冒号和他的学生们
——程序员提高班纪事
- 数据类型
遵礼谓之劬，守法谓之固，此荒国之风也 ——《荀悦·申鉴》
待教室平静下来，冒号再度开腔：“在谈论动态语言之前，最好先澄清一下它与动态类型语言之间的区别。”
叹号讶然道：“它们不是一回事吗？一直以为动态语言是动态类型语言的简称呢。”
“有亲戚之名，却无血缘之亲。名称上相似，加之动态语言绝大多数确是动态类型语言，造成混淆实属在所难免，但二者之间并无必然联系——动态语言不一定是动态类型语言，动态类型语言也不一定是动态语言。”冒号飞跑的舌头几乎绊蒜，同时把众人的脑子搅成了一锅粥。
见势不妙，冒号改用迂回战术：“我们不妨再谈开些，大家对数据类型是如何理解的？”
逗号随口道：“数据类型不就是数据的种类吗？”
众人暗笑：说了跟没说差不多。
冒号说道：“数据类型包含两个要素：一个是允许取值的集合，一个是允许参与的运算。例如int类型在Java中既定义了介于− 231 和231 − 1之间的整数集合，也定义了该集合上的整数所能进行的运算。现在的问题是：数据类型的意义何在？”
句号回答：“限定一个变量的数据类型，就意味着限制了该变量的取值范围和所参与的运算，这从一定程度上保证了代码的安全性。”
冒号追问：“还有吗？”
句号略作思考后说：“用户自定义的数据类型，如C中的结构和Java中的类或接口，赋予数据以逻辑内涵，提高了代码的抽象性。”
“精辟！”冒号赞道，“数据类型既有针对机器的物理意义，又有针对人的逻辑意义。前者用于进行底层的内存分配和数值运算等，后者用于表达高层的逻辑概念。既然类型如此重要，类型检查就必不可少了。所谓动态类型语言（Dynamic Typing Language），正是指类型检查发生在运行期间（run-time）的语言。”
“那静态类型语言（Static
Typing Language）自然是类型检查发生在编译期间（compile-time）的语言咯。”引号接话道。
冒号回应：“一般的说法是这样，不过我更愿意将‘编译期间’四个字改为‘运行之前’，否则容易让人误解为静态类型语言一定是编译型语言（Compiled
Language）。”
问号问道：“是否可以这么说：静态类型语言需要变量申明，而动态类型语言则不需要？”
“这话只对了一半。”冒号评论，“动态类型语言固然不需要显式的变量申明（Explicit Declaration），一些静态类型语言有时也不需要。典型的如ML、Haskell之类的函数式语言，编译器可以通过上下文来进行类型推断（type
inference）。”
叹号感慨：“动态类型语言不必申明变量，甚至一个变量在不同地方可以代表不同类型，多省事多方便啊！”
冒号微微颔首：“动态类型语言的确有简明快捷的优势，并且天然具有泛型（generic）特征，代码更加灵活。比如，动态类型有一种被称作鸭子类型（Duck
Typing）的形式。”
逗号感到有趣：“鸭子类型？很滑稽的名字。”
“这种类型的思想是：如果一个对象既会走鸭步又会呷呷叫，何妨将其视作鸭子呢？”冒号说着投影出一段Ruby代码——
class Duck #会叫会游的鸭
def shout
puts '呷呷呷'
end
def swim
puts '鸭泳'
end
end
class Frog #会叫会游的蛙
def shout
puts '呱呱呱'
end
def swim
puts '蛙泳'
end
end
def shoutAndSwim(duck) #让一只会叫会游的家伙边叫边游
duck.shout
duck.swim
end
shoutAndSwim(Duck.new) #让一只鸭边叫边游
shoutAndSwim(Frog.new) #让一只蛙边叫边游
冒号继续讲解：“在Smalltalk、Python和Ruby等动态类型的OO语言中，只要一个类型具有shout和swim的方法，它就可以为shoutAndSwim所接受。在Java这种静态类型语言中是不可能的，除非鸭和蛙在同一继承树上，或者二者均显式实现了一个包含shout和swim的公用接口。”
句号敏锐地指出：“C++是静态类型语言，但它的模板也可实现类似功能，并不需要引入继承关系。”
“非常正确！但请接着看下去。”冒号又放出一段投影——
class Cock #会叫不会游的鸡
def shout
puts '喔喔喔'
end
end
class Fish #会游不会叫的鱼
def swim
puts '自由泳'
end
end
def shoutOrSwim(duck, flag) #让一只会叫或会游的家伙叫或游
flag ? duck.shout : duck.swim
end
shoutOrSwim(Cock.new, true) #让一只鸡叫
shoutOrSwim(Fish.new, false) #让一只鱼游
“这里鸡没有swim的方法，鱼没有shout的方法。若采用C++的模板，shoutOrSwim是无法通过编译的。但在支持Duck
类型的语言中，只要在运行期间不让鸡swim、让鱼shout——除非你突发奇想——一切平安无事。”冒号作了个OK的手势。
“动态类型语言真是越看越可爱。”叹号简直垂涎欲滴了。
“Duck类型为软件重用开启了新的窗口，但凡事都是一分为二的。由于Duck类型的接口组合是隐性的，其使用者需要比普通Interface更小心以避免误用；其维护者也需要更小心以避免破坏客户代码；此外它也可能造成滥用——将会叫会游的东西放进池塘似乎不算坏主意，但如果一艘轮船趁机也开了进来，恐怕就不那么美妙了。”
众皆莞尔。
“再来看看静态类型语言的好处：由于在运行之前进行了类型检查，一方面代码的可靠性增强，另一方面编译器有可能藉此优化机器代码以提高运行效率，同时相比前者节省了运行期的类型检查时间。此外，变量类型的声明表明了编程者的意图，有辅助文档的功效。”冒号解释着，“两种类型的体制可以用两种法律原则来类比：静态类型检查类似‘疑罪从有’的有罪推定制——在被证明合法之前是非法的，动态类型检查类似‘疑罪从无’的无罪推定制——在被证明非法之前是合法的。至于如何取舍，套用一句话：‘Static Typing
Where Possible, Dynamic Typing When Needed’。”
问号提出新问题：“动态类型语言与弱类型语言有何不同？”
冒号喟言：“它们也常常被混为一谈，但类型的动静与强弱完全是正交的两个概念。前者以类型的绑定（binding）时间来划分，后者以类型的刚性强度来划分。通常弱类型语言（Weakly-typed Language）允许一种类型的值隐性转化为另一种类型，而强类型语言（Strongly-typed Language）则不允许。举个例子，1＋"2"在VB中等于3——第二个字符串转化为整数；在Javascript中等于"12"——第一个整数转化为字符串；在C中则等于一个不定的整数值——第二个字符串作为地址来运算。这样似乎很有趣很方便，但程序容易藏污纳垢，滋生臭虫（bug）。”
引号想起：“好像还有一种所谓的类型安全语言？”
逗号紧紧抱着头，仿佛害怕裂开。
“类型按安全性来划分，可分为类型安全语言（Type-safe
Language）和类型不安全语言（Type-unsafe
Language）。一般认为强类型语言是类型安全的，弱类型语言是类型不安全的。”冒号应道，“至此，我们已论及数据类型的三种划分方式。值得一提的是，这些划分并非泾渭分明的，更多的是定性而非定量的描述，甚至没有公认统一的定义。但了解它们，对我们日后的学习是有所裨益的。”