編程語(yǔ)言按照類(lèi)型檢查可以分為兩大類(lèi)：靜態(tài)類(lèi)型 (Static Typing) 和 動(dòng)態(tài)類(lèi)型 (Dynamic Typing)。在現(xiàn)在比較流行的這些語(yǔ)言里，靜態(tài)類(lèi)型的代表人物有 Java、C/C++、Golang 等，動(dòng)態(tài)類(lèi)型有 Python、Ruby 等。
靜態(tài)類(lèi)型和動(dòng)態(tài)類(lèi)型有什么區(qū)別呢？為什么在程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)時(shí)要考慮是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)？在寫(xiě)代碼時(shí)，Python 寫(xiě)起來(lái)簡(jiǎn)潔，效率高，可能100行 Java 的程序10行 Python 就能搞定，所以以前我覺(jué)得靜態(tài)類(lèi)型的語(yǔ)言有點(diǎn)太死板了，不如動(dòng)態(tài)類(lèi)型的。但是經(jīng)過(guò)這段時(shí)間編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，不能說(shuō)一個(gè)比另一個(gè)好，個(gè)有所長(zhǎng)吧。這篇文章從3個(gè)角度、6個(gè)方面對(duì)比靜態(tài)類(lèi)型和動(dòng)態(tài)類(lèi)型。
為什么會(huì)有靜態(tài)類(lèi)型/動(dòng)態(tài)類(lèi)型的概念？
程序都需要進(jìn)行錯(cuò)誤的檢查。比如 3 / 0，這個(gè)程序會(huì)有錯(cuò)誤，我們應(yīng)該在什么時(shí)候進(jìn)行檢查呢？
- 在寫(xiě)程序時(shí)，只要編輯器里出現(xiàn)除以0，報(bào)錯(cuò)。
- 在編譯時(shí)，如果檢查到了除以0，報(bào)錯(cuò)。
- 在程序運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行到了除以9，報(bào)錯(cuò)。
- 不報(bào)錯(cuò)，返回?zé)o窮大 (+inf.0)。
不同的語(yǔ)言設(shè)計(jì)上會(huì)選擇在這4個(gè)過(guò)程中不同時(shí)候去報(bào)錯(cuò)。靜態(tài)類(lèi)型和動(dòng)態(tài)類(lèi)型的區(qū)別在于什么時(shí)候報(bào)類(lèi)型的錯(cuò)誤？，比如說(shuō) 3 / "a“，靜態(tài)類(lèi)型多是在編譯時(shí)，動(dòng)態(tài)類(lèi)型多是在程序運(yùn)行時(shí)。怎么報(bào)類(lèi)型的錯(cuò)誤呢？語(yǔ)言里會(huì)有類(lèi)型檢查的機(jī)制，類(lèi)型檢查的目的是避免程序發(fā)生一些事情。
編程語(yǔ)言在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮 什么程序要類(lèi)型檢查？，怎么執(zhí)行類(lèi)型檢查？。靜態(tài)類(lèi)型和動(dòng)態(tài)類(lèi)型是這兩個(gè)問(wèn)題不同回答的產(chǎn)物。
從寫(xiě)代碼的角度對(duì)比
方便性 Convenience
靜態(tài)類(lèi)型更好：靜態(tài)類(lèi)型比較方便，因?yàn)椴挥萌z查 x 是不是 number，* 默認(rèn)只能是 number。
; Racket
(define (cube x)
(if (not (number? x))
(error "bad arguments")
(* x x x)))
(* ML *)
fun cube x = x * x * x
動(dòng)態(tài)類(lèi)型更好：動(dòng)態(tài)類(lèi)型比較方便，因?yàn)橐粋€(gè)函數(shù)可以根據(jù)需要返回不同的類(lèi)型。靜態(tài)類(lèi)型卻需要去構(gòu)造一個(gè)新的數(shù)據(jù)類(lèi)型才能實(shí)現(xiàn)。
; Racket
(define (f y) (if (> y 0) (+ y y) "hi"))
(* ML *)
datatype t = Int of int | String of string
fun f y = if y > 0 then Int(y+y) else String "hi"
fun foo x = case f x of
Int i => Int.toString i
| String s => s
更早的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤 Catching bugs earlier
靜態(tài)類(lèi)型在編譯時(shí)就能發(fā)現(xiàn)類(lèi)型上的錯(cuò)誤，都不用寫(xiě) tests，可以比動(dòng)態(tài)類(lèi)型更早的找到 bug。
但是喜歡動(dòng)態(tài)類(lèi)型的人會(huì)說(shuō)，靜態(tài)類(lèi)型只能找到"簡(jiǎn)單"的錯(cuò)誤，還是需要寫(xiě)單元測(cè)試的，在寫(xiě)單元測(cè)試時(shí)，肯定就能發(fā)現(xiàn)這些"簡(jiǎn)單"的錯(cuò)誤了。
性能 Performance
靜態(tài)類(lèi)型的程序在運(yùn)行時(shí)更快，因?yàn)樵诰幾g時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了檢測(cè)，不需要去儲(chǔ)存和檢測(cè)類(lèi)型，可以節(jié)省程序運(yùn)行的時(shí)間和空間。
但是喜歡動(dòng)態(tài)類(lèi)型的人會(huì)說(shuō)，動(dòng)態(tài)類(lèi)型在性能很關(guān)鍵的部分，可以有一些辦法去優(yōu)化類(lèi)型的儲(chǔ)存和檢測(cè)，比如說(shuō) (let ([x (+ y y)]) (* x 4))，有兩個(gè) y，可以只檢測(cè)一個(gè)，4 是一個(gè)整數(shù)，不需要檢測(cè)，x 是 y + y 的結(jié)果，所以后面的那個(gè) x 也可以不用檢測(cè)。通過(guò)這些方式可以對(duì)程序進(jìn)行一些優(yōu)化，而不需要像靜態(tài)類(lèi)型一樣要受到各種類(lèi)型的限制。
代碼重用 Code Reuse
動(dòng)態(tài)類(lèi)型更好：動(dòng)態(tài)類(lèi)型代碼重用率更高，因?yàn)闆](méi)有嚴(yán)格的類(lèi)型系統(tǒng)，代碼可以被不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)重用。一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子
# Ruby
def double x
x + x
end
x 可以是數(shù)字，把數(shù)字翻倍。x 可以是 string，把兩個(gè) string 連在一起。
動(dòng)態(tài)類(lèi)型中一個(gè) list 里可以有不同的類(lèi)型的數(shù)據(jù)，在循環(huán)遍歷時(shí)會(huì)，能重用更多代碼。
靜態(tài)類(lèi)型更好：靜態(tài)類(lèi)型也有代碼重用的很多方法，比如泛型，子類(lèi)型等等。而且一個(gè) list 只有一種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，可以避免一些難找的bug，也可以避免因?yàn)轭?lèi)型自由而濫用一些庫(kù)。
原型開(kāi)發(fā) Prototyping
動(dòng)態(tài)類(lèi)型更好：動(dòng)態(tài)類(lèi)型更適合原型開(kāi)發(fā)，因?yàn)樵?Prototyping 時(shí)，不一定知道確切的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，類(lèi)型上的自由可以不用在做原型時(shí)就確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了要一直不斷的去滿(mǎn)足類(lèi)型的檢查，降低了原型開(kāi)發(fā)的效率。
靜態(tài)類(lèi)型更好：雖然效率上不一定比的上動(dòng)態(tài)類(lèi)型，靜態(tài)類(lèi)型能更好的記錄整個(gè)系統(tǒng)在 Prototyping 的過(guò)程中，可以知道整個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是怎么變化的。如果是跟之前完全不相關(guān)的代碼，可以直接重寫(xiě)，不需要在之前的做更改。在之前代碼不確定的地方，可以用一些表示所有其他類(lèi)型的方法，比如 | _ => raise Unimplemented。
再開(kāi)發(fā)和維護(hù) Evolution & Maintaince
動(dòng)態(tài)類(lèi)型更好：在更改代碼時(shí)，可以把代碼能接受的變得更"寬"，比如說(shuō)修改函數(shù)返回類(lèi)型，調(diào)用的代碼如果對(duì)返回類(lèi)型沒(méi)有問(wèn)題，可以不用更改。靜態(tài)類(lèi)型必須要更改所有調(diào)用的代碼，不能進(jìn)行局部的測(cè)試。
靜態(tài)類(lèi)型更好：動(dòng)態(tài)類(lèi)型的不用更改舊代碼是一個(gè)隱患，坊間流傳動(dòng)態(tài)類(lèi)型是「寫(xiě)時(shí)一時(shí)爽，重構(gòu)火葬場(chǎng)」，靜態(tài)類(lèi)型的類(lèi)型檢查會(huì)列出所有需要更改的地方，可以避免一些隱藏的bug。
總結(jié)
經(jīng)過(guò)這些對(duì)比，可以看出靜態(tài)類(lèi)型和動(dòng)態(tài)類(lèi)型各有所長(zhǎng)，不能簡(jiǎn)單粗暴的說(shuō)一種比另外一種更好。個(gè)人而言，我覺(jué)得動(dòng)態(tài)類(lèi)型更適合比較小的程序，像 Python，Ruby，做為腳本語(yǔ)言，能簡(jiǎn)單快速的寫(xiě)完對(duì)文件的處理等。動(dòng)態(tài)類(lèi)型 Java 和 C++ 則能過(guò)支持大型的軟件工程項(xiàng)目。
當(dāng)然具體選擇靜態(tài)類(lèi)型或者動(dòng)態(tài)類(lèi)型，取決于想要什么時(shí)候做類(lèi)型檢查？想要什么樣的語(yǔ)言特性，并且應(yīng)該知道選擇的 trade-off 是什么樣的。
Reference
Coursera Programming Languages, Part B Week 3
