データ型
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データ型（データがた、data type）とは、（コンピュータにおける[1]）データ（値）の種類に関する分類である。データタイプともいう。
具体的にいうと、たとえば 0, 1, 2, -42 といったような値は整数型であり、"foo", "Hello" といったような値は文字列型である[2]。プログラミングなどにおいて、まずデータオブジェクト[3]や関数[4]などの「値」について、またさらに、それらに関連付け（束縛）される変数や定数[5]、リテラル、それらを組み合わせる演算子、さらにそれらからなる式といった構文上の要素の型が、データ型の議論の対象となる。
型の役割[編集]
いわゆる動的な言語の処理系では、実行時に、何らかの操作がその対象に対して正しいか否か、データ型にもとづいてチェックを入れたりする。（静的な[6]）型システムのある言語では、式などの型に応じて、それに適用される命令にコンパイルされていくという基本的な役割のほか、型に応じてコンピュータで扱いやすいバイナリで記憶したり、式などが持つ型同士の整合性を検査したりすることによって、プログラムの誤りを検出することや、（型にもとづいた範囲の）安全性の検証も可能である[7]。
型の実装[編集]
C言語等の型推論を持たない言語では、型を明示してプログラミングを行う[8]。一方、OCaml等の型推論を持った言語では、型の明示は必ずしも必要ではなく[9]、処理系が自動的に式などの型を推論・決定する。たとえば a = 1 + 2 という文（あるいは定義）があれば「整数同士の加算結果だからaは整数」といった具合に、記述されたソースコードの文脈から静的に、可能な限り型を推論していく。いずれにせよ、型推論を持つ・持たないにかかわらず、静的に型をチェックする言語では、型の整合性がとれていないプログラムはコンパイルに失敗することになり、型の不一致によるプログラミングミスを事前に早期発見しやすくなるという利点がある。
一方、Perl等では変数は型を持たず、実行時に変数の指す先であるデータが持っている型の情報に従って、それが文字であれば文字に対応して、整数であれば整数に対応して、といったように動く。このように、動的プログラミング言語（スクリプト言語）の処理系では、一般にデータ自身の型が振る舞いを決定する[10]。純粋オブジェクト指向言語であるSmalltalkも、同様の型特性を持つ。
一般に動的プログラミング言語では型の特性に合わせた最適化（例えば常に浮動小数点レジスタを用いるなど）ができないので、実行速度という面では静的型に劣るなどと主張される。反面、型の明示が必要なく融通が利くことから、多態性を実現するのが容易であり、動的ダックタイピングに向く。
動的型と静的型のどちらが安全なプログラムを記述できるのかは長年論争の的であるが、双方とも適した問題領域、適した開発スタイルが存在し、異なった安全観念[11]を持つ点を理解しなければならない。
データ型の種類[編集]
単純型と複合型[編集]
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Javaにおいてその型を「プリミティブ型」と「参照型」に2分していることから、それを絶対あるいは普遍のものと思っている者がいるが、実際にはJavaのローカルルールであって（詳細はこの節の最後を参照のこと）、その2種類に分類することが絶対なわけでもなければ、それぞれの内容についてもあらゆるプログラミング（言語）に共通というわけでもない。標準規格などといった言語仕様の詳細を追えば、同じ用語を使っていても、あるいは同じ名前の型やクラスでも、詳細に見れば、あるいはあきらかに内容が違うこともある。また言語仕様などというよりは実装（処理系）の側からの観点による分類もある。典型的なものが文字列で、文字型（単一文字だけからなるもの）の配列（のエイリアス[12]）といったような複合型のこともあれば、古典的なBASICのようにそもそも文字型がないなどの都合で単純型であったりする[13]。
とは言え、理論的な観点からはっきり言えることも無いわけでもない。たとえば「整数の配列」とか「浮動小数点数の行列」というような型は、整数あるいは浮動小数点数といった型から複合されて作られている「複合型」であると言える。それに対し、整数型などはそれとは違って部分を持たないような「単純型」と言える[14]。
より詳しくは、代数的データ型のような考え方によってその型を定義した時に、定義中に他の型が現れるような型は「複合型」であり、定義中に他の型は現れないような型は「単純型」である、ということになる。
他にも、いろいろな分類法が考えられる。
たとえば、ユーザ定義型といったようなものを定義できる言語の場合には、言語であらかじめ定義されている型とユーザにより定義される型という区別がある。ユーザにより定義できる型には制限があるかもしれない（たとえば、複合型しか定義できない、など）。一方で、言語の本体ではどんな型も定義されておらず、基本的な型も全て標準ライブラリ等と呼ばれる基本的なライブラリでユーザ定義型と同じ（考え方としては）ように、定義されているというスタイルのこともある。
第一級（first-class）か否か、という分類もある[15]。その型の値を変数の値とすることができ、その型の値を実引数として関数を適用でき、関数から関数適用の値としてその型の値を返すことができる、といったようなことが自由にできるのが第一級であり、そうでない型は第一級ではない。たとえばC言語では、引数として渡すと配列はポインタになってしまう、など色々と癖がある。また、function typeが第一級関数であれば、いろいろと高階の技法が使える。
また処理系の実装の側からの観点が強い分類だが、レジスタなどのワードに値が直接収まる型と、ワードにはポインタが入り、ポインタの先に実際の値がある型、といったような分類もある（実のところ、次で述べるJavaにおける分類は、これを言語のレベルに抽象化して持ち込んだもの、という印象が強い）。言語処理系実装の論文などで、前者についてimmediate（即値）という表現が見られるかもしれない[16]。ポインタ自身に型などといったような情報を含ませることもある（en:Tagged pointer）。
また、Javaでは、Javaにおけるクラスのインスタンスである（あらゆる）オブジェクトについて、その型は「参照型」であり、intなどそれ以外の限られた全ての型は「プリミティブ型」である。ユーザが定義できるのは、型を定義できるというよりも、クラスを定義できると表現するのが正確ではないかと思われる。
単純型の例[編集]
- 文字型/文字列型
- 文字型 - C/C++などでは数値型の一種で、文字を文字として扱う特別な単純型はない。
- 文字列型 - 特に文字列型を設けず、文字型の配列で文字列を表すプログラミング言語もある（例:C/C++）。逆に文字型を設けず、文字列型しかない言語もある（例:Visual Basic バージョン6まで）。
- 数値型 - 精度とサイズ・処理速度のトレードオフがあるため、サイズと精度が異なる複数の型を持つ言語が多い。
- ブーリアン型 - 論理型、ブール型とも。多くの言語では真偽2値のみを扱うが、3値論理を扱う言語もある。整数型の1と0など、別の型の適当な値にtrueとfalseという別名を与える場合とそうでない場合がある。
- 日付型 - 日付や時刻を扱う型。日付を扱う型と時刻を扱う型が別々の場合もある。
- バイナリ型 - バイナリデータを扱う型。言語によってはバイナリ型を持たずに数値型の配列（例えばCでは1バイト整数型の配列）で表現する場合がある。固定長バイナリと可変長バイナリに分かれている言語もある。
- 関数型 - 第一級関数を持つプログラミング言語では、関数を値として扱うことができる。
- ポインタ型 - 参照型、ハンドル型、オブジェクト型などとも。ポインタ型と呼ぶ場合はポインタ演算の存在を期待されていることが多い。内部表現はアドレスを表す整数型であることが多い。
- void型 - 関数の返り値や引数などで、対応する値が「ない」ことを示すための型。
- ユニット型 - 関数の返り値や引数などで、対応する値が「ない」ことを示すための型。void型との違いは、void型の値（オブジェクト）が存在しないのに対し、ユニット型にはユニット型の値が存在することである。
配列型、関数型、ポインタ型はそれぞれ「～型の配列」、「…型を引数に取り～型を返す関数」、「～型へのポインタ」などと表現し、基にする型がしばしば存在する。そのためCとC++ではこれらを一括りにして「～型の派生型」と分類している。
複合型の例[編集]
- 配列型 - ベクトル型とも。
- リスト型 - 配列型に似るが、インデックス（番号）ではなくポインタ（前後のつながり）で管理されている。
- タプル型 - ペア型とも。固定長の組からなる型。
- 数値型
- 複素数型 - 複素数を扱う型。実数を表現する型があれば複合型として実現できるが、言語によっては単純型として用意している。
- 純虚数型 - 純虚数のみを扱う型。実部が不要な分、記憶域や計算に必要なコストを抑えられる。
- 四元数型 - 四元数（クォータニオン）を扱う型。特に3次元コンピュータグラフィックスの処理で便利なため、言語によっては用意されていることがある。大抵のプログラミング言語ではライブラリにより複合型として実現される。
- 有理数型 - 有理数を分母と分子の組として表現する型。
- 多倍長整数型 - 任意の容量を使い、任意の桁数の整数を表す。これを浮動小数点数や有理数型の要素型に使って実数を表すことも多い。
- 区間型
- 行列型 - 配列型に似るが、行列演算ができる。スカラー型・ベクトル型・行列型を区別する言語と、スカラーやベクトルも列数や行数が1の行列として表す言語がある。
脚注[編集]
- ^ 型理論などは論理学や数学などもっと広い範囲のある話だが、この記事ではもっぱらコンピュータ、特にそのプログラミング言語に関して説明する。
- ^ コンピュータで扱えるものは究極的には有限の数値のみだが、文字に対応する数値を定めることで、文字および文字の集合である文字列を表現している。
- ^ 「データオブジェクト」（data object）でまとまったフレーズである。オブジェクト指向における「オブジェクト」よりも広い意味を持つ。
- ^ 関数名のシンボル（識別子）は、関数オブジェクトないし"関数"型（英語でfunction type。functional の定訳である「関数型」とは異なる）の「値」を持つ定数ないし変数である。
- ^ 定数はリテラルとは違う。詳細はそれぞれの記事を参照。
- ^ 理論的な文脈では、型システムといえば通例静的型付けであり、特に断らない場合があるため、括弧書きとしている。
- ^ 「型理論」にもとづく。詳しくは型システムの記事を参照。
- ^ C言語において型を明示しない場合は暗黙的にintとして扱われる例外ケースもいくつかあるが、推論と呼べるものではない。
- ^ 理論上の限界だけでなく実装上の限界もあるので、型の明示が必要な場合もある。
- ^ 動的か静的か、混在しているものもある。たとえばAWKでは、変数の内容は「数値か文字列か配列」になるのだが、「数値か文字列か」については動的、「配列かそうでないか」は静的である。
- ^ アナロジー的になるため限界はあるが、アクティブセーフティとパッシブセーフティの住み分けが参考になるかもしれない。
- ^ たとえばHaskellでは
Stringは[Char]（Charのリスト）のエイリアスである。 - ^ そのような言語で、文字列処理などで一文字だけの情報を扱う場合（例えば「文字列から先頭の文字を得る」というような関数の返戻値など）、言語設計者の設計次第であるが、数値型でその文字の文字コードに相当する値で扱う、といったものもあれば、長さ1の文字列で扱う、といったものもある。
- ^ なお、浮動小数点型は、仮数部と指数部から成る複合型、というような実装になっている言語も、もしかしたらあるかもしれない。
- ^ 詳細は第一級オブジェクトの記事を参照。
- ^ 機械語における、命令の直後に引き続いたデータという意味のimmediate（即値）と、似ているが異なるものなので注意が必要。
関連項目[編集]
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