Data Types(1) - numeric, string, array

Chapter 6. Data Types

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Introduction

• data type은 data objects 의 모임과 그 값들에 대한 predefined operations의 집합을 정의한다
• descriptor는 변수들의 속성의 모임이다
• object란 user-defined type의 instance를 의미한다
• One design issue for all data types

--> What operatons are defined and how are they specified?

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Primitive Data types

• 대부분의 PL들이 제공하는 기본 데이터 타입 ex) int, char..
• 다른 type들의 관점에서는 정의되지 않은 type 을 primitive data type이라 한다.
• 어떤 primitive data types은 그냥 hardware의 반영이다 - 대부분의 정수 타입

ex) 32bit 컴퓨터에서의 int는 32bit고, 64bit에서는 64bit임

• 다른 primitive data type은 약간의 nonhardeware적 지원이 필요하다

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Numeric type

• int, float, double, sign, unsign...
• 몇몇 초기의 PL들은 이 numeric type만 제공함

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- Integer

• 가장흔한 primitive numeric data type
• 현재 많은 컴퓨터들이 다양한 크기의 integer를 지원함
• Java : byte, short, int, long
• C++ , C# : unsigned integer 포함

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- Floating point

• real number를 모델링 하지만, 정확한 값 표현 x, 근사값일뿐임
• 대부분 float, double 두가지를 지원함
• double-precision variable은 보통 float 보다 두 배 정도의 storage를 차지하고, 적어도 두 배 정도의 bit 개수를 제공한다.
• IEEE Floating-Point Standard 754 를 많이 씀 (컴구에서 배운 그거)

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- Complex(복소수)

• Fortran, Python이 지원함
• python에서는 (7 + 3j) 이런 식으로 표현함 (허수 표현은 원래 i 지만 j로 쓴다)

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- Decimal

• business applications 분야를 지원하기 위해 설계됨 - COBOL에서 필수적
• C#, F#도 이 type을 지원함
• 장점 : 제한된 범위에 포함된 십진수 값들을 정확하게 저장할 수 있음

(0.1 은 decimal로 정확히 표현할 수 있지만, floating point로는 불가능함)

• 단점 : limited range(지수가 허용되지 않아서), wastes memory(binary보다 많은 storage 차지)

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- Boolean

• 가장 단순한 type
• true or false 딱 두개의 element를 가짐
• 1개의 bit로 표현이 가능하지만, 많은 machine에서 single bit of memory에 효율적으로 접근할 수 없기 때문에 효율적으로 addressing이 가능한 byte 에 저장된다. (가장 작은 memory cell 단위)
• 장점 : readability

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- Character

• numeric coding으로 저장된다
• 가장 공통적으로 사용되는 기법 : 8-bit code ASCII (0~127 값에 서로 다른 char 저장)
• 16-bit coding : Unicode(UCS-2)

--> 세상에 존재하는 대부분의 자연 언어를 포함함

--> Java 가 가장 먼저 사용

--> 이후 많은 언어들에 차용됨

• 32-bit Unicode(UCS-4, UTF-32)

--> 2003년부터 Fortran 에서 지원됨

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Character String Types

• sequences of characters
• Design issues

--> Is it a primitive type or just a special kind of array? (C++ : string은 class지 기본타입 x)

--> Should the length of strings be static or dynamic?

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Character String Types Operations

• Assignment and Copying
• Comparison(=, >, etc.)
• Catenation('a' + 'b' = 'ab')
• Substring reference
• Pattern matching

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Character String Type in Certain Languages

• C, C++ -> char array를 통해 character string 저장

--> Not primitive

--> char str[] = "apples" , str = apples\0 ( 문자열이 null로 끝남)

--> + library 를 통해 string operation 제공

• SNOBOL4 (a string manipulation language)

--> Primitive

--> many operation, pattern matching 포함

• Fortran , Python

--> Primitive type with assignment and several operations

• Java(C#, Ruby, swift)

--> Primitive via the String class

• Perl, JavaScript, Ruby, PHP

--> provide built-in pattern matching, using regular expressions

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Character String Length Options

• Static : COBOL, Java's String class​​
• Limited Dynamic Length : C, C++

--> null문자를 사용해서 문자의 끝을 나타냄

--> 제한된 길이 내에서 문자 길이를 자유롭게 조정 가능

• Dynamic(no maximum) : SNOBOL4, Perl, JavaScript

** char a[10]; a = "apple";

static -> a p p l e 0 0 0 0 0 : Length 10

char a[]; a = "apple";

limited dynamic -> a p p l e \0 : length 5(strlen) or 6(sizeof)

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Character String Type Evaluation

• 언어의 writability에 중요하다
• string 을 기본 타입으로 제공하는게 훨씬 편리함.. 비싸지도 않음
• dynamic은 좋지만, 비싸다

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Character String Implementation

• static length : compile time descriptor

static string

Length

Address

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• limited dynamic length : run time descriptor

Limited dynamic string

Maximum length

Current length

Address

--> C, C++은 필요 없다 (null 문자로 구분 해주고 있어서)

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• dynamic length : run time descriptor(using heap)

--> 더 복잡한 stroage 요구(길이에 따라 공간이 와리가리)

--> alloc/dealloc 문제

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Enumeration Types

• All possible values, which are named constants, are provided in the definition

ex) c#

enum days {mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun};

--> default 적으론, mon부터 0, 1, 2 .. 순서대로 정수 값 할당

--> mon = 1, tue = 3 ... 이렇게도 지정 가능

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• Design issues

--> Is an enumeration constant allowed to appear in more than one type definition, and if so, how is the type of an occurrence of that constant checked?

--> Are enumeration values coerced to integer?

--> Any other type coerced to an enumeration type?

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ex) c++

enum color {red, blue}; enum signals {green, yellow}; int haircolor = red; cout << haircolor; // output : 0

c++에서 임의의 numeric type으로 enum value가 할당되는 거 허용함

근데 color white = 2 같이 다른 type 값이 enum type으로 변환되는거 허용 안함(casting 해야됨)

c++ 에서는 same name, different type을 허용 안함 (overloaded literals)

( 위 예시에서 signal 에 red가 들어가 있다면 충돌이라고 에러 난다)

대신 Ada에서는 허용함.

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Evaluation of Enumerated Type

• readability : no need to code a color as a number
• reliability : compiler can check

--> enum type에 산술 연산 불가능

--> No enumeration variable can be assigned a value outside its defined range

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Array Types

• homogeneous aggregate of data elements
• homogeneous : all elements should have same data type
• element들은 첫번째 element랑 비교해서 relative한 위치를 갖는다(not absolute)
• 각각의 element의 주소는 indexing같은 subscript expression에 의해 특정된다.

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Array design issues

• What types are legal for subscripts?
• Are subscripting expressions in element reference range checked?

--> depends on PL, its error or warning..

• When are subscript ranges bound?(related to size of array)
• When does allocation take place?(static or dynamic)
• Are ragged or rectangular multidimensional arrays allowed, or both?

--> ragged : 2차원 배열일 때, 각 1차원 배열이 같은 사이즈

--> rectangular : 2차원 배열일 때, 각 1차원 배열이 다른 사이즈

• What is the maximum number of subscripts?
• Can array object be initialized?
• Are any kind of slices supported?(using the indexing)

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Array Indexing

• Indexing(or subscripting) is mapping from indices to elements
• Index syntax

--> Fortran, Ada use parentheses ()

(Ada 에서 소괄호를 선택한 이유가 array reference랑 function call 사이의 uiformity을 위해서래.. 둘다 mapping이라.. 뭔소리니.. 그니까 함수 A 호출할 때 A() 하는거랑 array b를 참조할 때 b(1)이렇게 하는거랑 어쨌든 둘다 mapping이라 그 균일성이 만들기 위해(?))

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--> most other use brakets []

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Subscript Binding and Array Categories

• Static : subscript 범위랑 storage 할당이 static 함(run time 전에)

--> 장점 : time efficiency

• Fixed stack-dynamic : 범위는 static하게 결정, 할당은 dynamic으로(run time에)

--> 장점 : space efficiency

• Fixd heap-dynamic : 위랑 비슷, 차이점은 binding이 사용자가 요청했을 때 일어난다는 점과, 할당이 stack이 아닌 heap에 된다는 점
• heap-dynamic : 범위랑 할당 둘다 dynamic하게 언제든지 바뀔 수 있음

장점 --> flexibility

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Subscript Binding and Array Categories

• C, C++

--> static 포함 : static

--> static 포함 x : fixed stack-dynamic

--> new, malloc.. : fixed heap-dynamic

• Perl, JavaScript, Python, Ruby support heap-dynamic arrays

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Array Initialization

• C, C++, Java, Swift, C#

--> storage allocation 되는 시점에 초기화 허용

ex)

int list[] = {4,5,7,83} // C# char name[] = "freddie" //8 elements(null), C,C++ char *names[] = {"Bob", "Jake", "Joe"}; // C, C++ String[] names = {"Bob", "Jake", "Joe"}; // Java

Heterogeneous Arrays

• array element끼리 type 다른거 허용
• Perl, Python, JavaScript, Ruby

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Arrays Operations

• APL provides the most powerful array processing operations for vectors and matrixes as well as unary operators(ex/ to reverse column elements)
• Python's array assignments, but they are only reference changes
• Python supports array catenation(+) & element membership operations(in)
• Ruby also provides array catenation

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Rectangular and Jagged Arrays

• C, C++, Java : jagged
• F#, C# : rec + jag 둘다

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Slices

• some substructure of an array (단순히 배열의 한 부분을 참조)
• slices are only useful in languages that have array operations

ex) python

vector = [2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16] mat = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]] // vector[3:6] = [8, 10, 12] // mat[0][0:2] = [1, 2]

ex) Ruby

mylist = [1,2,3,4,5] //list.slice(2,2) = [4,5] (인덱스 2 다음부터 2개)

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Implementation of Array

• list[k]
• address(list[k]) = address(list[lower_bound]) + ((k - lower_bound) * element_size)

-> k가 4면 list[4]의 주소값은 list[0] + 4 * sizeof(anytype)

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Accessing Multi-demensioned Arrays

• 두가지 방법
• Row major order(by rows) - used in most languages
• Column major order(by columns) - used in Fortran

mat = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]] // by rows : 1,2,3,4,5,6,7,8,9 // by column : 1,4,7,2,5,8,3,6,9

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Locating an Element in a Multi-dimensioned Array

• General format

Location(a[i,j]) = address of a[row_lb, col_lb] + (((i - row_lb) * n) + (j - col_lb)) * elemnet_size

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Compile time Descriptor

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Associative Arrays

• unordered collection of data elements
• ex) dictionary
• key 로 indexing 됨

--> user-defined keys must be stored

--> 이거 아니면 regularity 때문에 stored 될 필요 없음

• Design issues

--> What is the form of references of elements?

--> Is the size static or dynamic?

• Built-in type : Perl, Python, Ruby, Swift
• In Perl

%hi_temps = {"Mon" => 77, ...}; // hash 변수 이름만 무조건 %로 시작 $hi_temps{"wed"} = 83; // 원소 추가 //나머지는 $로 delete $hi_temps{"wed"}; //삭제