Programmiersprache Pascal

Klassifizierung von Datentypen

• eine Menge von Werten
• einer Menge von Operationen über der Wertemenge

Ein Wert besteht aus einer endlichen Folge von Bits.
Der Datentyp bestimmt

• die Länge der Bitfolge,
• die Struktur der Bitfolge,
  (Setzt sich der Wert aus verschiedenen Komponenten zusammen, und wenn ja, aus welchen)
• die Interpretation der Bitfolge,
• die Möglichkeiten zur Manipulation der Bitfolge.

• elementaren Datentypen und
• abgeleiteten Datentypen.

                      Datentypen
                           |
        +------------------+----------------+
        |                                   |
elementare Datentypen              abgeleitete Datentypen
                                            |
           +------------------+-------------+----+------------------+
           |                  |                  |                  |
     eingeschränkte      aggregierte         abstrakte           Zeiger-
       Datentypen        Datentypen          Datentypen        Datentypen

• Der Wert eines elementaren Datentyps besteht nur aus einer Komponente. d.h. die Werte sind skalar.
• Die Sprachdefinition enthält die Interpretationsvorschrift und legt die Manipulationsmöglichkeiten fest.

• Integer (Teilbereich der ganze Zahlen)
• Real (Teilbereich der reellen Zahlen)
• Boolean (Wahrheitswerte)
• Char (Zeichen aus einem bestimmten Zeichensatz)

Oft existieren unterschiedliche Varianten dieser Datentypen:
gleiche oder ähnliche Interpretationsvorschrift, gleiche oder ähnliche Manipulationsmöglichkeiten, jedoch unterschiedlicher Wertebereich oder unterschiedlicher interner Aufbau.

Alle anderen Datentypen lassen sich aus den elementaren Datentypen ableiten (konstruieren).
Die Werte der elementaren Datentypen sind syntaktisch eindeutig voneinander zu unterscheiden.

Abgeleitete Datentypen

Mit Hilfe von Konstruktoren kann aus einem oder mehreren Basisdatentypen ein neuer Datentyp abgeleitet werden.
Als Basisdatentyp kommen elementare oder andere zuvor abgeleitete Datentypen in Frage.

Vordefinierte abgeleitete Datentypen

Die Sprachdefinition legt fest, wie diese Datentypen konstruiert werden. Ebenso legt sie die Manipulationsmöglichkeiten fest.
it ihnen kann wie mit elementaren Datentypen gearbeitet werden.
Vordefinierte abgeleitete Datentypen sind in verschiedenen Programmiersprach(version)en oft sehr unterschiedlich realisiert.

Beispiele sind

• String (Zeichenketten)
• Complex (komplexe Zahlen)

Eingeschränkte Datentypen

Der Wertebereich eines vorhandenen Basisdatentyps wird eingeschränkt.
Dies kann in folgender Weise geschehen:

• Angabe eines Intervalls (Teilbereichstyp, subrange type, subtypes)
  anzugeben sind der zulässige kleinste und größte Wert
• explizite Aufzählung der zulässigen Werte
  (Aufzählungstyp, enumeration type)

Teilbereichstypen, Aufzählungstypen sowie die elemetaren Datentypen Integer, Char und Boolean bilden oft die Gruppe der ordinalen (diskreten) Datentypen:
Ihre Werte sind eineindeutig abbildbar auf Werte vom Typ Integer.

Aggregierte Datentypen (komplexe Datentypen, composite types)

Die Werte aggregierter Datentypen bestehen aus verschiedenen Komponenten. Die Komponenten können alle den gleichen Datentyp haben (z.B. Arrays), jede Komponente kann aber auch einen anderen Datentyp besitzen (z.B. Records).
Die Komponenten sind sichtbar, alle entsprechend des Datentyps zulässigen Operationen sind uneingeschränkt auf sie anwendbar.

Abstrakte Datentypen (abstract data types, ADT)

Wie bei aggregierten Datentypen bestehen die Werte meist aus verschiedenen Komponenten. Jede Komponente kann einen eigenen Datentyp besitzen.
Der Zugriff auf die Komponenten ist - bei konsequenter Realisierung - nur über Operationen (Methoden) möglich, die Bestandteil der Datentypdeklaration sind.

Zeiger-Datentypen (pointer types)

Die Werte von Zeiger-Datentypen sind Adressen (von Variablen, Unterprogrammen, usw.).
Zeiger-Datentypen werden durch Programmiersprachen unterschiedlich unterstützt:

• kein expliziter Zugriff auf Adressen, d.h. keine Zeiger
• Ermittlung und Weitergabe von Adressen sind möglich
• Ermittlung, Weitergabe und explizite Manipulation von Adressen sind möglich

Zu unterscheiden ist, durch wen und in welcher Form abgeleitete Datentypen eingeführt werden:

             abgeleitete Datentypen
                        |
     +------------------+----------------+
     |                                   |
  vordefinierte            benutzerdefinierte 
   Datentypen                  Datentypen
                                   |
                          +--------+-------+
                          |                |
                       anonyme          benannte
                      Datentypen       Datentypen

Die Ableitungsvorschrift ist Bestandteil der Sprachdefinition.
Der Umgang mit vordefinierte Datentypen unterscheidet sich syntaktisch meist nicht von dem Umgang mit elementaren Datentypen.

Vordefinierte Datentypen besitzen einen Namen. Dieser Name gilt entweder als reserviertes Wort oder als vordefiniertes Wort.
Beispiele: INTEGER, REAL, CHAR

Benutzerdefinierte Datentypen (user-defined types)

Die Ableitungsvorschrift ist Bestandteil des Programms, welches die Datentypen benutzt.
Der Datentyp wird vom Programmierer als Benutzer der Programmiersprache eingeführt.

Anonyme Datentypen (anonymous types)

Die Einführung anonymer Datentypen erfolgt im Zusammenhang mit der Deklaration von Variablen.
Ein anonymer Datentyp wird nicht separat deklariert, die Ableitungsvorschrift ist Bestandteil einer Variablendeklaration.
Wegen des fehlenden Namens ist eine Bezugnahme auf den Datentyp nicht möglich, d.h. anonyme Datentypen können nicht nachgenutzt werden.

Beispiel (Pascal):

  VAR x : ARRAY[1..100] OF INTEGER;

Die Ableitungsvorschrift wird innerhalb einer Typdeklaration separat notiert, der abgeleitete Datentyp erhält einen Namen.
Der Datentyp kann nachgenutzt werden.
Beispiel:

  TYPE feld = ARRAY[1..100] OF INTEGER;

• der Sprachstandard
  Sprachstandards werden von der ISO (International Standards Organization) beschlossen.
  Nationale Standards stimmen meist mit dem ISO-Standard überein.
  Achtung:
  • Sprachstandards werden etwa aller 5 Jahre aktualisiert
  • oft existieren verschiedene Sprachniveaus (levels)
• die Sprachbeschreibung des verwendeten Programmiersystems
  Fast immer existieren Abweichungen zum Sprachstandard. Dies können sowohl Erweiterungen als auch Einschränkungen sein.
  Achtung:
  Der realisierte Sprachumfang ist oft versionsabhängig.

Durch Programmiersprachen können zur Verfügung gestellt werden:

• elementare Datentypen
• vordefinierte abgeleitete Datentypen
• Mechanismen zur Konstruktion von anonymen Datentypen
• Mechanismen zur Konstruktion von benutzerdefinierten aggregierten bzw. abstrakten Datentypen

Abstrakte Datentypen sind im allgemeinen benutzerdefiniert. Häufig werden den Sprachsystemen vorgefertigte abstrakte Datentypen beigefügt, diese gehören jedoch nicht zur Sprache im engeren Sinne und sind austauschbar und damit als benutzerdefiniert einzustufen.

Abgeleitete Datentypen sind, wenn auch in unterschiedlichem Maße, in allen algorithmischen Programmiersprachen möglich. Dabei sind folgende Entwicklungsniveaus zu erkennen, die jeweils aufeinander aufbauen:

• einige vordefinierte aggregierte Datentypen (z.B. Zeichenketten), anonyme aggregierte Datentypen (z.B. Arrays),
• benutzerdefinierte aggregierte Datentypen (z.B. Records),
• abstrakte Datentypen,
• Objekte als spezielle Form von abstrakten Datentypen.

Eine weitere Möglichkeit, Datentypen zu klassifizieren, besteht darin, die Struktur ihrer Werte zu untersuchen:

• skalare Datentypen
  die Werte sind "einfach" (z.B. Zahlen, Zeichen, logische Werte)
  alle elementaren Datentypen sind skalar, ferner trifft dies auf einige abgeleitete Datentypen zu
• strukturierte Datentypen
  die Werte bestehen aus verschiedenen Komponenten, die direkt ansprechbar sind, z.B. Arrays, Records
• prozedurale Datentypen
  die Werte sind die Namen von Unterprogrammen (Prozeduren oder Funktionen).
• Datenströme (streams)
  

• generische Datentypen (parametrisierte Datentypen, discriminated types)
  die Typdeklaration enthält Parameter
  bei der Deklaration von Variablen derartiger Typen sind die Parameter mit konkreten Werten zu versehen
  generische Datentypen sind nur in neueren Sprachen verfügbar, z.B. in Ada
• nichtgenerische Datentypen
  

Typbindung

Werte werden in einem Programm in Variablen oder Konstanten gespeichert.
Wie erfolgt die Bindung einer Variablen an einen Datentyp ?

• statische Bindung
  Der Sprachübersetzer ordnet fest einen Datentyp zu.
• dynamische Bindung
  Der Datentyp wird zur Laufzeit zugeordnet: Bei der Wertzuweisung an eine Variable wird der Wert analysiert.

• Deklarationspflicht - explizite Typfestlegung
  Allen Variablen muß explizit ein Datentyp zugeordnet werden.
  Gegebenenfalls werden hier allerdings Bezeichner akzeptiert, die für eine Klasse von Datentypen stehen.
• implizite Typfestlegung
  Der Sprachübersetzer schließt aus bestimmten Merkmalen auf den Datentyp, z.B. bei Variablen aus dem Variablennamen oder bei Konstanten aus dem Wert.
• keine Typfestlegung

Datentypen lassen sich durch folgende Attribute charakterisieren:

• Name
• Gültigkeitsbereich
• Konstruktionsregel
• Wertebereich
• zulässige Operationen

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P. Böhme, 14.07.1996