typ - IDA.LiU.se

Variabler, värden och typer
Viktigt att förstå på djupet:
– För programmering i många språk, t.ex. Java
– För kommande objektorientering!
[email protected] – 2017
Fråga – kommentera – avbryt!

3
jonkv@ida
Intro till variabler (1)
00000
Vad är en variabel?
 I begynnelsen fanns minnet…
▪ …som var fullt av heltal…
64 kbyte minne
 …och minnesadressen (ett "index" för varje byte)
▪ STA 49152
// Lagra en byte på adress 49152
// Håll själv reda på att inget annat ska lagras där!
▪ LDA 49152
// Läs in en byte från adress 49152
// Håll själv reda på hur denna byte ska tolkas
// (Heltal? Bokstav? Index i lista av färger? …)
▪ JMP 8282
// Hoppa till nästa instruktion på adress 8282
49152
(På denna sida: 6502-assemblerkod)
216 − 1 = 65535
4
jonkv@ida
Intro till variabler (2)
00000
37000
En första nivå av abstraktion!
Konkret adress,
37000
Abstrakt namn,
colornum
65535
64 kbyte minne
 Sedan uppfanns etiketten (label)
▪ colornum:
// Översätts till en adress, kanske 37000,
.byte 03
// när man vet var det finns plats
▪ STA colornum
// Lagra på namngiven minnesadress
▪ LDA colornum
▪ JMP colornum
// Oops, undrar vad färgnumret betyder
// när det tolkas som en instruktion!

5
Abstrahera språket mer  en variabel:
 En lagringsplats
(en eller flera bytes)
 Ett symboliskt namn
på lagringsplatsen
längd
höjd
10000–10003
10004–10007
10
5
▪ längd = 10
höjd = 5
är möjliga…
▪ JMP colornum;
Minnesadressen kan bli
osynlig i språket!
Men den finns ändå där…
Minne
 Bara "vettiga" operationer
jonkv@ida
Intro till variabler (3)

6
jonkv@ida
Intro till variabler (4)
Kan stödja fler datatyper:
 Strängar
längd
 Listor
höjd
10000–10003
10004–10007
10
5
hälsning
40000-40024
"hello"
 …
Minne
▪ längd = 10
höjd = 5
hälsning = "hello"
färger = [red, green]
färger
50000-50020 [red, green]

7
jonkv@ida
Intro till variabler (5)
Vi kan skriva över gamla värden…
▪ längd = 10
höjd = 5
hälsning = "hello"
färger = [red, green]
längd
höjd
10000–10003
10004–10007
hälsning
färger
40000-40024
Minne
▪ längd = 47
# Samma variabel,
# samma lagringsplats,
# samma minnesadress (som vi oftast inte vet / bryr oss om!),
# nytt värde…
47
10
5
"hello"
50000-50020 [red, green]

8
Så: En variabel används för att lagra ett värde, och består av:
 En lagringsplats i minnet,
där ett värde kan placeras
 Ett symboliskt namn
på lagringsplatsen,
som används i koden
Python
Programkod
Minne
vid körning
längd
10
höjd
5
hälsning
"Hello"
färger
[red, green]
Variabel = en "låda" för ett värde:
Värdet kan bytas ut (längd = 22),
men det är fortfarande samma variabel
jonkv@ida
Variabler: Sammanfattning

10
Varje värde har en typ – heltal, decimaltal, …
 Vissa språk håller inte reda på den
Assembler: Ingen typkontroll
Värdetyp "sparas" inte,
kontrolleras aldrig
Inget fel signaleras
Resultat: "Skumma värden"
Exempel:
Lagra decimaltal 3.5  4 bytes, hex 40 60 00 00
Läs som heltal, 4 bytes, hex 40 60 00 00  heltal 1’080’033’280
jonkv@ida
Värdetyper

11
Men de flesta, även Python, håller reda på värdets typ
 Även om man sällan skriver typnamnet
print(längd) 
print(10) 
heltalsutskrift
print(färger) 
print([red,green]) 
listutskrift
färger + 2 
fel vid körning!
Programkod
Minne
vid körning
Symboliskt namn
(används i koden)
Lagringsplats
för ett värde
längd
int 00 00 00 0A 
10
Heltal
räknare
int 48 65 6A 21 
1’214’605’857
Heltal
hälsning
str 48 65 6A 21 
Hej!
Sträng
färger
list … … 
[red, green]
Lista
jonkv@ida
Värdetyper

12
I många språk har även variabeln en typ
 Gäller Java, C, C++,
Programkod
Minne
vid körning
Symboliskt namn
(används i koden)
Lagringsplats
för ett värde
Heltal
längd
10
Heltal
Heltal
höjd
5
Heltal
Sträng
hälsning
"Hello"
Sträng
Lista
färger
[red, green]
Lista
Pascal, Ada, …
 Men inte Python
jonkv@ida
Variabeltyper
13
Java: Manifest typsystem
(variabeltyp anges explicit i koden)
Python: Latent typsystem
(bara värdet har en typ)
 längd är en heltalsvariabel
som alltid innehåller ett heltal
 längd är en vad-som-helst-variabel
som just nu innehåller ett heltal
Varför variabeltyper? Varför ange dem explicit?
jonkv@ida
Variabeltyper
latent typing
manifest typing

Latent typsystem:
Python

Manifest typsystem:
Java
Kompilatorn vet mer (kan optimera mer  effektivare)
Vi vet mer (typerna är dokumentation)
14
jonkv@ida
När vet man värdetypen?
15
Python: Dynamisk typkontroll
Java: Statisk typkontroll
Går det att addera?
Går det att addera?
Kolla värdetyp vid körning
Om inte numeriskt: Signalera fel
Kolla variabeltyp vid kompilering
Om inte numeriskt: Signalera fel


dynamic type checking
static type checking
jonkv@ida
Konsekvenser: Typkontroll
16
Python: Dynamisk typkontroll
Java: Statisk typkontroll
Måste kolla vid körning:
x är heltal!
Addera direkt
x heltal?
Addera 10 direkt…
x flyttal?
Konvertera 10 till 10.0, addera
…
x annat?
Signalera fel!
jonkv@ida
Konsekvenser: Val av operation
17
Python: Dynamisk typkontroll
Java: Statisk typkontroll
Hur kolla typen hos b:s värde?
Hur kolla typen hos b:s värde?
Måste lagra typen med värdet
Variabelns typ är int,
värdet måste ju ha samma typ…
x
heltal
10
 delvis därför
kan ett heltal ta 24 bytes
int x
10
 Ett heltal tar 4 bytes (int),
8 bytes (long)
jonkv@ida
Konsekvenser: Minnesutrymme

18
En brasklapp:
 Terminologin för typsystem är ofta otydlig och omtvistad
 Många termer brukar blandas ihop
▪ Statisk typning
▪ Statisk typkontroll
▪ Manifest typning
▪ Stark typning
▪ …
 Det viktigaste är begreppen och dess konsekvenser
Även dynamisk typning (Python) har fördelar!
Mindre att skriva
Mer flexibilitet i vissa fall
jonkv@ida
Brasklapp
20
Heltalstyper – lika på alla plattformar!
Används sällan
Vanligast!
"L" indikerar "långt heltal"
Två flyttalstyper – skiljer i precision och storlek
±
±
Övrigt
±
±
jonkv@ida
Primitiva (grundläggande) typer i Java
21
Operationer på heltal kan ge overflow – "översvämning"!
 Operander av typ
:
  Multiplikation av 32-bitarstal:
▪
32 bitar slutresultat
 
jonkv@ida
Stora tal
Varför overflow i Java, men inte Python?
 Historiskt…
▪ "Så var det ju i C och C++"
 Effektivitet!
▪ Java: 32-bitars multiplikation, klar. Annars:
▪ Python: Testa storlek, allokera minne för resultat, …
22
jonkv@ida
Overflow
23
Beräkningar använder den största av operandernas typer
är en int (inget "L")

▪
32 bitar slutresultat
 Sedan expanderas detta till 64 bitar
▪
Kan verka korkat…
…men är mer förutsägbart:
Resultat beror bara på
operandernas typer
jonkv@ida
Använd större datatyp
24
Beräkningar använder den största av operandernas typer
 Största operanden är long
▪ Expandera den andra "131072" till long
▪ Utför 64-bitars multiplikation
▪
Expandering
tappar aldrig information
 sker automatiskt!
jonkv@ida
Använd större datatyp (2)
25
Konstanter och funktioner
i Math-klassen
Kompileringsfel! Math.sqrt returnerar en double
 Att konvertera double till int kan tappa information – "farligt"
 Måste uttryckligen be om konvertering!
jonkv@ida
”Farliga" typkonverteringar
26
Konvertera med en cast
Beräkning, sedan trunkering (avhuggning)
 Beräknar värdet:
 (int) trunkerar detta till:
 Mer:
▪
▪
jonkv@ida
Typkonvertering: Casting
27
Byt variabeltyp…
Beräkningar
 Beräknar värdet:
 Skriver ut det
jonkv@ida
Utan casting
28
Python: Automatisk konvertering
Java: Bara boolean-värden
Ofta bekvämt
Kan leda till misstag
Mer att skriva
Ibland tydligare
Kan förhindra misstag
jonkv@ida
Vad är sant / falskt?

Vissa typer ska bara ha några få fördefinierade värden
 Day: Monday, Tuesday, …, Sunday
 Suit: Clubs, Diamonds, Hearts, Spades
30
jonkv@ida
Bakgrund

Kan emuleras på många sätt, t.ex. med heltalskonstanter
▪
▪
 Inte typsäkert!
▪
▪
 Stödjer nonsensoperationer
▪
 Efter kompilering finns bara heltalen kvar – svårare att tolka
▪ Värdet är 4 – betyder det torsdag eller fredag?
Eller kanske grönt, spader eller giraff?
31
jonkv@ida
Emulering

32
Java har stöd för uppräkningstyper (enumerated types)
 Man räknar upp vilka värden som finns
Sju
enumkonstanter
Inga nonsens-operationer
tillgängliga
Namngivningskonvention:
ALL_CAPS för konstanter
enum-konstant = enum constant
jonkv@ida
Uppräkningstyper

33
Distinkt typ (inte int)  typsäkerhet
Håller reda på namn:
Skriver ut "THURSDAY", inte 4
jonkv@ida
Uppräkningstyper: Typsäkerhet

Vi kan få ut index för ett värde
34
jonkv@ida
Uppräkningstyper: Index

Vi kan få ut ett värde med givet namn och en lista på alla värden
35
jonkv@ida
Uppräkningstyper
36
Sämsta lösningen: Konstanter utan namn
Gammal lösning: Namngivna heltal
Bäst, vid fixerade värden: Uppräkningsbar typ
jonkv@ida
Jämförelse