2.1 为什么需要不同的数据类型

著名计算机科学家、Pascal之父、1984年图灵奖得主——尼古拉斯·沃斯（Nicklaus Wirth），有一句名言（其实也是他一本著作的名称）广为流传：

算法（Algorithm）+数据结构（Data Structure）=程序（Program）

简单来说，算法本质上就是解决具体计算问题的实施步骤。它的性能（时间或空间复杂度）与它所处理对象的数据结构高度相关。而所谓的数据结构，简单来说，就是数据及数据之间的关系。

在讲解Python中的数据结构之前，我们先讨论一下更为基础的概念——什么是数据类型。学过编程的读者是否思考过这样的问题：为什么一定要定义不同的数据类型呢？如果所有数据都“大一统”地使用二进制形式，岂不更省事？

为何需要数据类型呢？在回答这个问题之前，我们先来温习一下先贤孔子在《论语·阳货》里的一句话：“子之武城，闻弦歌之声。夫子莞尔而笑，曰：‘割鸡焉用牛刀？’”据此，衍生出了一句中国著名的俗语——杀鸡焉用宰牛刀？这是一个疑问句式。是的，杀鸡的刀用来杀鸡，宰牛的刀用来宰牛，用宰牛的刀杀鸡，岂不“大材小用”？

杀鸡的刀和宰牛的刀，虽然都是刀，但属于不同的类型，如果二者混用，要么出现“大材小用”的情况，要么出现“不堪使用”的情况。由此可以看出，正是有了类型的区分，才可以根据不同的类型实施不同的操作，然后“各司其职”，不易出错，示意图如图2-1所示。

图2-1 “割鸡焉用牛刀”之数据类型比喻

除了不同类型的刀承担的功能不一样，为了安置这两种类型的刀，我们还需要给“杀鸡刀”和“宰牛刀”各配一个刀套。于是，刀套的大小自然也是不同的。

如果将“杀鸡刀”放到“宰牛刀”的刀套里，势必造成空间浪费，而将“宰牛刀”放到“杀鸡刀”的刀套里，必然放不下。在必要时，“宰牛刀”经过打磨可以做成“杀鸡刀”。

是的，在计算机语言中，任何数据类型都需要占据内存，但不同数据类型占据的内存大小是不尽相同的。而在必要时，不同数据类型之间也是可以强制转换的，如前面提到的内置函数int()。

对于不同的数据类型，除了它们占用内存空间不尽相同，在其之上的操作也可能不同。也就是说，数据和对数据的操作（即函数），通常存在一定的绑定性，这正是定义数据类型的本质原因。比如，对于普通的整型数据，它们能进行加、减、乘、除和求余等多种操作。而对于特殊的整型数据——指针（即内存的地址编号），它只能做加法和减法操作，因为做其他类型的操作没有意义。