April 17, 2025

STP071: Das Periodensystem der Datentypen

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Offenbar gibt es unterschiedliche Ergebnisse, wenn verschiedene Datentypen für die gleichen Dinge verwendet werden. Wir fangen heute mal damit an, zu verstehen, welche Datentypen es denn überhaupt gibt. Außerdem geht es scheinbar um Kaffee und Rost.

Shownotes

JSON: ein populäres Format für die Serialisierung von Daten

Serialisierung: "Abbildung von strukturierten Daten auf eine sequenzielle Darstellungsform", insb. auf Bytefolgen wie in einer Datei oder einer Datenübertragung im Netzwerk

JSON ist bekannt dafür, nicht erfunden, sondern "entdeckt" worden zu sein

https://www.corecursive.com/json-vs-xml-douglas-crockford/

außerdem relativ minimal: nur sechs verschiedene Grundstrukturen

aber trotzdem relativ universell: damit unser Ausgangspunkt für die Kartografierung der Welt der Datentypen

außerdem Gegenüberstellung mit dem Typvorrat von Rust (einer zeitgenössischen Programmiersprache mit einem detaillierten Typsystem)

atomare Datentypen: einzelne Werte (C++ nennt sie "Plain Old Data" (POD), Perl nennt sie "Skalare")

Boolean: ein Bit (wahr oder falsch)

Typvorrat in Rust: bool

in JSON: true oder false

Zahlen: in verschiedenen Bitgrößen, mit oder ohne Vorzeichen, Ganzzahl oder Fließkommazahl

Typvorrat in Rust: u8/i8, u16/i16, u32/i32, u64/i64, u128/i128, usize/isize, f32, f64

in JSON: wie gewohnt ausgeschrieben (z.B. 42, -23.5) oder in wissenschaftlicher Notation (z.B. 7.297e-3 oder -6.022E23)

Zeichenfolgen: nicht wirklich unteilbar, aber wird für gewöhnlich als einzelner Wert verstanden

Typvorrat in Rust: String (UTF-8), OsString (Kodierung gemäß Zeichentabelle des Systems) und andere

in JSON: als Zeichenkette mit Anführungszeichen und mit Escape-Sequenzen für nicht druckbare Zeichen (z.B. "Mit freundlichen Grüßen\nErika Mustermann")

fehlender Wert: in JSON null (heißt woanders vielleicht auch nil)

Typvorrat in Rust: siehe später

Listen: ein abgeleiteter Datentyp

deswegen vorhin "atomar": der Typ einer Liste bestimmt sich aus dem Typ der Elemente (in statisch typisierten Programmiersprachen ist z.B. "Liste von 8-Bit-Zahlen" etwas anderes als "Liste von Strings" oder "Liste von Listen von Strings")

Typvorrat in Rust:

mit variabler Länge: Vec, wobei X für den Typ der Elemente steht (Beispiele zu oben: Vec, Vec, Vec>); der Name "Vec" deutet auf die Struktur im Arbeitsspeicher hin

mit fester Länge: [X; N], wobei N für die Anzahl von Elementen steht

in JSON: kommagetrennte Liste der Elemente in eckigen Klammern (z.B. [42, 23])

Unterschiede zu Rust:

JSON ist nicht statisch typisiert und hat nur einen Listentyp, der alle möglichen Elemente enthalten kann und beliebig lang sein kann (z.B. [42, "Hallo", []])

assoziative Datenfelder: ein anderer abgeleiteter Datentyp

enthält nicht einzelne Elemente, sondern Paare von Schlüssel und Wert; ermöglicht schnellen Zugriff auf einen Wert anhand seines Schlüssels

heißt je nach Programmiersprache bzw. Datenformat "Objekt", "Map", "Dictionary" etc.

Typvorrat in Rust: unter anderem HashMap, wobei K der Schlüsseltyp ("key") und V der Werttyp ("value") ist; der Name "HashMap" deutet auf die Struktur im Arbeitsspeicher hin

in JSON: kommagetrennte Liste von Wertpaaren in geschweiften Klammern, die Wertpaare jeweils mit Doppelpunkt getrennt; der Schlüssel muss ein String sein (z.B. {"Karo": 9, "Herz": 10, "Pik": 11, "Kreuz": 12})

wiederum Unterschied zu Rust: Werte verschiedener Typen dürfen gemischt werden

Damit ist alles beschrieben, was JSON kann, doch es gibt so viel mehr! Beispiele für abgeleitete Datentypen:

Mengen ("Sets"): wie Listen, aber ohne definierte Ordnung

in Rust: HashSet; der Name "HashSet" deutet auf die Struktur im Arbeitsspeicher hin

Graphen: Netzwerke von Knoten mit Kanten dazwischen (z.B. Straßenkarte: Kreuzungen = Knoten, Straßen = Kanten)

in Rust: kein entsprechender Typ in der Standardbibliothek

ähnlich wie bei Listen und assoziativen Datenfeldern viele verschiedene Implementationsstrategien, aber bei Graphen gibt es keinen "Standardansatz"

Außerdem ist JSON relativ restriktiv in der Auswahl an PODs. Andere Serialisierungsformate unterstützen zum Beispiel Datums- oder Zeitangaben, Referenzen auf externe Dateien etc.

im Gespräch erwähnt

Hörtipp: Douglas Crockford bei CoRecursive zur Entstehung von JSON

Lehrbuch: Structure and Interpretation of Computer Programs

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By Xyrillian Noises