静态类型和动态类型有什么区别？

编程语言按照类型检查可以分为两大类：静态类型 (Static Typing) 和 动态类型 (Dynamic Typing)。在现在比较流行的这些语言里，静态类型的代表人物有 Java、C/C++、Golang 等，动态类型有 Python、Ruby 等。

静态类型和动态类型有什么区别呢？为什么在程序语言设计时要考虑是静态还是动态？在写代码时，Python 写起来简洁，效率高，可能100行 Java 的程序10行 Python 就能搞定，所以以前我觉得静态类型的语言有点太死板了，不如动态类型的。但是经过这段时间编程语言的学习，不能说一个比另一个好，个有所长吧。这篇文章从3个角度、6个方面对比静态类型和动态类型。

为什么会有静态类型/动态类型的概念？

程序都需要进行错误的检查。比如 3 / 0，这个程序会有错误，我们应该在什么时候进行检查呢？

  1. 在写程序时，只要编辑器里出现除以0，报错。
  2. 在编译时，如果检查到了除以0，报错。
  3. 在程序运行时，运行到了除以9，报错。
  4. 不报错，返回无穷大 (+inf.0)。

不同的语言设计上会选择在这4个过程中不同时候去报错。静态类型和动态类型的区别在于什么时候报类型的错误？，比如说 3 / “a“，静态类型多是在编译时，动态类型多是在程序运行时。怎么报类型的错误呢？语言里会有类型检查的机制，类型检查的目的是避免程序发生一些事情。

编程语言在设计时，要考虑 什么程序要类型检查？，怎么执行类型检查？。静态类型和动态类型是这两个问题不同回答的产物。

从写代码的角度对比

方便性 Convenience

静态类型更好：静态类型比较方便，因为不用去检查 x 是不是 number，* 默认只能是 number。

; Racket
(define (cube x)
  (if (not (number? x))
      (error "bad arguments")
      (* x x x)))

(* ML *)
fun cube x = x * x * x

动态类型更好：动态类型比较方便，因为一个函数可以根据需要返回不同的类型。静态类型却需要去构造一个新的数据类型才能实现。

; 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

更早的发现错误 Catching bugs earlier

静态类型在编译时就能发现类型上的错误，都不用写 tests，可以比动态类型更早的找到 bug。

但是喜欢动态类型的人会说，静态类型只能找到”简单”的错误，还是需要写单元测试的，在写单元测试时，肯定就能发现这些”简单”的错误了。

性能 Performance

静态类型的程序在运行时更快，因为在编译时已经进行了检测，不需要去储存和检测类型，可以节省程序运行的时间和空间。

但是喜欢动态类型的人会说，动态类型在性能很关键的部分，可以有一些办法去优化类型的储存和检测，比如说 (let ([x (+ y y)]) (* x 4))，有两个 y，可以只检测一个，4 是一个整数，不需要检测，x 是 y + y 的结果，所以后面的那个 x 也可以不用检测。通过这些方式可以对程序进行一些优化，而不需要像静态类型一样要受到各种类型的限制。

代码重用 Code Reuse

动态类型更好：动态类型代码重用率更高，因为没有严格的类型系统，代码可以被不同类型的数据重用。一个最简单的例子

# Ruby
def double x
	x + x
end

x 可以是数字，把数字翻倍。x 可以是 string，把两个 string 连在一起。

动态类型中一个 list 里可以有不同的类型的数据，在循环遍历时会，能重用更多代码。

静态类型更好：静态类型也有代码重用的很多方法，比如泛型，子类型等等。而且一个 list 只有一种类型的数据，可以避免一些难找的bug，也可以避免因为类型自由而滥用一些库。

原型开发 Prototyping

动态类型更好：动态类型更适合原型开发，因为在 Prototyping 时，不一定知道确切的数据结构和函数，类型上的自由可以不用在做原型时就确定数据结构，导致了要一直不断的去满足类型的检查，降低了原型开发的效率。

静态类型更好：虽然效率上不一定比的上动态类型，静态类型能更好的记录整个系统在 Prototyping 的过程中，可以知道整个过程数据类型、数据结构是怎么变化的。如果是跟之前完全不相关的代码，可以直接重写，不需要在之前的做更改。在之前代码不确定的地方，可以用一些表示所有其他类型的方法，比如 | _ => raise Unimplemented。

再开发和维护 Evolution & Maintaince

动态类型更好：在更改代码时，可以把代码能接受的变得更”宽”，比如说修改函数返回类型，调用的代码如果对返回类型没有问题，可以不用更改。静态类型必须要更改所有调用的代码，不能进行局部的测试。

静态类型更好：动态类型的不用更改旧代码是一个隐患，坊间流传动态类型是「写时一时爽，重构火葬场」，静态类型的类型检查会列出所有需要更改的地方，可以避免一些隐藏的bug。

总结

经过这些对比，可以看出静态类型和动态类型各有所长，不能简单粗暴的说一种比另外一种更好。个人而言，我觉得动态类型更适合比较小的程序，像 Python，Ruby，做为脚本语言，能简单快速的写完对文件的处理等。动态类型 Java 和 C++ 则能过支持大型的软件工程项目。

当然具体选择静态类型或者动态类型，取决于想要什么时候做类型检查？想要什么样的语言特性，并且应该知道选择的 trade-off 是什么样的。

Reference

Coursera Programming Languages, Part B Week 3

技术编程语言