Duck typing trong lập trình

Duck typing (tạm dịch là kiểu vịt) là một khái niệm trong lập trình được sử dụng để miêu tả cách ngôn ngữ lập trình xác định kiểu dữ liệu của một đối tượng dựa trên hành vi của đối tượng đó thay vì kiểu dữ liệu tường minh được định nghĩa trước. Thuật ngữ này xuất phát từ câu nói “Nếu nó đi như vịt, và kêu như vịt, thì nó chắc chắn là con vịt” [1].

Trong ngôn ngữ lập trình sử dụng duck typing, kiểu dữ liệu của một đối tượng không được quyết định bởi tên kiểu (ví dụ: integer, string, etc.), mà thay vào đó là bởi các hành vi hoặc phương thức mà đối tượng hỗ trợ. Nếu một đối tượng hành vi giống như một kiểu cụ thể, thì nó có thể được coi như thuộc kiểu đó, ngay cả khi nó không được khai báo với kiểu đó tường minh.

Duck typing thường được sử dụng trong các ngôn ngữ lập trình có kiểu dữ liệu động, nơi các kiểu dữ liệu không cần phải được khai báo tường minh [2]. Python là một ví dụ phổ biến về ngôn ngữ sử dụng duck typing. Điều này cho phép bạn tập trung vào hành vi của đối tượng thay vì phải quan tâm đến kiểu dữ liệu cụ thể. Ngoài ra, Javascript, PHP, Ruby, Perl, Smalltalk và Objective-C cũng là các ngôn ngữ hỗ trợ duck typing.

Ưu điểm của duck typing

Duck typing có một số ưu điểm quan trọng trong lập trình:

• Linh hoạt và tự nhiên: Duck typing cho phép lập trình viên làm việc với đối tượng dựa trên hành vi thay vì phải quan tâm đến kiểu dữ liệu cụ thể. Điều này làm cho mã nguồn trở nên tự nhiên và dễ đọc hơn, và giúp tạo ra mã nguồn linh hoạt hơn.
• Thích ứng tốt với thay đổi: Duck typing làm cho mã nguồn dễ dàng thích ứng với sự thay đổi. Nếu bạn cần thay đổi hoặc mở rộng một đối tượng, bạn chỉ cần thêm hoặc xóa các phương thức hoặc thuộc tính mà đối tượng cần, không cần phải thay đổi kiểu cụ thể của nó.
• Tái sử dụng mã nguồn: Duck typing thúc đẩy tái sử dụng mã nguồn. Bạn có thể sử dụng một đối tượng với hành vi tương tự trong nhiều tình huống khác nhau, giúp giảm sự lặp lại mã nguồn và tối ưu hóa quá trình phát triển.
• Phù hợp cho ngôn ngữ được xác định động: Duck typing phù hợp với ngôn ngữ có kiểu dữ liệu động, nơi kiểu dữ liệu không cần phải được định rõ tường minh. Điều này giúp làm cho mã nguồn trong các ngôn ngữ như Python, Ruby, JavaScript, và PHP trở nên tự nhiên hơn.
• Tích hợp dễ dàng: Duck typing giúp tạo ra các đối tượng tương tự dễ dàng tích hợp với nhau. Bạn không cần phải kế thừa từ các lớp cơ sở cụ thể; chỉ cần đảm bảo các đối tượng hỗ trợ cùng một hành vi là có thể làm việc với nhau.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng duck typing có thể dẫn đến lỗi tại thời chạy (runtime errors) nếu không kiểm tra kỹ hành vi của đối tượng. Do đó, việc sử dụng duck typing đòi hỏi sự thận trọng và kiểm tra đầy đủ hành vi của đối tượng để tránh các lỗi không mong muốn.

Nhược điểm của duck typing

Mặc dù duck typing có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng đi kèm với một số nhược điểm:

• Khó kiểm tra lỗi tại thời điểm biên dịch (Compile-Time Errors): Một trong những nhược điểm lớn nhất của duck typing là khó kiểm tra lỗi tại thời biên dịch. Lỗi kiểu dữ liệu thường chỉ xuất hiện tại thời chạy (runtime), điều này có thể làm cho việc tìm và sửa lỗi trở nên khó khăn hơn và dẫn đến các lỗi không mong muốn khi ứng dụng được thực thi.
• Khả năng gây hiểu nhầm: Duck typing có thể dẫn đến hiểu nhầm nếu không đủ sự rõ ràng trong việc đặt tên cho phương thức hoặc thuộc tính. Bạn cần phải xác định rõ ràng hành vi mà một đối tượng cần hỗ trợ để tránh hiểu nhầm.
• Khả năng lỗi tại thời điểm chạy (Runtime Errors): Do không có kiểm tra kiểu tại thời biên dịch, có thể xảy ra các lỗi tại thời chạy khi một đối tượng không hỗ trợ một phương thức hoặc thuộc tính mà bạn gọi.
• Khó theo dõi mã nguồn ứng dụng lớn: Trong các ứng dụng lớn và phức tạp, việc theo dõi các đối tượng và kiểm tra xem chúng có hành vi cần thiết hay không có thể trở nên khó khăn. Điều này có thể gây rối và làm tăng khả năng xuất hiện lỗi.
• Không có tài liệu rõ ràng: Duck typing có thể khiến việc tạo tài liệu và tự đảm bảo rằng đối tượng đang sử dụng đúng hành vi trở nên khó khăn. Bạn cần phải đảm bảo rằng hành vi của đối tượng được mô tả rõ ràng.
• Hiệu năng thấp hơn trong một số trường hợp: Duck typing có thể dẫn đến việc sử dụng nhiều đối tượng có kiểu dữ liệu khác nhau trong các phương thức, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu năng của ứng dụng trong một số trường hợp.

Mặc dù duck typing rất mạnh mẽ và linh hoạt, nhưng việc quản lý kiểu dữ liệu và đảm bảo tính nhất quán trong mã nguồn có thể trở nên khó khăn. Điều quan trọng là lựa chọn đúng cách giữa duck typing và kiểu dữ liệu tường minh dựa trên yêu cầu cụ thể của dự án và sự đảm bảo chất lượng của mã nguồn.

Ví dụ duck typing áp dụng cho lớp

Python

Trong ví dụ này, chúng ta có một lớp cơ sở Bird và hai lớp con Parrot và Penguin, mỗi lớp con thừa kế từ lớp Bird và có một phương thức speak.

Hàm introduce kiểm tra xem một đối tượng có phương thức speak hay không bằng cách sử dụng hasattr. Nếu đối tượng có phương thức speak, nó gọi phương thức đó; nếu không, nó thông báo rằng “This bird cannot speak.”

Khi gọi hàm introduce với các đối tượng bird, parrot, và penguin, Python không quan tâm đến kiểu cụ thể của đối tượng mà chỉ kiểm tra xem đối tượng có phương thức speak hay không. Điều này là một ví dụ của duck typing trong Python, cho phép bạn xác định kiểu dữ liệu của đối tượng dựa trên hành vi của nó thay vì kiểu tường minh.

class Bird:
    def speak(self):
        pass

class Parrot(Bird):
    def speak(self):
        return "Polly wants a cracker!"

class Penguin(Bird):
    def speak(self):
        return "No crackers for me."

def introduce(bird):
    if hasattr(bird, 'speak'):
        return bird.speak()
    else:
        return "This bird cannot speak. -- dammio.com"

# Tạo các đối tượng thuộc các lớp khác nhau
bird = Bird()
parrot = Parrot()
penguin = Penguin()

# Sử dụng hàm introduce với các đối tượng khác nhau
print(introduce(bird))     # Kết quả: "This bird cannot speak." -- dammio.com
print(introduce(parrot))   # Kết quả: "Polly wants a cracker!"
print(introduce(penguin))  # Kết quả: "No crackers for me."

PHP

Trong ví dụ này, chúng ta có một lớp cơ sở Bird và hai lớp con Parrot và Penguin, mỗi lớp con mở rộng từ lớp Bird và có một phương thức speak.

Hàm introduce kiểm tra xem một đối tượng có phương thức speak hay không bằng cách sử dụng method_exists. Nếu đối tượng có phương thức speak, nó gọi phương thức đó; nếu không, nó thông báo rằng “This bird cannot speak.”

Khi gọi hàm introduce với các đối tượng $bird, $parrot, và $penguin, PHP không quan tâm đến kiểu cụ thể của đối tượng, mà chỉ kiểm tra xem đối tượng có phương thức speak hay không. Điều này là một ví dụ của duck typing trong PHP, cho phép bạn xác định kiểu dữ liệu của đối tượng dựa trên hành vi của nó thay vì kiểu tường minh.

class Bird {
    public function speak() {
        return "Some generic bird sound";
    }
}

class Parrot extends Bird {
    public function speak() {
        return "Polly wants a cracker!";
    }
}

class Penguin extends Bird {
    public function speak() {
        return "No crackers for me.";
    }
}

function introduce($bird) {
    if (method_exists($bird, 'speak')) {
        return $bird->speak();
    } else {
        return "This bird cannot speak.";
    }
}

// Tạo các đối tượng thuộc các lớp khác nhau
$bird = new Bird();
$parrot = new Parrot();
$penguin = new Penguin();

// Sử dụng hàm introduce với các đối tượng khác nhau
echo introduce($bird);      // Kết quả: "Some generic bird sound"
echo introduce($parrot);    // Kết quả: "Polly wants a cracker!"
echo introduce($penguin);   // Kết quả: "No crackers for me. -- dammio.com"

Ví dụ duck typing áp dụng cho biến

Code Python

Trong ví dụ này, chúng ta tạo ba biến x, y, và z mà không cần phải khai báo kiểu dữ liệu của chúng. Python tự động xác định kiểu dữ liệu của biến dựa trên giá trị được gán cho biến đó. Các biến này có thể chứa các kiểu dữ liệu khác nhau, và các phép toán hoạt động tương ứng với kiểu dữ liệu của biến. Ví dụ này minh họa cách Python sử dụng duck typing để quản lý kiểu dữ liệu của biến một cách linh hoạt.

# Không cần khai báo kiểu dữ liệu cho biến, Python tự động xác định kiểu
x = 5          # x là một số nguyên (int)
y = "Hello"    # y là một chuỗi (str)
z = [1, 2, 3]  # z là một danh sách (list)

# Các phép toán hoạt động dựa trên kiểu của biến
result1 = x + 10  # 5 + 10 = 15
result2 = y + " World"  # "Hello World"
result3 = z[0]  # Truy cập phần tử đầu tiên của danh sách

# In kiểu dữ liệu của các biến
print(type(x))  # <class 'int'>
print(type(y))  # <class 'str'>
print(type(z))  # <class 'list'>

Javascript

Trong ví dụ này, chúng ta tạo ba biến x, y, và z mà không cần phải khai báo kiểu dữ liệu của chúng. JavaScript tự động xác định kiểu dữ liệu của biến dựa trên giá trị được gán cho biến đó. Các biến này có thể chứa các kiểu dữ liệu khác nhau, và các phép toán hoạt động tương ứng với kiểu dữ liệu của biến.

// Không cần khai báo kiểu dữ liệu cho biến, JavaScript tự động xác định kiểu
var x = 5;        // x là một số nguyên (number)
var y = "Hello";  // y là một chuỗi (string)
var z = [1, 2, 3]; // z là một mảng (array)

// Các phép toán hoạt động dựa trên kiểu của biến
var result1 = x + 10;          // 5 + 10 = 15
var result2 = y + " World";    // "Hello World"
var result3 = z[0];            // Truy cập phần tử đầu tiên của mảng

// Sử dụng typeof để kiểm tra kiểu dữ liệu của biến
console.log(typeof x);  // "number" -- dammio.com
console.log(typeof y);  // "string"
console.log(typeof z);  // "object"

Kết luận

Tóm lại, duck typing là một công cụ hữu ích trong lập trình, nhưng cần được sử dụng với khả năng hiểu biết và cân nhắc để đảm bảo tính ổn định và chất lượng trong mã nguồn của bạn.

Tham khảo

• [1]. If it looks like a duck, walks like a duck and quacks like a duck, then it just may be a duck. Oxford Reference. Truy xuất ngày 27 tháng 10 năm 2023.
• [2]. “Glossary — Python 3.7.1 documentation”. docs.python.org. Truy xuất ngày 27 tháng 10 năm 2023.