Тип данных (тип) — множество значений и операций над этими значениями (IEEE Std 1320.2-1998)IEEE Std 1320.2-1998 (R2004) IEEE Standard for Conceptual Modeling Language Syntax and Semantics for IDEF1X97:a set of values and operations on those values.
Другие определения: Тип данных — класс данных, характеризуемый членами класса и операциями, которые могут быть к ним применены (ISO/IEC/IEEE 24765-2010)ISO/IEC/IEEE 24765-2010 Systems and software engineering — Vocabulary :a class of data, characterized by the members of the class and the operations that can be applied to them. Тип данных — категоризация абстрактного множества возможных значений, характеристик и набор операций для некоторого атрибута (IEEE Std 1320.2-1998)IEEE Std 1320.2-1998 (R2004) IEEE Standard for Conceptual Modeling Language Syntax and Semantics for IDEF1X97:a categorization of an abstract set of possible values, characteristics, and set of operations for an attribute. Тип данных — категоризация аргументов операций над значениями, как правило, охватывающая как поведение, так и представление (ISO/IEC 19500-2:2003)ISO/IEC 19500-2:2003, Information technology — Open Distributed Processing — Part 2: General Inter-ORB Protocol (GIOP)/Internet Inter-ORB Protocol (IIOP):a categorization of values operation arguments, typically covering both behavior and representation. Тип данных — множество допустимых значений (ISO/IEC 9075-1:2023)ISO/IEC 9075-1:2023 Information technology — Database languages SQL — Part 1: Framework (SQL/Framework)С. J. Date. On The Logical Differences Between Types, Values, and Variables // Date on database: Writings 2000—2006, Apress, 2006, ISBN 978-1-59059-746-0.
Тип определяет возможные значения и их смысл, операции, а также способы хранения значений типа. Изучается теорией типов. Неотъемлемой частью большинства языков программирования являются системы типов, использующие типы для обеспечения той или иной степени типобезопасности.
Определение Тип данных характеризует одновременно: множество допустимых значений, которые могут принимать данные, принадлежащие к этому типу; набор операций, которые можно осуществлять над данными, принадлежащими к этому типу. Первое свойство можно рассматривать как теоретико-множественное определение понятия типа; второе — как процедурное (или поведенческое) определение.
Кроме этого, в программировании используется низкоуровневое определение типа — как заданных размерных и структурных характеристик ячейки памяти, в которую можно поместить некое значение, соответствующее этим характеристикам. Такое определение является частным случаем теоретико-множественного. На практике, с ним связан ряд важных свойств (обусловленных особенностями организации памяти компьютера), требующих отдельного рассмотрения.
Теоретико-множественное определение, особенно в низкоуровневом варианте, чаще всего используется в императивном программировании. Процедурное определение в большей степени связывается с параметрическим полиморфизмом. Объектно-ориентированное программирование использует процедурное определение при описании взаимодействия компонентов программы, и теоретико-множественное — при описании реализации этих компонентов на ЭВМ, соответственно, рассматривая «класс-как-поведение» и «класс-как-объект в памяти».
Операция назначения типа информационным сущностям называется типизацией. Назначение и проверка согласования типов может осуществляться заранее (статическая типизация), непосредственно при использовании (динамическая типизация) или совмещать оба метода. Типы могут назначаться «раз и навсегда» (сильная типизация) или позволять себя изменять (слабая типизация).
Типы позволяют избежать парадокса Рассела, в частности, Чёрч ввёл типы в лямбда-исчисление именно с этой целью.
В естественном языке за типизацию отвечают вопросительные местоимения.
Единообразная обработка данных разных типов называется полиморфизмом.
Понятие типобезопасности опирается преимущественно на процедурное определение типа. Например, попытка деления числа на строку будет отвергнута большинством языков, так как для этих типов не определено соответствующее поведение. Слабо типизированные языки тяготеют к низкоуровневому определению. Например, «число» и «запись» имеют различное поведение, но значение адреса «записи» в памяти ЭВМ может иметь то же низкоуровневое представление, что и «число». Слабо типизированные языки предоставляют возможность нарушить систему типов, назначив этому значению поведение «числа» посредством операции приведения типа. Подобные трюки могут использоваться для повышения эффективности программ, но несут в себе риск крахов, и поэтому в безопасных языках не допускаются, либо жёстко обособляются.
Классификация Существуют различные классификации типов и правил их назначения.
По аналогии с математикой, типы данных делят на скалярные (примитивные) и нескалярные (агрегатные). Значение нескалярного типа (нескалярное значение) имеет множество видимых пользователю компонентов, а значение скалярного типа (скалярное значение) не имеет такового. Примерами нескалярного типа являются массивы, списки и т. д.; примеры скалярного типа — «целое», «логическое» и т. д.
Структурные (агрегатные) типы не следует отождествлять со структурами данных: одни структуры данных непосредственно воплощаются определёнными структурными типами, но другие строятся посредством их композиции, чаще всего рекурсивной. В последнем случае говорят о . Примером структур данных, которые почти всегда строятся посредством композиции объектов рекурсивного типа, являются бинарные деревья.
По другой классификации типы делятся на самостоятельные и зависимые. Важными разновидностями последних являются ссылочные типы, частным случаем которых, в свою очередь, являются указатели. Ссылки (в том числе и указатели) представляют собой несоставной зависимый тип, значения которого являются адресом в памяти ЭВМ другого значения. Например, в системе типов Си тип «указатель на целое без знака» записывается как , в языке ML тип «ссылка на целое без знака» записывается как .
Также типы делятся на мономорфные и полиморфные (см. переменная типа).
Некоторые распространённые типы данных
Логический тип
Логические, или булевы значения (по фамилии их изобретателя — Буля), могут иметь лишь одно из двух состояний — «истина» или «ложь». В разных языках обозначаются bool, BOOL, или boolean. «Истина» может обозначаться как true, TRUE или #T. «Ложь», соответственно, false, FALSE или #F. В языках C и C++ любое ненулевое число трактуется как «истина», а ноль — как «ложь». В Python некоторым также назначается то или иное «логическое значение». В принципе, для реализации типа достаточно одного бита, однако из-за особенностей микропроцессоров, на практике размер булевых величин обычно равен размеру машинного слова.
Целочисленные типы
Целочисленные типы содержат в себе значения, интерпретируемые как числа (знаковые и беззнаковые).
Числа с плавающей запятой
Используются для представления вещественных (не обязательно целых) чисел. В этом случае число записывается в виде x=a*10^b. Где 0<=a<1, а b — некоторое целое число из определённого диапазона. a называют мантиссой, b — порядком. У мантиссы хранятся несколько цифр после запятой, а b — хранится полностью.
Строковые типы
Последовательность символов, которая рассматривается как единое целое в контексте переменной. В разных языках программирования накладываются разные ограничения на строковые переменные. Строки могут содержать управляющие последовательности.
Указатели
Указатель — переменная, диапазон значений которой состоит из адресов ячеек памяти или специального значения для обозначения того, что в данный момент в переменной ничего не записано.
Идентификационные типы Идентификационные типы интерпретируются не как число, а как уникальный идентификатор объекта. Например, FourCC.
Абстрактные типы данных
Типы данных, которые рассматриваются независимо от контекста и реализации в конкретном языке программирования. Абстракция в математическом смысле означает, что алгебра данных рассматривается с точностью до изоморфизма. Абстрактные типы находят широкое применение в методологии программирования, основанной на пошаговой разработке программ. На этапе построения спецификации проектируемой программы алгебра данных моделирует объекты предметной области, в терминах решаемой задачи. В процессе пошагового уточнения данные конкретизируются путём перехода к промежуточным представлениям до тех пор, пока не будет найдена их реализация с помощью базовой алгебры данных используемого языка программирования. Существует несколько способов определения абстрактных типов: алгебраический, модельный и аксиоматический. При модельном подходе элементы данных определяются явным образом. При алгебраическом используются методы алгебраических отношений, а при аксиоматическом подходе используется логическая формализация.
Примеры примитивные типы, в том числе: логический тип целые типы вещественные типы ссылочные типы
Композитные типы, в том числе: массивы записи кортежи абстрактные типы (АТД, ) алгебраические типы
унаследованные типы объектные типы, то есть объекты, значением которых являются типы — например, переменные типов
функциональные типы, например бинарные функции универсально квантифицированные типы, такие как параметрические типы экзистенциально квантифицированные, такие как модули зависимые типы — типы, зависящие от термов (значений) — типы, идентифицирующие подмножества других типов Предопределённые типы (являющиеся фактически структурными, но предоставляемые на правах примитивных) для удобства промышленных разработок, такие как «дата», «время», «валюта» и др.
Самоприменение Тип может быть параметризован другим типом, в соответствии с принципами абстракции и . Например, для реализации функции сортировки последовательностей нет необходимости знать все свойства составляющих её элементов — необходимо лишь, чтобы они допускали операцию сравнения — и тогда составной тип «последовательность» может быть определён как параметрически полиморфный. Это означает, что его компоненты определяются с использованием не конкретных типов (таких как «целое» или «массив целых»), а параметров-типов. Такие параметры называются переменными типа () — они используются в определении полиморфного типа так же, как параметры-значения в определении функции. Подстановка конкретных типов в качестве фактических параметров для полиморфного типа порождает мономорфный тип. Таким образом, параметрически полиморфный тип представляет собой конструктор типов, то есть оператор над типами в арифметике типов.
Определение функции сортировки как параметрически полиморфной означает, что она сортирует абстрактную последовательность, то есть последовательность из элементов некоторого (неизвестного) типа. Для функции в этом случае требуется знать о своём параметре лишь два свойства — то, что он представляет собой последовательность, и что для её элементов определена операция сравнения. Рассмотрение параметров процедурным, а не декларативным, образом (то есть их использование на основе поведения, а не значения) позволяет использовать одну функцию сортировки для любых последовательностей — для последовательностей целых чисел, для последовательностей строк, для последовательностей последовательностей булевых значений, и так далее — и существенно повышает коэффициент повторного использования кода. Ту же гибкость обеспечивает и динамическая типизация, однако, в отличие от параметрического полиморфизма, первая приводит к накладным расходам. Параметрический полиморфизм наиболее развит в языках, типизированных по Хиндли — Милнеру, то есть потомках языка ML. В объектно-ориентированном программировании параметрический полиморфизм принято называть обобщённым программированием.