نوع داده

نوع داده

در علم رایانه و برنامه نویسی ، تایپ یا نوع داده، یک ویژگی داده است که به کامپایلر یا مترجم اطلاع می دهد چگونه برنامه نویس قصد دارد از داده ها استفاده کند. اکثر زبانهای برنامه نویسی از انواع داده های اصلی اعداد صحیح (با اندازه های مختلف) ، اعداد شناور (که تقریباتمام اعداد واقعی است) ، کاراکترها و اعداد بولین پشتیبانی می کنند. نوع داده مقادیری را که ممکن است یک عبارت ( شامل متغیر یاعملگر) داشته باشد ، محدود می کند. این نوع داده ، عملیاتی را که می توان بر روی داده ها ، معنای داده ها و نحوه ذخیره مقادیر آن نوع انجام داد ، تعریف می کند. نوع داده مجموعه ای از مقادیر را فراهم می کند که یک عبارت (به عنوان مثال متغیر ، عملگر و غیره) می تواند مقادیر آن را بدست آورد.

پیشینه

انواع داده ای در سیستم های نوع استفاده می شوند ، که روش های مختلفی برای تعریف ، اجرای و استفاده از آنها ارائه می دهند. سیستم های مختلف ، درجه های مختلفی از ایمنی را تضمین می کنند.

تقریباً تمام زبانهای برنامه نویسی حاوی مفهوم نوع داده می باشند ، هرچند زبانهای مختلف ممکن است از اصطلاحات مختلف استفاده کنند.

انواع داده های متداول عبارتند از:

اعداد صحیح (integer)

اعداد شناور (Floating-point)

کاراکتر (Character)

رشته (string)

بولین (Boolean)

به عنوان مثال ، در زبان برنامه نویسی جاوا ، نوع int مجموعه ای از اعداد صحیح 32 بیتی را نشان می دهد که از ٢١٤٧٤٨٣٦٤٨- تا  هستند ٢١٤٧٤٨٣٦٤٧و همچنین عملیاتی که می توان در اعداد صحیح انجام داد مانند جمع ، تفریق و ضرب را شامل می شود. از طرف دیگر ، ممکن است یک رنگ توسط سه بایت نشان داده شود که مقدار هر یک از رنگ های قرمز ، سبز و آبی و یک رشته (string) که نمایشگر اسم آن رنگ است را نشان می دهد.

اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی اجازهٔ تعریف انواع داده های اضافی را به برنامه‌نویس می‌دهند این کار معمولاً با ترکیب تایپ‌های متعدد و تعریف عملیات معتبر مربوط به نوع داده جدید صورت می‌گیرد. برای مثال، یک برنامه‌نویس ممکن است یک نوع داده جدید به نام "عدد مختلط" که شامل قسمت حقیقی و موهومی می‌باشد را ایجاد کند. نوع داده‌ها نیز نشان دهنده یک محدودیت برای تفسیر داده‌ها در یک سیستم انواع است، برای مثال:تعریف نمایش، تفسیر و ساختار ارزش‌ها یا اشیاء ذخیره شده در حافظه کامپیوتر. سیستم انواع از انواع داده به منظور بررسی صحت برنامه‌های کامپیوتر و همچنین تغییر داده‌ها استفاده می‌کند. بسیاری از انواع داده ها -همانطور که در جدول زیر نشان داده شده‌است-در آمار مشابه تایپ داده‌ها در برنامه‌نویسی کامپیوتر و بالعکس است.

برنامه‌نویسی کامپیوتر	آمار
اعداد شناور (Floating-point)	دارای ارزش واقعی (مقیاس فاصله) دارای ارزش واقعی (مقیاس نسبت)
اعداد صحیح (integer)	شمارش داده ها (معمولاً غیر منفی)
بولین (Boolean)	داده های باینری(دودویی)
نوع شمارشی داده(enumerated type)	داده های طبقه بندی شده
لیست یا آرایه	vector (بردار) تصادفی
آرایه دو بعدی	ماتریس تصادفی
درخت	درخت تصادفی

تعریف نوع

(١٩٧٦ Parnas ، Shore & Weiss ) پنج تعریف از "نوع" را که در بعضی مواقع بطور ضمنی در ادبیات رایانه ای استفاده می شد ، مشخص کردند. انواع که شامل رفتارداده می با شد بیشتر در راستای مدلهای شی گراست ، در حالی که یک مدل برنامه نویسی ساختار یافته تمایل دارد کد را شامل نشود ، و مدل داده قدیمی ساده نامیده می شود.پنج نوع عبارتند از:

نحوی

یک نوع یک برچسب صرفاً نحوی است که با متغیر مرتبط است. چنین تعاریفی از "نوع" معنای محتوایی به انواع نمی دهد.

نشانگر

یک نوع توسط انواع ساده تر تعریف می شود که معمولا انواع ماشینی هستند.

نشانگر و رفتار

یک نوع با نشانگر آن و مجموعه ای از اپراتورهای دستکاری شده در این نشانگرها تعریف می شود.

فضای ارزشی

نوع مجموعه ای از مقادیر ممکن است که یک متغیر می تواند در اختیار داشته باشد. چنین تعاریفی اجازه می دهد در مورد انواع اعداد دکارتی صحبت کنیم.

فضای ارزشی و رفتار

یک نوع مجموعه ای از مقادیر است که یک متغیر می تواند در اختیار داشته باشد و مجموعه ای از توابع است که می توان از آنها برای این مقادیر استفاده کرد.

تعریف نوع در محیط نشانگر مانند الگول و پاسکال اغلب به صورت دستوری بوده، در حالی که این تعریف در زبانهای سطح بالاتر مانند Simula و CLU به شکل فضای ارزشی و رفتار استفاده می شد.

کلاس انواع داده ها

انواع داده اولیه

انواع داده های اولیه معمولاً نوعهایی هستند که در داخل زبان از پیش آماده یا ابه زبانی اصلی هستند.

انواع داده ماشین

کلیه داده های رایانه ای بر اساس الکترونیک دیجیتال و به عنوان بیت (گزینه های 0 و 1) در پایین ترین سطح نمایش داده می شود. کوچکترین واحد آدرس پذیر معمولاً گروهی از بیت ها به نام بایت (معمولاً یک هشت رقمی است که ٨ بیت است) است. واحد پردازش شده توسط دستورالعمل های کد ماشین یک کلمه (به طور معمول 32 یا 64 بیت) خوانده می شود. اکثر دستورالعمل ها این کلمه را به عنوان یک عدد باینری تفسیر می کنند ، به گونه ای که یک کلمه 32 بیتی می تواند مقادیر عدد صحیح علامت زده شده را از صفر تا$2^{32}-1$ و یا مقادیر عدد صحیح از $-2^{31}$ تا $2^{31}-1$ را دارا باشد.

به دلیل وجود دو علامت مکمل ، زبان ماشین وماشین بین این نوع داده های تخصیص یافته و نیافته تفکیک انجام نمیدهند.

اعداد شناور مورد استفاده در ریاضیات شناور از تفسیر متفاوت بیت ها در یک کلمه استفاده می کنند. برای توضیحات بیشتر ممیز شناور را مشاهده کنید.

انواع داده های دستگاه باید در سیستم ها یا زبان های برنامه نویسی سطح پایین در دسترس قرار بگیرند و امکان کنترل دقیق سخت افزار را فراهم آورند. به عنوان مثال ، زبان برنامه نویسی C انواع اعداد صحیح با پهنای متفاوت ازجمله کوتاه(short) و بلند(long) را ایجاد می کند .اگر یک نوع داده ی اصلی در ساختار مقصد وجود نداشته باشد ، کامپایلر آنها را به کدهای دارای انواع موجود تجزیه می کند. به عنوان مثال ، اگر یک عدد صحیح 32 بیتی در یک سکوی 16 بیتی درخواست شود ، کامپایلر به طور ضمنی با آن به عنوان آرایه ای از دو عدد صحیح 16 بیتی رفتار خواهد کرد.

در برنامه نویسی سطح بالاتر ، انواع داده های ماشین اغلب پنهان میباشند تا به عنوان وسیله ای برای جایگزین کردن کدهای کم دسترس تر مورد استفاده قرار بگیرند. به عنوان مثال ، یک نوع عددی عادی ممکن است به جای عدد صحیح برخی از پهنای بیت های خاص ایجاد شود.

نوع بولین

نوع بولین مقدار درست و نادرست را نشان می دهد. اگرچه فقط دو مقدار ممکن است ،برای کارایی بیشتر به ندرت از این نوع بعنوان یک رقم باینری واحد استفاده می شود.

بسیاری از زبانهای برنامه نویسی از نوع بولین برخوردار نیستند ، درعوض تفسیر (به عنوان مثال) 0 به عنوان نادرست و سایر مقادیر به عنوان درست هستند. داده های بولین به ساختار منطقی نحوه تفسیر زبان به زبان ماشین اشاره دارد. در این حالت ، یک بولین 0 به منطق نادرست اشاره دارد. منطق درست همیشه غیر صفر است ، به خصوص موردی که به بولین١ معروف است.

انواع عددی

مانند:

• انواع داده عدد صحیح یا "اعداد غیر کسری". بسته به توانایی آنها برای درج مقادیر منفی (مثلاً unsigned در C و C ++) ممکن است زیرمجموعه ی نوع تعریف شوند. ممکن است تعداد کمی از زیرگروههای از پیش تعریف شده نیز داشته باشد (مانند کوتاه(short) و بلند(long) در C / C ++). یا به کاربران اجازه دهد آزادانه زیرمجموعه هایی مانند یک تادوازده را تعریف کنند (به عنوان مثال پاسکال / آدا).
• انواع داده های نقطه شناور معمولاً مقادیری به عنوان مقادیر کسری با دقت بالا (اعداد منطقی ، از نظر ریاضی) را نشان می دهند ، اما گاهی نیز به اشتباه اعداد حقیقی خوانده می شوند (برگرفته از اعداد واقعی ریاضی). آنها معمولاً هم در مقادیر حداکثر و هم در دقت خود دارای محدودیت های از پیش تعریف شده هستند. به طور معمول در داخل به شکل $a\times 2^{b}$ ذخیره می شود (جایی که a و b عدد صحیح هستند) اما به صورت اعشاری نمایش داده می شوند.
• انواع داده های ثابت برای نمایش مقادیر پولی مناسب هستند. آنها اغلب به شکل عدد صحیح تعریف می شوند و منجر به محدودیت های از پیش تعریف شده می شوند.

• انواع عددی بیگنام یا انواع عددی قراردادی فاقد این محدودیت ها می باشند. آنها انواع ابتدایی نیستند و برای اهداف با کارایی بالاتر مصرف می شوند.

انواع کامپوزیت

انواع کامپوزیت از بیش از یک نوع ابتدایی بدست می آیند. برای رسیدن به آن روش های مختلفی استفاده می شود. روشهای ترکیب آنها ساختمان داده‌ها نامیده می شوند. ترکیب یک نوع ابتدایی در یک نوع ترکیبی-تکمیلی به طور کل به یک نوع جدید منجر می شود ، به عنوان مثال آرایه ی اعداد صحیح نوع دیگری از عدد صحیح است.

• یک آرایه (که به آن بردار ، لیست یا دنباله نیز گفته می شود) تعدادی از عناصر را ذخیره می کند و دسترسی تصادفی به عناصر مجزا را فراهم می کند. عناصر یک آرایه به طور معمول (اما نه در همه ی محیط ها) لازم است از یک نوع باشند. ممکن است آرایه ها با طول ثابت یا قابل ارتقا باشند. شاخص های موجود در یک آرایه معمولاً باید عدد صحیح از یک دامنه خاص باشند.(اگر همه شاخص های موجود در آن محدوده با عناصر مطابقت نداشته باشند ، ممکن است این یک آرایه پراکنده باشد).

• رکورد (tuple یا ساختار) رکورد ها از ساده ترین ساختمان داده‌ها هستند. رکورد یک مقدار است که شامل مقادیر دیگر ، به طور معمول با تعداد ثابت و دنباله دار است و به طور معمول با نام ها فهرست بندی می شود. اجزای رکورد معمولاً به عنوان فیلد یا عضو خوانده می شوند.

• اتحاد.نوع اتحادیه مشخص می کند که کدام یک از انواع ابتدایی مجاز ممکن است در نمونه های آن ذخیره شود ، به عنوان مثال. "شناور یا عدد صحیح بلند(long)". برخلاف رکورد ، که می تواند شامل یک عدد شناور و یک عدد صحیح باشد در اتحاد ، فقط یک نوع مجاز در هر زمان وجود دارد.

• یک اتحاد برچسب خورده (که نوع متغیر ، رکورد متغیر ، یا اتحادجدا کننده نیز نامیده می شود) شامل یک فیلد اضافی است که نوع آنرا به منظور بالا بردن امنیت نوع نمایش می دهد.

• یک مجموعه ، ساختار داده انتزاعی است که می تواند مقادیر خاصی را بدون هیچ ترتیب خاص و بدون تکرار مقادیر ذخیره کند. ارزش ها خود از مجموعه ها بازیابی نمی شوند ، بلکه می سنجند که ارزش یک عضو مقادر مثبت بولین را دریافت می کند یا مقدار غیر مثبت آن را.

• یک شی مانند رکورد شامل تعدادی فیلد داده و همچنین تعدادی زیرمجموعه برای دسترسی یا اصلاح آنهاست که به نام متدها معروفند.

انواع دیگری نیز ممکن است ، اما آنها تمایل به تغییر و ترکیب متفاوتی دارند. به عنوان مثال یک لیست پیوندی می تواند داده های مشابه آرایه را ذخیره کند ، اما دسترسی متوالی را به جای تصادفی فراهم می کند و از رکوردهای موجود در حافظه پویا تشکیل می شود.

انواع شمارشی

نوع شمارشی مقادیر مشخصی دارد که قابل مقایسه و اختصاص دهی است ، اما لزوماً هیچ گونه نمایشگرمشخصی در حافظه کامپیوتر ندارد. کامپایلرها و مفسرها می توانند خود نماینده آنها باشند. به عنوان مثال ، چهار علامت موجود در یکدسته ورق بازی ممکن است چهار شمارشگر به نام های خاج، خشت، دل و پیک باشد که متعلق به یک نوع شمارشی به نام طرح هستند. اگر متغیر V به طور مثال این نوع داده را داشته باشد ، می توان هریک از چهار مقدار را به آن اختصاص داد. برخی ازروشها به برنامه نویسان این امکان را می دهد که مقادیر عدد صحیح را به نوع شمارش اختصاص دهند ، یا با آنها همانند عدد صحیح رفتار کنند.

انواع رشته ها و متن ها

مانند:

• کاراکتری که ممکن است شامل برخی از حروف الفبا ، رقم ، فضای خالی ، علامت نقطه گذاری و غیره باشد.
• یک رشته ، دنباله ای از کاراکترها است. رشته ها معمولاً برای نمایش کلمات و متن استفاده می شوند.

انواع کاراکترها و رشته ها می توانند توالی کاراکترها را از یک مجموعه کاراکتر مانند ASCII ذخیره کنند. از آنجا که بیشتر مجموعه کاراکترها رقمها را شامل می شوند ، می توان رشته عددیی مانند "1234" را در اختیار داشت. هر چند ، بسیاری از زبانها این رشته عددی را متعلق به نوع دیگری با مقدار عددی 1234 می دانند.

انواع کاراکترها و رشته ها با توجه عرض کاراکتر مورد نیاز می توانند دارای زیرگروههای مختلف باشند. ASCII ابا عرض 7 بیت از انواع محدود کننده بود و توسط مجموعه های 8 و 16 بیتی جایگزین شد ، که می تواند طیف گسترده ای از الفبای غیر لاتین (مانند عبری و چینی) و سایر نمادها را رمزگذاری کنند. حتی در یک زبان برنامه نویسی مشابه با دیگری رشته ها ممکن است متغیر بر اساس اندازه و یا به اندازه ثابت باشند. آنها همچنین ممکن است در سایز حداکثر خود قرار بگیرند.

توجه: رشته ها یک نوع داده اولیه در همه زبانها نیستند. به عنوان مثال ، در C ، آنها از یک سری کاراکترها تشکیل شده اند.

جستارهای وابسته

• واژه‌نامه داده
• برنامه‌نویسی تابعی
• نظریه نوع‌ها

منابع

مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی.