Bỏ qua

Kiểu dữ liệu cơ bản

Khi nói về dữ liệu được lưu trữ trong máy tính, chúng ta nghĩ đến nhiều định dạng khác nhau như văn bản, hình ảnh, video, âm thanh, mô hình 3D, v.v. Mặc dù các loại dữ liệu này được tổ chức theo nhiều cách khác nhau, nhưng chúng đều được cấu thành từ các kiểu dữ liệu cơ bản (basic data type) khác nhau.

Kiểu dữ liệu cơ bản là các kiểu dữ liệu mà CPU có thể thao tác trực tiếp, và chúng được sử dụng trực tiếp trong các thuật toán, chủ yếu bao gồm các kiểu sau.

  • Các kiểu số nguyên (integer): byte, short, int, long.
  • Các kiểu số thực dấu phẩy động (floating-point): float, double, dùng để biểu diễn các số thập phân.
  • Kiểu ký tự (character): char, dùng để biểu diễn các chữ cái, dấu câu và cả các biểu tượng cảm xúc (emoji) trong nhiều ngôn ngữ khác nhau.
  • Kiểu Boolean: bool, dùng để biểu diễn các phán đoán "đúng" (yes) và "sai" (no).

Các kiểu dữ liệu cơ bản được lưu trữ dưới dạng nhị phân (binary) trong máy tính. Một chữ số nhị phân là một bit. Trong hầu hết các hệ điều hành hiện đại, \(1\) byte gồm \(8\) bit.

Phạm vi giá trị của các kiểu dữ liệu cơ bản phụ thuộc vào dung lượng không gian bộ nhớ mà chúng chiếm dụng. Dưới đây là một ví dụ sử dụng Java.

  • Kiểu số nguyên byte chiếm \(1\) byte = \(8\) bit, và có thể biểu diễn \(2^{8}\) số.
  • Kiểu số nguyên int chiếm \(4\) byte = \(32\) bit, và có thể biểu diễn \(2^{32}\) số.

Bảng dưới đây liệt kê không gian chiếm dụng, phạm vi giá trị và giá trị mặc định của các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau trong Java. Bạn không cần phải ghi nhớ bảng này; chỉ cần hiểu khái quát là đủ và có thể tham khảo lại khi cần.

Bảng   Không gian chiếm dụng và phạm vi giá trị của các kiểu dữ liệu cơ bản

Kiểu dữ liệu Ký hiệu Không gian chiếm dụng Giá trị nhỏ nhất Giá trị lớn nhất Giá trị mặc định
Số nguyên byte 1 byte \(-2^7\) (\(-128\)) \(2^7 - 1\) (\(127\)) \(0\)
short 2 byte \(-2^{15}\) \(2^{15} - 1\) \(0\)
int 4 byte \(-2^{31}\) \(2^{31} - 1\) \(0\)
long 8 byte \(-2^{63}\) \(2^{63} - 1\) \(0\)
Số thực float 4 byte \(1.175 \times 10^{-38}\) \(3.403 \times 10^{38}\) \(0.0\text{f}\)
double 8 byte \(2.225 \times 10^{-308}\) \(1.798 \times 10^{308}\) \(0.0\)
Ký tự char 2 byte \(0\) \(2^{16} - 1\) \(0\)
Boolean bool 1 byte \(\text{false}\) \(\text{true}\) \(\text{false}\)

Xin lưu ý rằng bảng trên áp dụng riêng cho các kiểu dữ liệu cơ bản của Java. Mỗi ngôn ngữ lập trình đều có các định nghĩa kiểu dữ liệu riêng, và việc sử dụng không gian, phạm vi giá trị cũng như giá trị mặc định của chúng có thể khác nhau.

  • Trong Python, kiểu số nguyên int có thể có kích thước tùy ý, chỉ bị giới hạn bởi bộ nhớ khả dụng; kiểu số thực float là kiểu chính xác kép 64-bit (double-precision); không có kiểu char, một ký tự đơn thực chất là một chuỗi str có độ dài bằng 1.
  • C và C++ không quy định rõ ràng kích thước của các kiểu dữ liệu cơ bản, điều này thay đổi tùy thuộc vào trình biên dịch và nền tảng. Bảng trên tuân theo mô hình dữ liệu (data model) LP64, được sử dụng trong các hệ điều hành Unix 64-bit bao gồm Linux và macOS.
  • Kích thước của ký tự char là 1 byte trong C và C++, và trong hầu hết các ngôn ngữ lập trình, nó phụ thuộc vào phương pháp mã hóa ký tự cụ thể, như được trình bày chi tiết trong phần "Mã hóa ký tự".
  • Mặc dù việc biểu diễn một giá trị boolean chỉ cần 1 bit (\(0\) hoặc \(1\)), nhưng nó thường được lưu trữ dưới dạng 1 byte trong bộ nhớ. Điều này là do các CPU máy tính hiện đại thường sử dụng 1 byte làm đơn vị bộ nhớ nhỏ nhất có thể định địa chỉ.

Vậy mối quan hệ giữa các kiểu dữ liệu cơ bản và cấu trúc dữ liệu là gì? Chúng ta biết rằng cấu trúc dữ liệu là các cách tổ chức và lưu trữ dữ liệu trong máy tính. Ở đây, trọng tâm nằm ở "cấu trúc", chứ không phải "dữ liệu".

Nếu muốn biểu diễn "một dãy số", chúng ta tự nhiên sẽ nghĩ đến việc sử dụng mảng. Điều này là do cấu trúc tuyến tính của mảng có thể biểu diễn các mối quan hệ kề cận và thứ tự của các con số, nhưng việc nội dung lưu trữ là số nguyên int, số thực float hay ký tự char lại không liên quan đến chính "cấu trúc dữ liệu" đó.

Nói cách khác, các kiểu dữ liệu cơ bản cung cấp "kiểu nội dung" của dữ liệu, trong khi cấu trúc dữ liệu cung cấp "phương thức tổ chức" của dữ liệu. Ví dụ, trong đoạn mã sau, chúng ta sử dụng cùng một cấu trúc dữ liệu (mảng) để lưu trữ và biểu diễn các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau, bao gồm int, float, char, bool, v.v.

# Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
numbers: list[int] = [0] * 5
decimals: list[float] = [0.0] * 5
# Trong Python, ký tự thực chất là chuỗi có độ dài bằng 1
characters: list[str] = ['0'] * 5
bools: list[bool] = [False] * 5
# Danh sách Python có thể lưu trữ tự do các kiểu dữ liệu cơ bản và tham chiếu đối tượng khác nhau
data = [0, 0.0, 'a', False, ListNode(0)]

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
int numbers[5];
float decimals[5];
char characters[5];
bool bools[5];

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
int[] numbers = new int[5];
float[] decimals = new float[5];
char[] characters = new char[5];
boolean[] bools = new boolean[5];

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
int[] numbers = new int[5];
float[] decimals = new float[5];
char[] characters = new char[5];
bool[] bools = new bool[5];

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
var numbers = [5]int{}
var decimals = [5]float64{}
var characters = [5]byte{}
var bools = [5]bool{}

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
let numbers = Array(repeating: 0, count: 5)
let decimals = Array(repeating: 0.0, count: 5)
let characters: [Character] = Array(repeating: "a", count: 5)
let bools = Array(repeating: false, count: 5)

// Mảng JavaScript có thể tự do lưu trữ các kiểu dữ liệu cơ bản và đối tượng khác nhau
const array = [0, 0.0, 'a', false];

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
const numbers: number[] = [];
const characters: string[] = [];
const bools: boolean[] = [];

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
List<int> numbers = List.filled(5, 0);
List<double> decimals = List.filled(5, 0.0);
List<String> characters = List.filled(5, 'a');
List<bool> bools = List.filled(5, false);

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
let numbers: Vec<i32> = vec![0; 5];
let decimals: Vec<f32> = vec![0.0; 5];
let characters: Vec<char> = vec!['0'; 5];
let bools: Vec<bool> = vec![false; 5];

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
int numbers[10];
float decimals[10];
char characters[10];
bool bools[10];

// Khởi tạo mảng bằng các kiểu dữ liệu cơ bản khác nhau
val numbers = IntArray(5)
val decinals = FloatArray(5)
val characters = CharArray(5)
val bools = BooleanArray(5)

# Danh sách Ruby có thể lưu trữ tự do các kiểu dữ liệu cơ bản và tham chiếu đối tượng khác nhau
data = [0, 0.0, 'a', false, ListNode(0)]
Trực quan hóa mã nguồn

https://pythontutor.com/render.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E4%BD%BF%E7%94%A8%E5%A4%9A%E7%A7%8D%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%B1%BB%E5%9E%8B%E6%9D%A5%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20numbers%20%3D%20%5B0%5D%20*%205%0A%20%20%20%20decimals%20%3D%20%5B0.0%5D%20*%205%0A%20%20%20%20%23%20Python%20%E7%9A%84%E5%AD%97%E7%AC%A6%E5%AE%9E%E9%99%85%E4%B8%8A%E6%98%AF%E9%95%BF%E5%BA%A6%E4%B8%BA%201%20%E7%9A%84%E5%AD%97%E7%AC%A6%E4%B8%B2%0A%20%20%20%20characters%20%3D%20%5B'0'%5D%20*%205%0A%20%20%20%20bools%20%3D%20%5BFalse%5D%20*%205%0A%20%20%20%20%23%20Python%20%E7%9A%84%E5%88%97%E8%A1%A8%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E8%87%AA%E7%94%B1%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%90%84%E7%A7%8D%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%B1%BB%E5%9E%8B%E5%92%8C%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20data%20%3D%20%5B0,%200.0,%20'a',%20False,%20ListNode%280%29%5D&cumulative=false&curInstr=12&heapPrimitives=nevernest&mode=display&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false