Data types 数据类型的设计理念

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概念

• 一个数据类型 data type 指的是 一些数据对象的集合以及它们拥有的操作
• 描述符 descriptor 是一个变量的属性的集合，主要用于类型检查和内存分配操作。如果属性都是静态的，那么描述符只需要存在于编译时，如果有属性是动态的，则运行时系统需要负责维持描述符。
• 对于数据类型的设计，最重要的一点是——该数据类型有什么操作，这些操作的定义是什么。

基础数据类型（Primitive Data Types）

• 大部分语言都预设了基础数据类型，有一些完全是硬件层面的映射（比如 byte），有一些通过在硬件层面做出小小的努力就能实现（比如 float）
• 整数类型 integer，如 byte, short, int, long
• 浮点数， 近似地模拟实数。
  常见的底层实现
  
• 复数（Complex） 少数语言将复数也作为基本数据类型
• 小数（Decimal） 主要用于商业应用，要求数据精确，但是取值范围有限且浪费内存
• 布尔值（Boolean） 最简单的数据类型（甚至可以用一个bit实现），优点是增强可读性
• 字符（Character） 以数字的形式储存，需要指定解码标准（比如 ASCII）

字符串类型（Character String Types ）

• 有的语言将字符串作为基本数据类型，有的则用字符的数组表示（比如 C）
• 字符串的长度应该是动态的还是静态的？（Java等选择静态，python JavaScript等选择动态，C/C++则是有限制的动态，因为数组长度确定，以\0为结尾标记）
• 常见操作有 Assignment and copying 赋值与复制，Comparison (=, >, etc.) 比较，Catenation 连接，Substring reference 取子串，Pattern matching 模式匹配
• 浅析实现方法
  1. 对于静态字符串，只需要创建编译时的描述符
     
  2. 对于有限制的动态字符串，则_可能_需要维持一个运行时的描述符来标记最大长度和当前长度
     
  3. 对于完全动态的字符串实现，则一定要维持一个运行时的描述符，且最大的实现难点在于内存的分配和释放
• 实现字符串数据类型的意义：增强表达性（writability），因为这个数据类型非常常用

枚举类型（Enumeration Types）

• 概念就不说了
• 设计实现的一些考虑：
  1. 一个枚举常量允许出现在一个以上的枚举类型定义里吗？如果可以，怎么区分（类型检查）？
  2. 枚举类型的值可以和整数类型相互转换吗？
  3. 枚举类型的值可以和其他类型相互转换吗？
• 枚举类型的意义：
  1. 增强了可读性 （例：用RED 表示 红色，而不是用 1 表示红色）
  2. 增强了稳定性，编译器可以对枚举类型变量进行类型检查

子范围类型（Subrange Types）

• 子范围类型的变量可取值是某种数据类型的一部分连续子序列 比如 定义 12~18 是青少年年龄数据类型
• 子范围类型的意义：
  1. 增强了可读性
  2. 增强了稳定性，可取值范围外的值都会被编译器当做错误

数组类型（Array Types）

• 数组的元素必须是同类的，元素靠的是相对于第一个元素的位置进行定位
• 数组内存分配与下标范围（subscript ranges ）的几种不同实现：
  1. 静态（static）： 下标范围和内存分配都在程序运行前就确定了。 优点是高效，因为不需要动态的分配和释放内存。
  2. 固定栈动态（Fixed stack-dynamic）：下标范围是静态的，但是内存分配是在声明时完成的（运行时在栈中分配之后就固定了）。 优点是节约空间，多个数组可以共享一片内存（只要它们不同时active）；缺点是需要动态的分配与释放内存，降低了运行效率。
  3. 固定堆动态（Fixed heap-dynamic） 类似于固定栈动态，只是内存是从堆中分配。
  4. 堆动态（Heap-dynamic）下标范围和内存分配都是动态的（在栈中）。优点是灵活，数组的长度和空间可以在运行时随意改变。缺点是效率较低。
• 异类数组（Heterogeneous Arrays） 允许同时存在不同类型元素，通常出现在动态类型语言中如 Perl, Python, JavaScript, and Ruby

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