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基礎(chǔ)

定型（typing，又稱類型指派）賦予一組比特某個意義。類型通常和存儲器中的數(shù)值或?qū)ο螅ㄈ缱兞浚┫嗦?lián)系。因為在電腦中，任何數(shù)值都是以一組比特簡單組成的，硬件無法區(qū)分存儲器地址、腳本、字符、整數(shù)、以及浮點數(shù)。類型可以告知程序和程序設(shè)計者，應(yīng)該怎么對待那些比特。

類型系統(tǒng)提供的主要功能有：

安全性

最優(yōu)化

可讀性

抽象化（或模塊化）

程序通常對每一個值關(guān)系一個特定的類型（盡管一個類型可以有一個以上的子類型）。其它的實體，如對象、模塊、通信頻道、依賴關(guān)系，或者純粹的類型自己，可以和一個類型關(guān)系。例如：

數(shù)據(jù)類型

類別

種類

在每一個編程語言中，都有一個特定的類型系統(tǒng)，保證程序的表現(xiàn)良好，并且排除違規(guī)的行為。作用系統(tǒng)對類型系統(tǒng)提供更多細微的控制。

類型

e:int{\displaystyle e:int}：斷言變量e的類型是int。

類型檢查

類型檢查所進行的檢驗處理以及實行類型的約束，可發(fā)生在編譯時期（靜態(tài)檢查）或運行時期（動態(tài)檢查）。靜態(tài)類型檢查是在編譯器所進行語義分析中進行的。如果一個語言強制實行類型規(guī)則（即通常只允許以不丟失信息為前提的自動類型轉(zhuǎn)換）就稱此處理為強類型，反之稱為弱類型。

靜態(tài)和動態(tài)檢查

如果一個編程語言的類型檢查，可在不測試運行時期表達式的等價性的情況下進行，該語言即為靜態(tài)類型的。一個靜態(tài)類型的編程語言，是在運行時期和編譯時期之間的處理階段下重視這些區(qū)別的。如果程序的獨立模塊，可進行各自的類型檢查（獨立編譯），而無須所有會在運行時出現(xiàn)的模塊的那些信息，該語言即具有一個編譯時期階段。如果一個編程語言支持運行時期（動態(tài)）調(diào)度已標記的數(shù)據(jù)，該語言即為動態(tài)類型的。如果一個編程語言破壞了階段的區(qū)別，因而類型檢查需要測試運行時期的表達式的等價性，該語言即為依存類型的。

在動態(tài)類型中，經(jīng)常在運行時期進行類型標記的檢查，因為變量所約束的值，可經(jīng)由運行路徑獲得不同的標記。在靜態(tài)類型編程語言中，類型標記使用辨識聯(lián)合類型表示。

動態(tài)類型經(jīng)常出現(xiàn)于腳本語言和RAD語言中。動態(tài)類型在解譯語言中極為普遍，編譯語言則偏好無須運行時期標記的靜態(tài)類型。對于類型和隱式類型語言較完整的列表參見類型和隱式類型語言。

術(shù)語推斷類型（鴨子類型，duck typing）指的是動態(tài)類型在語言中的應(yīng)用方式，它會“推斷”一個數(shù)值的類型。

看看類型標記檢查是如何運作的，考慮下列假碼示例：

在這個示例中，（1）宣告x；（2）將整數(shù)值5代給x；（3）將字符串值"hi"代給x。在主要的靜態(tài)系統(tǒng)中，這個代碼片斷將會違反規(guī)則，因為（2）和（3）對 x所約束的類型相矛盾。

相較之下，一個純粹的動態(tài)類型系統(tǒng)允許上述程序的運行，因為類型標記附到數(shù)值上（不是變量）。在處理錯誤語句或表達式的時候，以動態(tài)類型實現(xiàn)的語言會捕捉程序的錯誤，而不是誤用錯誤類型的數(shù)值。換句話說，動態(tài)類型捕捉在程序運行時的錯誤。

典型的動態(tài)類型實現(xiàn)，會以類型標記維持程序所有數(shù)值的“標記”，并在運算任何數(shù)值之前檢查標記。例如：

在這個程序片斷中，（1）將數(shù)值5約束給x；（2）將數(shù)值"hi"約束給y；以及（3）嘗試將x加到y(tǒng)。在動態(tài)類型語言中，約束給x的值會是一對（整數(shù), 5），且約束給y的值會是一對（字符串, "hi"）。當這個程序嘗試運行第3行時，語言對類型標記整數(shù)和字符串進行檢查，如果這兩個類型的+（加法）運算尚未定義，就會發(fā)出一個錯誤。

某些靜態(tài)語言有一個“后門”，在這些編程語言中，能夠編寫一些不被靜態(tài)類型所檢查的代碼。例如，Java和C-風(fēng)格的語言有“轉(zhuǎn)型”可用。在靜態(tài)類型的編程語言中，不必然意味著缺乏動態(tài)類型機制。例如Java使用靜態(tài)類型，但某些運算需要支持運行時期的類型測試，這就是動態(tài)類型的一種形式。更多靜態(tài)和動態(tài)類型的討論，請參閱編程語言。

實踐中的靜態(tài)和動態(tài)類型檢查

對靜態(tài)類型和動態(tài)類型兩者之間的權(quán)衡也是必要的。

靜態(tài)類型在編譯時期時，就能可靠地發(fā)現(xiàn)類型錯誤。因此通常能增進最終程序的可靠性。然而，有多少的類型錯誤發(fā)生，以及有多少比例的錯誤能被靜態(tài)類型所捕捉，目前對此仍有爭論。靜態(tài)類型的擁護者認為，當程序通過類型檢查時，它才有更高的可靠性。雖然動態(tài)類型的擁護者指出，實際流通的軟件證明，兩者在可靠性上并沒有多大差別?？梢哉J為靜態(tài)類型的價值，在于增進類型系統(tǒng)的強化。強類型語言（如ML和Haskell）的擁護者提出，幾乎所有的臭蟲都可以看作是類型錯誤，如果編寫者以足夠恰當?shù)姆绞?，或者由編譯器推斷來宣告一個類型。

靜態(tài)類型通?？梢跃幾g出速度較快的代碼。當編譯器清楚知道所要使用的數(shù)據(jù)類型，就可以產(chǎn)生最優(yōu)化過后的機器碼。更進一步，靜態(tài)類型語言中的編譯器，可以更輕易地發(fā)現(xiàn)較佳快捷方式。某些動態(tài)語言（如Common Lisp）允許任意類型的宣告，以便于最優(yōu)化。以上理由使靜態(tài)類型更為普及。參閱最優(yōu)化。

相較之下，動態(tài)類型允許編譯器和解譯器更快速的運作。因為源代碼在動態(tài)類型語言中，變更為減少進行檢查，并減少解析代碼。這也可減少編輯－編譯－測試－除錯的周期。

靜態(tài)類型語言缺少類型推斷（如Java），而需要編寫者宣告所要使用的方法或函數(shù)的類型。編譯器將不允許編寫者忽略，這可為程序起附加性幫助文檔的作用。但靜態(tài)類型語言也可以無須類型宣告，所以與其說是靜態(tài)類型的代價，倒不如說是類型宣告的報酬。

靜態(tài)類型允許構(gòu)造函數(shù)庫，它們的用戶不太可能意外的誤用。這可作為傳達庫開發(fā)者意圖的額外機制。

動態(tài)類型允許建構(gòu)一些靜態(tài)類型系統(tǒng)所做不出來的東西。例如，eval函數(shù)，它使得運行任意數(shù)據(jù)作為代碼成為可能（不過其代碼的類型仍是靜態(tài)的）。此外，動態(tài)類型容納過渡代碼和原型設(shè)計，如允許使用字符串代替數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。靜態(tài)類型語言最近的增強（如Haskell 一般化代數(shù)數(shù)據(jù)類型）允許eval函數(shù)以類型安全的方式撰寫。

動態(tài)類型使元程序設(shè)計更為強大，且更易于使用。例如C++模板的寫法，比起等價的Ruby或Python寫法要來的麻煩。更高度的運行時期構(gòu)成物，如元類別（metaclass）和內(nèi)觀（Introspection），對靜態(tài)類型語言而言通常更為困難。

強類型和弱類型

強類型的基本定義即為，禁止錯誤類型的參數(shù)繼續(xù)運算。C語言的類型轉(zhuǎn)換即為缺乏強類型的證例；如果編寫者用C語言對一個值轉(zhuǎn)換類型，不僅令編譯器允許這個代碼，而且在運行時期中也同樣允許。這使得C代碼可更為緊密和快速，不過也使除錯變的更為困難。

部分學(xué)者使用術(shù)語存儲器安全語言（或簡稱為安全語言）形容禁止未定義運算發(fā)生的語言。例如，某個存儲器安全語言將會檢查數(shù)組邊界。

弱類型意指一個語言可以隱式的轉(zhuǎn)換類型（或直接轉(zhuǎn)型）?？纯聪惹暗睦樱?/span>

在弱類型語言中編寫上述代碼，并不清楚將會得到哪一種結(jié)果。某些語言如Visual Basic，將會產(chǎn)生可以運作的代碼，它將會給出的結(jié)果是42：系統(tǒng)將字符串"37"轉(zhuǎn)換成數(shù)字37，以匹配運算上的直覺；其它的語言，像JavaScript將會產(chǎn)生的結(jié)果是"537"：系統(tǒng)將數(shù)字5轉(zhuǎn)換成字符串"5"并把兩者串接起來。在Visual Basic和JavaScript中，最終的類型是以那兩個運算對象為考量的規(guī)則所決定。在部分語言中，如AppleScript，某個值最終的類型，只以最左邊的運算對象的類型所決定。

設(shè)計精巧的語言也允許語言顯現(xiàn)出弱類型（借由類型推斷之類的技術(shù)）的特性以方便使用，并且保留了強類型語言所提供的類型檢查和保護。例子包括VB.Net、C#以及Java。

運算符重載所帶來的簡化，像是不以算術(shù)運算中的加法來使用“+”，可以減少一些由動態(tài)類型所造成的混亂。例如，部分語言使用“.”或“&”來串連字符串。

類型系統(tǒng)的安全性

編程語言的類型系統(tǒng)的第三種分類方法，就是類型運算和轉(zhuǎn)換的安全性。如果它不允許導(dǎo)致不正確的情況的運算或轉(zhuǎn)換，計算機科學(xué)就認為該語言是“類型安全”的。

再次看看這個假碼例子：

在一個如Visual Basic的語言中，例子中的變量z得到的值為42。不管編寫者有沒有這個意圖，該語言定義了明確的結(jié)果，且程序不會就此崩潰，或?qū)⒉幻鞫x的值賦給z。就這方面而言，這樣的語言就是類型安全的。

現(xiàn)在來看C的相同例子：

在這個例子中，z將會指向一個超過y地址5個字節(jié)的存儲器地址，相當于指向y字符串的指針之后的兩個空字符之處。這個地址的內(nèi)容尚未定義，且有可能超出存儲器的定址界線，而且就這么引用參考z會引起程序的終止。雖是一個良好類型，但卻不是存儲器安全的程序——如果以對類型安全語言而言不該發(fā)生為先決條件的話。

多態(tài)性和類型

術(shù)語“多態(tài)性”指的是：代碼（尤其是函數(shù)和類別）對各種類型的值能夠動作，或是相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同實體能夠控制不同類型的元素。為了提升復(fù)用代碼的潛在價值，類型系統(tǒng)逐漸允許多態(tài)性：在具有多態(tài)性的語言中，程序設(shè)計者只需要實現(xiàn)如列表或詞典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一次，而不是對使用到它的元素的每一個類型都規(guī)劃一次?；谶@個原因，電腦學(xué)家也稱使用了一定的多態(tài)性的方法為泛型程序設(shè)計。類型理論的多態(tài)性基礎(chǔ)與抽象化、模塊化和（偶爾）子類型有相當密切的聯(lián)系關(guān)系。

推斷類型

推斷類型（鴨子類型，Duck typing）最初是由Dave Thomas在Ruby社區(qū)中提出的，推斷類型用了這個論證法“如果它像什么，而且其它地方也像什么，那么它就是什么?！?/span>

在某些程序設(shè)計環(huán)境中，兩個對象可以有相同的類型，即使它們沒有什么交集。一個例子是C++在迭代器和指針之間的雙重性。兩者皆以不甚相同的機制實現(xiàn)并提供一個* 運算。

這個技術(shù)之所以常被稱作“鴨子類型”，是基于這句格言：“如果它搖搖擺擺的走法很像鴨子，而且它的嘎嘎叫聲也像鴨子，那它就是一只鴨子！”

顯示宣告和隱式暗示

許多靜態(tài)類型系統(tǒng)，如C和Java，要求要宣告類型：編寫者必須以指定類型明確地關(guān)系到每一個變量上。其它的，如Haskell，則進行類型推斷：編譯器根據(jù)編寫者如何運用這些變量，以草擬出關(guān)于這個變量的類型的結(jié)論。例如，給定一個函數(shù)f（x,y），它將x和y加起來，編譯器可以推斷出x和y必須是數(shù)字——因為加法僅定義給數(shù)字。因此，任何在其它地方以非數(shù)值類型（如字符串或鏈表）作為參數(shù)來調(diào)用f的話，將會發(fā)出一個錯誤。

在代碼中數(shù)值、字符串常數(shù)以及表達式，經(jīng)常可以在詳細的前后文中暗示類型。例如，一個表達式3.14可暗示浮點數(shù)類型；而[1, 2, 3]則可暗示一個整數(shù)的鏈表；通常是一個數(shù)組。

類型的類型

類型的類型是一種種類。在類型程序設(shè)計中有明確的種類，如Haskell編程語言的類型構(gòu)造函數(shù)，在申請比較簡單的類型之后，其返回一個簡單的類型。例如，類型構(gòu)造函數(shù)二選一有這些種類* -> * -> *（*代表種類），而且它的申請二選一字符串整數(shù)是一個簡單的類型。然而，大多數(shù)編程語言的類型，是由編寫者來暗示或硬編碼，這就并未將種類的概念用作為首選層。

類型可分為幾個大類：

原始類型

整數(shù)類型

浮點數(shù)類型

復(fù)合類型

子類型

派生類型

對象類型

不完全類型

遞歸類型

函數(shù)類型

全稱量化類型

存在量化類型

精煉類型

依存類型

所有權(quán)類型

兼容性：等價性和子類型

對于靜態(tài)類型語言的類型檢查器，必須檢驗所有表達式的類型，是否與前后文所期望的類型一致。例如指派語句x := e，推斷表達式e的類型，必定與宣告或推斷的變量類型x一致。這個一致性的概念，就稱為兼容性，是每一個編程語言所特有的。

很明顯，如果e和x的類型相同，就允許指派，然后這是一個有效的表達式。因此在最簡單的類型系統(tǒng)中，問題從兩個類型是否兼容，簡化為兩個類型是否相等（或等價）。然而不同的語言對于兩個類型表達式是否理解為表示了相同類型，有著不同的標準。類型的相等理論的差異相當巨大，兩個極端的例子是結(jié)構(gòu)類型系統(tǒng)（Structural type system），任兩個以相同結(jié)構(gòu)所描述的值的類型都是等價的，且在標明類型系統(tǒng)（Nominative type system）上，沒有兩個獨特的語法構(gòu)成的類型表達式表示同一類型，（即類型若要相等，就必須具有相同的“名字”）。

在子類型的語言中，兼容關(guān)系更加復(fù)雜。特別是如果A是B的子類型，那么類型A的值可用于類型B也屬意料之中，但反過來就不是這樣。如同等價性，對每一個編程語言而言，子類型的關(guān)系的定義是不同的，可能存在各種變化。在語言現(xiàn)的參數(shù)或者特定的多態(tài)性，也可能意味著具有對類型的兼容性。

爭議

在強類型、靜態(tài)類型語言的支持者，和動態(tài)類型、自由形式的支持者之間，經(jīng)常發(fā)生爭執(zhí)。前者主張，在編譯的時候就可以較早發(fā)現(xiàn)錯誤，而且還可增進運行時期的性能。后者主張，使用更加動態(tài)的類型系統(tǒng)，分析代碼更為簡單，減少出錯機會，才能更加輕松快速的編寫程序。與此相關(guān)的是，考慮到在類型推斷的編程語言中，通常不需要手動宣告類型，這部分的額外開銷也就自動降低了。

參閱

運算符重載

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的多態(tài)

編程語言

Type signature

Signedness

類型系統(tǒng)參考表

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