содержание
Дополнительно
Классификация типов данных
Для простых типов данных определяются границы диапазона и количество байт, занимаемых ими в памяти компьютера.
В большинстве языков программирования, простые типы жестко связаны с их представлением в памяти компьютера. Компьютер хранит данные в виде последовательности битов, каждый из которых может иметь значение 0 и 1. Фрагмент данных в памяти может выглядеть следующим образом
Данные на битовом уровне (в памяти) не имеют ни структуры, ни смысла. Как интерпретировать данные, как целочисленное число, или вещественное, или символ, зависит от того, какой тип имеют данные, представленные в этой и последующих ячейках памяти.
Числовые типы данных
Целочисленные типы данных
Исходя из машинного представления целого числа, в ячейке памяти из n бит может хранится 2 n для беззнаковых, и 2 n-1 для знаковых типов.
Рассмотрим теперь конкретные целочисленные типы в трёх языках.
У некоторых типов есть приписка «16 разрядов» или «32 разряда». Это означает, что в зависимости от разрядности операционной системы и компилятора данный тип будет находится в соответствующем диапазоне. По-этому, рекомендуется не использовать int, unsigned int, а использовать их аналоги, но уже жестко определенные, short, long, unsigned short, unsigned long.
В Java нет беззнаковых целочисленных типов данных.
Вещественные типы данных
Числа вещественного типа данных задаются в форме чисел с плавающей запятой.
Плавающая запятая — форма представления действительных чисел, в которой число хранится в форме мантиссы и показателя степени. В случае языков программирования, любое число может быть представлено в следующем виде
Вывод: вещественные типы данных, в отличии от целочисленных, характеризуются диапазоном точности и количеством значащих разрядов.
Рассмотрим конкретные типы данных в наших трёх языках.
Тип decimal создан специально для операций высокой точности, в частности финансовых операций. Он не реализован как примитивный тип, по-этому его частое использование может повлиять на производительность вычислений.
Символьный тип данных
Значение переменной этого типа данных представляет собой один символ. В действительности, это есть целое число. В зависимости от кодировки, это число превращается в некий символ. Данные типы данных характеризуются лишь размером выделяемой под них памяти.
Логический тип данных
Перечислимый тип данных
Во внутреннем представлении, это целочисленный тип данных, только здесь пользователь вместо числе использует заранее определенные строковые значения.
Чтобы прочувствовать эту концепцию, приведем пример на языке С++ (в С# и Java аналогично)
Теперь переменные перечислимого типа Forms могут принимать лишь значения, определенные в примере кода. Это очень удобно, ведь мы уже оперируем не с числами, а с некими смысловыми значениями, замечу лишь, что для компьютера эти значения всё-равно являются целыми числами.
Массив
Каждый массив характеризуется типом данных его элементов, который может быть как простым, так и сложным, то есть любым.
В языках программирования нельзя оперировать всем массивом, работают с конкретным элементом. Чтобы доступиться до него в трёх рассматриваемых нами языках используют оператор «[]».
Структура
Структуры реализованы в языке программирования, чтобы собрать некие близки по смыслу вещи воедино.
Например, есть колесо автомобиля. У колеса есть диаметр, толщина, шина. Шина в свою очередь является структурой, у которой есть свои параметры: материал, марка, чем заполнена. Естественно, для каждого параметра можно создать свою переменную или константу, у нас появится большое количество переменных, которые, чтобы понять к чему они относятся, нужно в именах общую часть выделять. Имена будут нести лишнюю смысловую нагрузку. Получается запутанная история. А так мы определяем две структуры, а затем параметры в них.
Класс
Еще одним пользовательским типом данных является класс. Класс умеет всё, что и структура, но кроме параметров, у него есть и методы, и поддерживает большое количество вещей, связанных с объектно-ориентированным программированием.