Các kiểu dữ liệu docx

Các kiểu dữ liệu Sự tiến hóa của những ngôn ngữ lập trình hiện đại được kết hợp chặt chẽ với sự phát triển (và chính thức hóa) của các khái niệm về kiểu dữ liệu. Ở cấp độ ngôn ngữ máy, tất cả các giá trị không định kiểu (có nghĩa là, chỉ là các mẫu bit). Tuy nhiên, những lập trình viên ngôn ngữ Assembler, thường nhận ra sự khác biệt cơ bản giữa các địa chỉ (xem là định vị) và dữ liệu (được coi là tuyệt đối).Do đó, họ nhận ra rằng sự kết hợp một số các địa chỉ và dữ liệu (ví dụ, tổng của hai địa chỉ) được định nghĩa đầy đủ. Tuy nhiên ,quan điểm về kiểu của ngôn ngữ Assembler là không hoàn thiện, bởi vì nó xem kiểu như là một thuộc tính của một dữ liêu thay vì một thuộc tính của ô có chứa dữ liệu. Đó là, có hay không một thao tác luôn có ý nghĩa có thể được xác định chỉ trong thời gian chạy khi các giá trị toán hạng thực tế là có sẵn. Trình tiện ích Assembler có thể sẽ nhận ra sự vô hiệu của một biểu thức mà khi cộng hai nhãn, trong khi nó sẽ chấp nhận một chuỗi mã mà tính toán chính xác phép cộng đó! Điểm yếu này đã dẫn đến sự ra đời của cấu trúc được gán thẻ bao gồm (trong thời gian chạy) thông tin kiểu với dữ liệu. Cấu trúc này có thể phát hiện lỗi các nhãn được thêm, do sự thêm các lệnh có thể phát hiện ra các toán hạng của nó là hai địa chỉ. Thật không may, các thông tin kiểu bao gồm dữ liệu thường giới hạn bởi kiến trúc của máy. Lập trình viên- các kiểu dữ liệu được khai báo không thể nhận được sự kiểm tra chính xác tự động như là các kiểu dữ liệu có sẵn. FORTRAN và sau đó là ngôn ngữ bậc cao được phát triển trên ngôn ngữ assaembler bằng cách kết hợp các thông tin về kiểu với các vị trí đang nắm giữ dữ liệu hơn là bản thân dữ liệu. Nói chung, ngôn ngữ lập trình kết hợp thông tin về kiểu với tên kiểu nó có thể là biến hoặc các tham số hình thức. Khi một thuộc tính như kiểu được kết hợp với một tên kiểu, chúng tôi nói rằng các tên kiểu ràng buộc với thuộc tính. Xác định kiểu diễn ra tại thời gian biên dịch thường được gọi là kiểu tĩnh, và diễn ra trong thời gian chạy chương trình được gọi là kiểu động. Ngôn ngữ kiểu tĩnh là những ràng buộc để xác định các kiểu tại thời gian biên dịch. Kể từ khi các kiểu được biết đến tại thời gian biên dịch, trình biên dịch có thể phát hiện một loạt các lỗi kiểu (ví dụ, một nỗ lực để nhân hai biến Boolean). Ngôn ngữ bậc cao trước Pascal thường bị giới hạn khái niệm về các kiểu dữ liệu vì chúng bị giới hạn bởi phần cứng của máy (số nguyên, số thực, gấp đôi chính xác số nguyên và số thực, và ngăn chặn các vị trí tiếp giáp nhau). Hai đối tượng đã có kiểu khác nhau nếu có các đoạn mã khác nhau thao tác chúng. Pascal và các ngôn ngữ sau đó đã lấy một cách tiếp cận khá khác nhau, dựa trên khái niệm của các kiểu dữ liệu trừu tượng. Trong Pascal, các lập trình viên có thể tạo ra hai đối tượng có kiểu khác nhau ngay cả khi chúng có cùng một cách biểu diễn và sử dụng cùng một đoạn mã. Các quy tắc về kiểu đã chuyển từ tập trung vào những gì có ý nghĩa vào các máy tính để có ý nghĩa với các lập trình viên. Khái niệm về kiểu dữ liệu : kiểu dữ liệu không chỉ là một tập hợp các đối tượng dữ liệu mà còn là một tập hợp các phép toán có thể thao tác trên các đối tượng dữ liệu này. Ngày nay, khi ta nói đến kiểu dữ liệu thực chất là nói đến kiểu dữ liệu trừu tượng. Kiểu dữ liệu trừu tượng là một tập hợp các đối tượng dữ liệu và tập hợp các phép toán, thao tác trên các đối tượng dữ liệu đó Kiểu dữ liệu trừu tượng có thể được định nghĩa bởi ngôn ngữ hoặc do người lập trình định nghĩa. Ví dụ: kiểu dữ liệu trừu tượng do ngôn ngữ định nghĩa: kiểu integer trong pascal: tập các đối tượng dữ liệu là tập các số nguyên từ -32768 đến 32767; tập hợp các phép toán bao gồm các phép toán một ngôi (+,-), các phép toán 2 ngôi (+, -,*, div, mod), các phép toán quan hệ (<, <=, =, …). Ví dụ: kiểu lập trình do người lập trình định nghĩa: ngăn xếp, hàng đợi, danh sách… 1. Ngôn ngữ có kiểu động Ngôn ngữ có kiểu động: không kiểm tra kiểu trong quá trình biên dịch mà kiểm tra kiểu trong quá trình thực thi chương trình. Ví dụ: funtion log(() nhận tham số đầu vào là một số và trong chwong trình gọi hàm này như sau: log (“zoo”) truyền vào một chuỗi. Nếu là kiểm tra kiểu tĩnh thì, trình dịch sẽ đưa ra 1 thông báo “này chờ chút, không thể truyền một chuỗi vào hàm vì nó cần một số” và chương trình sẽ không được dịch. Còn với kiểu động thì chương trình vẫn dịch tốt nhưng khi thức thi sẽ báo lỗi runtime. Như vậy các ngôn ngữ định kiểu mạnh thường chạy chậm hơn các ngôn ngữ định kiểu tĩnh vì kiểu phải được kiểm tra lúc chạy chương trình. Nó có thể bỏ qua ràng buộc xác định kiểu cho đến khi chạy chương trình, dẫn tới ngôn ngữ có kiểu động. Biên dịch các ngôn ngữ (như SNOBOL, APL, và awk) thường chỉ gán các kiểu tại thời gian chạy. Những ngôn ngữ này không khai báo kiểu; định danh kiểu có thể tự động thay đổi. Đây điểm khác nhau của ngôn ngữ bậc cao với các ngôn ngữ có ít kiểu, như Bliss hay BCPL, mà chỉ có một loại kiểu dữ liệu, ô hoặc từ. Bỏ qua ràng buộc về định danh một kiểu để có ý nghĩa với chi phí hiệu quả,! trong khi chạy mã chương trình phải xác định kiểu của biến để thao tác giá trị thích hợp. Ví dụ, trong ngôn ngữ kiểu động, các mảng không cần phải đồng nhất. Như một ví dụ về mất hiệu quả, ngay cả trong ngôn ngữ có kiểu tĩnh, các giá trị của các kiểu lựa chọn yêu cầu một số thời gian chạy kiểm tra để đảm bảo rằng các biến thức dự kiến sẽ có mặt 2. Kiểu mạnh Một trong những thành tựu chủ yếu của Pascal là sự nhấn mạnh nó dựa vào định nghĩa các kiểu dữ liệu. Nó đã xem việc tạo các kiểu của các lập trình viên- khai báo các kiểu dữ liệu như là một phần của phát triển chương trình. Pascal đã đưa ra khái niệm về kiểu mạnh để bảo vệ các lập trình viên tránh khỏi những lỗi về kiểu. Một ngôn ngữ kiểu mạnh cung cấp các quy tắc cho phép các trình biên dịch xác định kiểu của từng giá trị (kiểu của biến và biểu thức) .phép gán và truyền tham số hình thức của các kiểu tương đương là không hợp lệ, ngoại trừ một số trường hợp chuyển đổi kiểu tự động. Điều cơ bản là các kiểu khác nhau đại diện cho các thuộc tính khác nhau, do đó, chúng phải được kiểm tra cẩn thận, rõ ràng chính xác. Ví dụ: >> x = “hello world” >> Print (x) – hello world >> x=10 => => print (x) – 10 Biến x không lưu trữ giá trị của biến mà chỉ lưu trữ một reference đến một đối tượng trong vùng nhớ mà thôi. Bì thế khi gán x=”hello world” thì x tham chiếu đến một đối tượng string, x=10 thì x tham chiếu đến một đối tượng có kiểu integer. Tại hai vùng nhớ vẫn tồn tại 2 đối tượng: hello world và 10. Tại vùng nhớ lưu trữ đối tượng 10, ta không thể lưu trữ một string vào đó để thế chỗ.  với kiểu strongtyped : tại một vùng nhớ chỉ lưu trữ được một kiểu giá trị dữ liệu mà thôi. *** Các kiểu mạnh hay yếu, kiểu tĩnh hay động nó phụ thuộc vào các loại ngôn ngữ lập trình. ví dụ : ngôn ngữ pascal định kiểu mạnh, ngôn ngữ định kiểu tĩnh : Java, C++, C *** 3.Sự tương đương kiểu Ý nghĩa của sự tương đương cấu trúc: - Phép gán - Truyền tham số hình thức trong lời gọi chương trình con - Dùng kiểu này như một kiểu khác: ví dụ: w:array [1 5] of real ta có thể dùng biến w như kiểu integer mà không bị lỗi kiểu. Ví dụ: TYPE Vect1 = ARRAY[1 10] OF REAL; Vect2 = ARRAY[1 10] OF REAL; VAR x,z : Vect1; y : Vect2; PROCEDURE Sub(a:Vect1); END; { Sub } BEGIN { Chương trình chính } x := y; // phép gán. Sub(y); //truyền tham số trong gọi chương trình con. END. Khái niệm của kiểu mạnh dựa trên một định nghĩa chính xác khi mà các kiểu là tương đương. Điều ngạc nhiên là định nghĩa ban đầu của pascal không có định nghĩa của các kiểu tương đương. Vấn đề này có thể được trình bày bởi yêu cầu kiểu kiểm tra xem T1 và T2 có tương đương hay không ở trong ví dụ 3.1 Ví dụ 3.1: Type T1,T2 =array [1 10] of real; T3 =array [1 10] of real; Cấu trúc tương đương chỉ ra rằng 2 kiểu là tương đương nếu, sau khi tất cả các định danh kiểu được thay thế bởi định nghĩa của chúng và có cùng một cấu trúc. Đây là định nghĩa đệ quy bởi vì những định nghĩa về định danh kiểu bản thân chúng phải bao gồm các định danh kiểu. Điều này là mơ hồ vì nó đưa ra cái mà có cấu trúc giống nhau. Mọi người đồng ý rằng T1,T2 và T3 có cấu trúc tương đương. Tuy nhiên, không ai đồng ý rằng bản ghi đòi hỏi tên trường đồng nhất để hoặc mảng yêu cầu phạm vi chỉ số giống hệt nhau để có cấu trúc giống nhau. Trong ví dụ 3.2 T4 , T5, T6 đồng nhất với T1 trong một vài ngôn ngữ nhưng không phải là tất cả. Ví dụ 3.2: Type T4 = array [2 . . 11] of real same length T4 = array [2 10] of real compatible index type T4 = array [blue red] of real incompatible index type Thử nghiệm câú trúc tương đương không phải luôn là quan trọng, bởi vì các kiểu đệ quy có thể thực hiện được điều đó. trong ví dụ 3.3, các kiểu TA và TB là những cấu trúc tương đương, như là TC và TD, mặc dù sự mở rộng của chúng là vô hạn. Type TA = pointer to TA; TB = pointer to TB; TC = Record Data : integer; Next : pointer to TC; End; TD = Record Data : integer; Next : pointer to TD; End; Trái lại với cấu trúc tương đương, sự tương đương về tên phát biểu rằng 2 biến là cùng kiểu nếu chúng được khai báo cùng tên kiểu, như là integer hoặc một vài kiểu đã khai báo. Khi một biến được khai báo sử dụng một hàm tạo kiểu (đó là một biểu thức trả về một kiểu), kiểu của nó được cấp cho một tên gọi mới nội tại, với mục đích về sự tương đương tên gọi. Những phương thức khởi tạo kiểu bao gồm những từ khoá array, record và pointer to. Bởi vậy, sự tương đương về kiểu nói rằng T1 và T3 ở trên là khác nhau, giống như TA và TB. Có giải thích khác nhau có thể có khi nhiều biến được khai báo bằng cách sử dụng một hàm tạo kiểu duy nhất, chẳng hạn như T1 và T2 ở trên. Ada khá chặt chẽ; Nó gọi T1 và T2 là khác nhau. Các chuẩn hiện tại cho Pascal dễ dàng hơn; nó gọi T1 và T2 là giống nhau. Hình thức của sự tương đương tên gọi này cũng được gọi là sự tương đương khai báo. Sự tương đương tên gọi dường như là thiết kế tốt hơn bởi vì thực tế chỉ có 2 kiểu dữ liêu chia sẻ cùng một cấu trúc không có nghĩa là chúng đại diện cho cùng một trừu tượng . T1 có thể đại diện cho 10 thành viên của Milwaukee Brewers, trong khi T3 có thể đại diện cho điểm trung bình của 10 học sinh trong một khóa học ngôn ngữ lập trình tiên tiến. Với giải thích này, chúng ta chắc chắn không muốn T1 và T3 được coi như la tương đương. Tương đương tên có một điểm yếu là khi một kiểu không có tên như trong khai báo trực tiếp: VAR w : ARRAY[1 10] OF REAL; Biến w có kiểu riêng nhưng là kiểu không có tên. Như vậy w không thể được dùng như là một đối số cho một phép toán mà phép toán đó đòi hỏi một đối số của một kiểu có tên Tuy nhiên, có những lý do tốt để sử dụng cấu trúc tương đương, mặc dù những kiểu không liên quan cũng có thể ngẫu nhiên trở thành tương đương. Những ứng dụng viết ra giá trị của chúng và cố gắng đọc chúng vào sau (có thể dưới sự kiểm soát của một chương trình khác) xứng đáng cùng một loại kiểu an toàn sở hữu bởi các chương trình mà chỉ thao tác các giá trị nội bộ. Modula-2+, được sử dụng tên tương đương, kết quả đầu ra cả tên kiểu và cấu truc của kiểu cho mỗi giá trị ngăn ngừa độc giả vô tình sử dụng tên giống nhau với nghĩa khác nhau. Chưa xác định kiểu được gán một tên ở bên trong. Những lỗi sai sót xuất hiện nếu lập trình viên chuyển mã về, bởi vì trình biên dịch tạo ra tên nội bộ khác cho một kiểu vô danh. Modula-3, mặt khác, sử dụng cấu trúc tương đương. Nó đưa ra cấu trúc của kiểu (nhưng không phải là tên của nó) với mỗi giá trị đưa ra. Không có nguy cơ là sắp xếp lại chương trình sẽ dẫn đến sự không tương thích kiểu dữ liệu được viết bởi một phiên bản trước của chương trình. Ví dụ: TYPE Meters = INTEGER; Liters = INTEGER; VAR Len : Meters; `Vol : Liters; Các biến Len và Vol có kiểu tương đương cấu trúc và do đó một lỗi như phép cộng Len + Vol sẽ không được tìm thấy bởi phép kiểm tra kiểu tĩnh. Khi có nhiều lập trình viên làm việc chung trong một chương trình thì tương đương kiểu không cố ý có thể gây nên các lỗi rất nghiêm trọng như trong ví dụ nói trên. Một ngôn ngữ có thể cho phép chuyển nhượng(chỉ định) mặc dù kiểu của biểu thức và kiểu biến đích (nói đến) không phải là tương đương, chúng chỉ cần được chỉ định tương thích. Ví dụ, dưới cái tên tương đương, hai kiểu mảng có thể có cấu trúc tương tự nhưng được tương đương bởi vì chúng được tạo ra bởi các trường hợp khác nhau của các nhà xây dựng kiểu mảng. Tuy nhiên, ngôn ngữ có thể cho phép chuyển nhượng(chỉ định) nếu các kiểu được đóng (kết thúc) đủ, ví dụ, nếu chúng có cấu trúc tương đương. Trong một đặc điểm(đặc trưng) tương tự, hai loại có thể tương thích đối với bất kỳ hoạt động(thao tác) nào, như là thêm vào, mặc dù chúng không phải là kiểu tương đương. Nó thường là phản đối (không phân minh) hay không để nói [...]... trên đối tượng dữ liệu phức tạp được cài đặt thành một mođun (một hàm) Chương trình có tính mođun sẽ dễ đọc, dễ phát hiện lỗi, dễ sửa, … Sự trừu tượng hoá dữ liệu được thực hiện bằng cách xác định các kiểu dữ liệu trừu tượng ( Abstract Data Type) Kiểu dữ liệu trừu tượng (ADT) là một tập các đối tượng dữ liệu cùng với các phép toán có thể thực hiện trên các đối tượng dữ liệu đó Ví dụ, Tập các điểm trên... OF Ngoài các kiểu nguyên thuỷ được định nghĩa bởi ngôn ngữ, người lập trình còn có thể định nghĩa các kiểu của riêng mình Ðịnh nghĩa một kiểu dữ liệu mới bao gồm việc xác định các yếu tố sau: • Tên của kiểu • Sự biểu diễn bộ nhớ cho các đối tượng dữ liệu của kiểu • Tập hợp các phép toán (các chương trình con) thao tác trên các đối tượng dữ liệu của kiểu Ví dụ trong Pascal ta xét định nghĩa kiểu như... Theo cách khác các kiểu ML có thể có quan hệ cấu trúc rõ ràng trong các giá trị.Phần bên phải của 1 cặp phải có kiểu giống như kiểu của phần bên trái của cặp.Một hàm phải trả ra một giá trị có kiểu giống với kiểu của các tham số của hàm Các tên kiểu có thể được dùng để biểu diễn các kiểu hợp .Các kiểu hợp hầu hết là có ích như các kiểu của các hàm,mặc dù 1 vài biểu thức không phải là hàm,như [] -kiểu. .. của số phức c 5.2 Cài đặt kiểu dữ liệu trừu tượng Cài đặt ADT có nghĩa là biểu diễn các đối tượng dữ liệu bởi các CTDL và cài đặt các hàm thực hiện các phép toán trên dữ liệu Trong giai đoạn đặc tả, chúng ta chỉ mới mô tả các phép toán trên các đối tượng dữ liệu, chúng ta chưa xác định các phép toán đó thực hiện nhiệm vụ của mình như thế nào Trong chương trình, để sử dụng được các phép toán của một ADT... bằng cách thêm vào các bản ghi mới và giảm bằng cách loại bỏ các bản ghi (Oberon cho phép mở rộng các kiểu bản ghi.) Mở rộng các kiểu bản ghi tương tụ với khái niệm xây dựng các lớp con trong lập trình hướng đối tượng, thảo luận trong chương 5 Các kiểu kết quả có thể được chuyển đổi về (with) các kiểu ban đầu cho các mục đích gán và truyền tham số Sự biến đổi có thể là do đổi kiểu hoặc bằng cách ép kiểu. .. của mô-đun, nó có thể bao gồm các hằng số, các loại, các biến, và tiêu đề thủ tục - Các phần cài dặt có chứa các cơ quan thủ tục (có nghĩa là, phần triển khai thực hiện) cũng như các tờ khai khác được private tới các module 5.1 Đặc tả kiểu dữ liệu trừu tượng Nhớ lại rằng, một ADT được định nghĩa là một tập các đối tượng dữ liệu và một tập các phép toán trên các đối tượng dữ liệu đó Do đó, đặc tả một ADT... nhiên, ép kiểu thường gây ngạc nhiên cho các lập trình viên và dẫn đến nhầm lẫn.) Khái niệm về kiểu con có thể được khái quát bằng cách cho phép mở rộng và cắt giảm các kiểu hiện có [Paaki 90] Ví dụ, kiểu mảng có thể được mở rộng bằng cách tăng thêm chỉ mục và giảm bằng cách giảm đi các chỉ mục Các kiểu liệt kê có thể được mở rộng bằng cách thêm các hằng số liệt kê mới và giảm bằng cách loại bỏ các hằng... kiểu dữ liệu trừu tượng, có thể được thay thế, sẽ được giới thiệu trong phần tiếp theo Sẽ xem xét kỹ hơn trong phần bài tập 5 Kiểu dữ liệu trừu tượng (Abstract Data Type) Khi thiết kế thuật toán với một dãy các hành động trên các đối tượng dữ liệu, chúng ta cần sử dụng sự trừu tượng hoá dữ liệu (data abstraction) Sự trừu tượng hoá dữ liệu có nghĩa là chúng ta chỉ quan tâm tới một tập các. .. 7.9 .Các kiểu ML Kiểu của một biểu thức chỉ ra tập hợp các giá trị mà nó có thể tạo ra .Các kiểu này gồm các kiểu nguyên thuỷ do ngôn ngữ đ ịnh nghĩa sẵn (nguyên,thực,logic,xâu)và các kiểu được định nghĩa(danh sách,hàm,con trỏ,chương trình con).Một kiểu ML chỉ nhận thông tin về các thuộc tính là cái mà có thể đựoc dùng để tính thời gian biên dịch và không phân biệt đựoc sự khác nhau giữa các giá trị có các. .. đối tượng dữ liệu và đặc tả các phép toán • Đặc tả đối tượng dữ liệu Mô tả bằng toán học các đối tượng dữ liệu Để mô tả chúng, chúng ta cần sử dụng sự trừu tượng hoá (chỉ quan tâm tới các đặc tính quan trọng, bỏ qua các chi tiết thứ yếu) • Đặc tả các phép toán Việc mô tả các phép toán phải đủ chặt chẽ, chính xác nhằm xác định đầy đủ kết quả mà các phép toán mang lại, nhưng không cần phải mô tả các phép . tượng dữ liệu mà còn là một tập hợp các phép toán có thể thao tác trên các đối tượng dữ liệu này. Ngày nay, khi ta nói đến kiểu dữ liệu thực chất là nói đến kiểu dữ liệu trừu tượng. Kiểu dữ liệu. kiểu dữ liệu trừu tượng ( Abstract Data Type). Kiểu dữ liệu trừu tượng (ADT) là một tập các đối tượng dữ liệu cùng với các phép toán có thể thực hiện trên các đối tượng dữ liệu đó. Ví dụ , Tập các. định nghĩa các kiểu dữ liệu. Nó đã xem việc tạo các kiểu của các lập trình viên- khai báo các kiểu dữ liệu như là một phần của phát triển chương trình. Pascal đã đưa ra khái niệm về kiểu mạnh