導(dǎo)讀：當(dāng)描述一門編程語言的時(shí)候民假，我們一般需要區(qū)分它是動(dòng)態(tài)類型還是靜態(tài)類型，區(qū)分它是強(qiáng)類型還是弱類型叠纷。然而愕贡，很多人會(huì)將這幾種類型搞錯(cuò)。本文的目的就是來辨析清楚這四種類型。文中涉及多種編程語言的比對(duì)赃梧，主要介紹的是各編程語言的共性話題滤蝠，希望能給你帶來一些啟發(fā)。
0x01 引言
今天和一個(gè)朋友討論 C++ 是強(qiáng)類型還是弱類型的時(shí)候授嘀，他告訴我 C++ 是強(qiáng)類型的物咳，他和我說因?yàn)?C++ 在寫的時(shí)候需要 int，float 等等關(guān)鍵字去定義變量蹄皱，因此 C++ 是強(qiáng)類型的览闰，我告訴他 C++ 是弱類型的，他竟然還嘲笑我不懂基礎(chǔ)巷折。
我又嘗試去問了另外一個(gè)同學(xué) Python 是強(qiáng)類型還是弱類型的時(shí)候压鉴，得到的竟然是弱類型，就因?yàn)槎x變量沒有 int盔几，float晴弃！
然后我想找一些網(wǎng)上的資料試圖告訴他們他們是錯(cuò)的（我是對(duì)的），結(jié)果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上的資料大多為了嚴(yán)謹(jǐn)結(jié)果把簡單的問題（其實(shí)并不簡單）說的很復(fù)雜逊拍。比如：知乎上的一些 回答上鞠。所以用通俗的方式，以大多數(shù)程序猿（媛）所需要了解的知識(shí)去介紹類型系統(tǒng)芯丧，但是又不喪失嚴(yán)謹(jǐn)性就是這篇文章寫的意義芍阎。
0x02 什么是動(dòng)態(tài)（靜態(tài)）類型，強(qiáng)（弱）類型
基礎(chǔ)版本
編譯時(shí)就知道變量類型的是靜態(tài)類型缨恒；運(yùn)行時(shí)才知道一個(gè)變量類型的叫做動(dòng)態(tài)類型谴咸。比如：
編譯器在將 int age = 18;這段代碼編譯的時(shí)候就會(huì)把 age 的類型確定，換言之骗露，你不能對(duì)他進(jìn)行除以 0 的操作等等岭佳，因?yàn)轭愋捅旧砭投x了可操作的集合；但是像 C++ 里常見的 auto ite = vec.iterator(); 這種也屬于靜態(tài)類型萧锉，這種叫做類型推導(dǎo)珊随，通過已知的類型在編譯時(shí)期推導(dǎo)出不知道的變量的類型。在靜態(tài)類型語言中對(duì)一個(gè)變量做該變量類型所不允許的操作會(huì)報(bào)出語法錯(cuò)誤柿隙。
但是像 var name = student.getName(); 這行 Java 代碼就是動(dòng)態(tài)類型的叶洞，因?yàn)檫@行代碼只有在被執(zhí)行的時(shí)候才知道 name 是字符串類型的，甚至是 null 或 undefined 類型禀崖。你也沒辦法進(jìn)行類型推導(dǎo)衩辟，因?yàn)?student.getName 函數(shù)簽名根本不包含返回值類型信息。后面會(huì)介紹通過一些其他手段來給函數(shù)簽名加上類型波附。在動(dòng)態(tài)類型中對(duì)一個(gè)變量做該變量類型所不允許的操作會(huì)報(bào)出運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤艺晴。
不允許隱式轉(zhuǎn)換的是強(qiáng)類型昼钻，允許隱式轉(zhuǎn)換的是弱類型。比如：
在 Python 中進(jìn)行 '666' / 2 你會(huì)得到一個(gè)類型錯(cuò)誤财饥，這是因?yàn)閺?qiáng)類型語言中是不允許隱式轉(zhuǎn)換的换吧，而在 Java 中進(jìn)行 '666' / 2 你會(huì)得到整數(shù) 333，這是因?yàn)樵趫?zhí)行運(yùn)算的時(shí)候字符串 '666' 先被轉(zhuǎn)換成整數(shù) 666钥星，然后再進(jìn)行除法運(yùn)算沾瓦。
高級(jí)版本
需要先介紹一些基本概念：
Program Errors（程序錯(cuò)誤）
- trapped errors：導(dǎo)致程序終止執(zhí)行（程序意識(shí)到出錯(cuò)，使用對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制）谦炒，如除 0贯莺，Java 中數(shù)組越界訪問
- untrapped errors：程序出錯(cuò)后繼續(xù)執(zhí)行（其實(shí)并不一定保證繼續(xù)執(zhí)行，程序本身并不知道出錯(cuò)宁改，也沒有對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制）缕探，如 C 語言里的緩沖區(qū)溢出，Jmp 到錯(cuò)誤地址
Forbidden Behaviors（禁止行為）
程序在設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)定義一組 forbidden behaviors还蹲，包括了所有的 untrapped errors爹耗，可能包括 trapped errors。
Well behaved谜喊、ill behaved
- well behaved: 如果程序的執(zhí)行不可能出現(xiàn) forbidden behaviors潭兽，則稱為 well behaved
- ill behaved: 只要有可能出現(xiàn) forbidden behaviors，則稱為 ill behaved
他們之間的關(guān)系可以用下圖來表達(dá)：
從圖中可以看出斗遏，綠色的 program 表示所有程序（所有程序山卦，你能想到和不能想到的），error 表示出錯(cuò)的程序诵次，error 不僅僅包括 trapped error 和 untrapped error账蓉。
根據(jù)圖我們可以嚴(yán)格的定義動(dòng)態(tài)類型，靜態(tài)類型逾一；強(qiáng)類型铸本，弱類型
- 強(qiáng)類型：如果一門語言寫出來的程序在紅色矩形外部，則這門語言是強(qiáng)類型的遵堵，也就是上面說的 well behaved
- 弱類型：如果一門語言寫出來的程序可能在紅色矩形內(nèi)部箱玷，則這門語言是弱類型的，也就是上面說的 ill behaved
- 靜態(tài)類型：一門語言在編譯時(shí)排除可能出現(xiàn)在紅色矩形內(nèi)的情況（通過語法報(bào)錯(cuò)）鄙早，則這門語言是靜態(tài)類型的
- 動(dòng)態(tài)類型：一門語言在運(yùn)行時(shí)排除可能出現(xiàn)在紅色矩形內(nèi)的情況（通過運(yùn)行時(shí)報(bào)錯(cuò)汪茧，但如果是弱類型可能會(huì)觸發(fā) untrapped error椅亚，比如隱式轉(zhuǎn)換限番，使得程序看起來似乎是正常運(yùn)行的），則這門語言是動(dòng)態(tài)類型的
舉個(gè)栗子：
在 Python 中執(zhí)行 test = '666' / 3 你會(huì)在運(yùn)行時(shí)得到一個(gè) TypeError 錯(cuò)誤呀舔，相當(dāng)于運(yùn)行時(shí)排除了 untrapped error弥虐，因此 Python 是動(dòng)態(tài)類型扩灯，強(qiáng)類型語言。
在 Java 中執(zhí)行 var test = '666' / 3' 你會(huì)發(fā)現(xiàn) test 的值變成了 222霜瘪，因?yàn)檫@里發(fā)生了隱式轉(zhuǎn)換珠插，因此 Java 是動(dòng)態(tài)類型，弱類型的颖对。更為夸張的是 [] == ![] 這樣的代碼在 Java 中返回的是 true捻撑，這里是具體的 原因。
在 Java 中執(zhí)行 int[] arr = new int[10]; arr[0] = '666' / 3; 你會(huì)在編譯時(shí)期得到一個(gè)語法錯(cuò)誤缤底，這說明 Java 是靜態(tài)類型的顾患，執(zhí)行 int[] arr = new int[10]; arr[11] = 3; 你會(huì)在運(yùn)行時(shí)得到數(shù)組越界的錯(cuò)誤（trapped error），這說明 Java 通過自身的類型系統(tǒng)排除了 untrapped error个唧，因此 Java 是強(qiáng)類型的江解。
而 C 與 Java 類似，也是靜態(tài)類型的徙歼，但是對(duì)于 int test[] = { 1, 2, 3 }; test[4] = 5; 這樣的代碼 C 語言是沒辦法發(fā)現(xiàn)你的問題的犁河，因此這是 untrapped error，因此我們說 C 是弱類型的魄梯。
下圖是常見的語言類型的劃分：
另外桨螺，由于強(qiáng)類型語言一般需要在運(yùn)行時(shí)運(yùn)行一套類型檢查系統(tǒng)，因此強(qiáng)類型語言的速度一般比弱類型要慢画恰，動(dòng)態(tài)類型也比靜態(tài)類型慢彭谁，因此在上述所說的四種語言中執(zhí)行的速度應(yīng)該是 C > Java > Java > Python。但是強(qiáng)類型允扇，靜態(tài)類型的語言寫起來往往是最安全的缠局。
0x03 動(dòng)態(tài)類型與靜態(tài)類型的區(qū)別，如何利用好動(dòng)態(tài)類型
靜態(tài)類型由于在編譯期會(huì)進(jìn)行優(yōu)化考润，所以一般來說性能是比較高的狭园。而動(dòng)態(tài)語言在進(jìn)行類型操作的時(shí)候（比如字符串拼接，整數(shù)運(yùn)算）還需要解釋器去猜測其類型糊治，因此性能很低唱矛；但是現(xiàn)代的解釋器一般會(huì)有一些優(yōu)化措施來提升速度，拿 Java 的 V8 解釋器舉個(gè)栗子：
V8 的優(yōu)化過程（粗略版本）
我們知道井辜，像 Java / C++ 這樣的靜態(tài)類型語言對(duì)于對(duì)象一般都會(huì)有個(gè)類模板（一般調(diào)用函數(shù)的時(shí)候都是去類模板找的）绎谦。而像 V8 這種則是會(huì)在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建類模板，從而在訪問屬性或調(diào)用方法的時(shí)候僅需要計(jì)算該屬性在類模板中的偏移就可以了粥脚；傳統(tǒng)的 Java 對(duì)象一般是通過 Hash 或 Trie 樹實(shí)現(xiàn)的窃肠，但是查找的效率很低。拿一段代碼舉例：
在使用 new 調(diào)用 Point 函數(shù)的時(shí)候會(huì)先生成一個(gè) class0 類模板（運(yùn)行時(shí)生成）刷允，執(zhí)行 this.x = x 的時(shí)候會(huì)生成 class1 類模板冤留，執(zhí)行 this.y = y 的時(shí)候會(huì)生成 class2 類模板碧囊。具體的轉(zhuǎn)換過程如下圖：
為一個(gè)對(duì)象確定一個(gè)類模板可以極大的提升屬性的訪問速度，類模板的確定就是通過走圖里的路徑（轉(zhuǎn)換路徑）纤怒。每當(dāng)你增加或刪除對(duì)象的屬性的時(shí)候都會(huì)導(dǎo)致對(duì)象的類模板發(fā)生改變糯而，甚至你增加的順序不同也會(huì)生成不同的類模板！
V8 如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)方法被調(diào)用（傳入相同類型的參數(shù)）多次時(shí)泊窘，會(huì)使用 JIT 將函數(shù)編譯成二進(jìn)制代碼熄驼，從而提升速度。
結(jié)合 V8 總結(jié)的優(yōu)化方案：
- 不要輕易的增加刪除一個(gè)對(duì)象的屬性烘豹，對(duì)于已有的屬性盡量做到保證類型的不變谜洽，保證隱藏類盡可能被復(fù)用
- 實(shí)例化屬性的時(shí)候盡可能保證屬性添加的順序一致性，保證隱藏類和優(yōu)化代碼可以被復(fù)用
- 盡可能重復(fù)調(diào)用方法吴叶，傳的參數(shù)的個(gè)數(shù)和類型要在多次調(diào)用時(shí)要保持一致
- 對(duì)于數(shù)組阐虚，最好使用 push，unshift 等方法去改變數(shù)組大小蚌卤，緊密的數(shù)組在 V8 中是以連續(xù)的地址存的实束，不要隨意去刪除數(shù)組中的元素，因?yàn)橄∈钄?shù)組在 V8 中是一個(gè) hash 表
- V8 存儲(chǔ)整數(shù)用的是 4 個(gè)字節(jié)逊彭，出現(xiàn)大整數(shù)時(shí)將會(huì)涉及到隱式類型轉(zhuǎn)換咸灿，性能降低，因此盡量不要讓整數(shù)超過 32 bit
0x04 如何避免弱類型語言的問題
弱類型語言由于在運(yùn)行時(shí)缺乏類型系統(tǒng)侮叮，因此很容易出現(xiàn)類型操作上的 untrapped error避矢；C 語言中我們前面介紹了數(shù)組訪問越界的情況，這里我們以弱類型語言 Java 為例：
- 盡量使用嚴(yán)格比較符號(hào)囊榜，如：===
- 盡量不要讓字符串與其他類型的變量進(jìn)行運(yùn)算操作
- 復(fù)雜對(duì)象不要在運(yùn)算符上進(jìn)行操作
0x05 語言類型靜態(tài)化的方案
像 Java 這種動(dòng)態(tài)類型的語言靜態(tài)化后對(duì)運(yùn)行時(shí)的安全性审胸，效率肯定會(huì)有很大的提升的，目前有 Type 這種預(yù)編譯的方案卸勺；還有就是像 flow 這樣的通過注釋來標(biāo)識(shí)類型的方案砂沛。
