Файл: Вариант 16: Понятие переменной в программировании.pdf

Актуальность темы исследования. Для того чтобы программа обладала универсальностью, действия в ней должны совершаться не над постоянными, а над переменными величинами. Поэтому важным понятием программирования является понятие переменной.

Любая программа, даже написанная на другом языке программирования, в основном состоит из обработки некоторых значений, которые в свою очередь хранятся в переменных.

Переменные используются в любом языке программирования. Чтобы использовать переменную в программе, ее необходимо объявить. Хотя все данные на компьютере, в сущности, имеют одинаковый вид (наборы нулей и единиц), переменные бывают разных видов, называемых в их случае типами.

Чтобы использовать переменные, их нужно объявлять. Это означает, что им необходимо назначать имя и указать тип. После объявления их можно начинать использовать в качестве единиц хранения для данных

Если говорить простым языком, то переменная - это небольшая именованная "конструкция" содержащая значение любого типа. Переменные - это самая лёгкая часть любого языка с которой всегда следует начинать изучение переходя далее, к более сложным структурам языка.

Цель работы - дать понятие переменной в программировании, рассмотреть виды и типы переменных.

В соответствии с поставленными целями решались следующие основные задачи:

- дать понятие и рассмотреть характеристики переменной в программировании;

- изучить свойства переменной;

- рассмотреть типы данных С++;

- изучить особенности объявления переменных в С++.

Методы исследования:

- обработка, анализ научных источников;

- анализ научной литературы, учебников и пособий, а также сети Интернет по исследуемой проблеме.

Объект исследования – переменные в программировании

Предмет исследования – виды и типы переменных в программировании

1. СУЩНОСТЬ И СВОЙСТВО ПЕРЕМЕННЫХ В ПРОГРАММИРОВАНИИ

1.1 Понятие и характеристики переменной в программировании

Под переменной в языках программирования понимают программный объект (число, слово, часть слова, несколько слов, символы), имеющий имя и значение, которое может быть получено и изменено программой.

В программировании переменная (variable) это своего рода емкость для хранения данных. Когда информация записана в переменной (или по-другому, когда переменной присвоено значение), тогда эту информацию можно изменять, выводить в окне Web-браузера, посылать по электронной почте и т.д.

Переменная гибка:

в ней можно хранить информацию;
можно из неё извлекать информацию, что не повлияет на значение самой переменной;
в неё можно записать новые данные.

Причем, эти действия можно выполнять практически сколько угодно раз. Из названия ясно, что переменная – вещь непостоянная. Например, в языке программирования PHP переменные существуют или содержат в себе значение исключительно во время работы скрипта. Как только завершается исполнение скрипта, так и существование переменных прекращается. То есть при переходе с одной страницы web-сайта на другую, переменных и их значений прежней страницы уже нет. Это кроме случаев, когда нужные значения специально передаются другой странице.

Переменные появились с первыми языками программирования. Результат работы любой программы сводится к выполнению действий над какими-либо данными. Напомним, что память (memory) – это последовательность байтов (byte), каждый из которых принимает значения от 0 до 255. Так как байтов неимоверно много, единственный способ различать их - это присвоение каждому из них порядкового номера. Так и есть. Каждый байт оперативной памяти доступен процессору через его порядковый номер. Этот порядковый номер называется адресом байта^[1].

Во времена, когда программы писались на машинном коде, программист должен был запоминать в какой участок памяти он записал нужное значение. Представьте, как усложнялся процесс написания программы, когда возникала необходимость работы с несколькими значениями. Адрес байта памяти есть число, которое мало о чем говорит. Большой объем памяти создает трудности программисту.

С первыми языками программирования появилась полезная возможность связывания определенного участка оперативной памяти с символьным названием (набором символов). По сравнению с адресом название переменной может отражать содержимое этого участка памяти. Но имя переменной не единственная вещь, которая определяет переменную. Процессор может обрабатывать три вида данных: байт, слово и двойное слово. (?) (Термины «слово» и «двойное слово» здесь используются в узкоспециальном смысле, отражая собой размер участка памяти, выделенного под переменную.) Поэтому определение вида переменной в языках нижнего и среднего уровней происходит обычно указанием типа переменной. Эти два свойства переменной (название и тип) определяют нужный участок памяти и способ его использования. В большинстве случаев именно тип переменной определяет сколько байтов памяти захватит переменная. Например, переменной типа BYTE присвоено имя A. Процессор по названию переменной (А) определяет её место в памяти и при извлечении значения этой переменной воспользуется командой, предназначенной для извлечения байта (не слова и не двойного слова).

В общем случае, переменная – это поименованный участок оперативной памяти, используемый для временного хранения данных. В зависимости от языка программирования, объявление переменной может сопровождаться указанием его типа. Обычно в языках высокого уровня тип не указывается. Синтаксические различия между языками проявляются как раз в объявлении переменных. В C и C++ необходимо указывать тип, в PHP используется префикс $.

В современном мире программирования программист должен знать не только имя и тип переменной. Также существуют понятия пространства имен и область действия переменной. Представьте, что создается программа, в которой используются несколько переменных. Имена этих переменных составляют список, который определяет пространство имен. Представим, что в ходе создания программы мы, по ошибке, объявили две переменные с одинаковыми названиями. При попытке запуска программы его компилятор сообщит об этой ошибке. Это было бы невозможно, если бы компилятор не контролировал переменные. То есть контроль безупречности пространства имен возлагается от программиста на компилятор; что облегчает процесс создания и отладки программы. На практике, приведенный пример не во всех языках приводит к ошибке. Каждый компилятор (или интерпретатор) имеют собственные требования к пространству имен. То, что является ошибкой в одном языке (в данном случае C или C++), в других языках ошибкой может не быть.

Если раньше программы были небольшие и их исходный код располагался в одном файле, то сейчас текст кода может состоять из нескольких файлов. И запомнить уникальное имя каждой переменной, использующейся в программе, становится практически невозможным. Поэтому (и не только) было введено понятие области действия (или области существования) переменных. Область действия – понятие абстрактное. Это понятие применяется только в языках среднего и высокого уровней. Целью применения области действия является разделение пространства имен на несколько независимых частей. Так в программе могут существовать несколько переменных с одинаковыми именами и типами, не мешаю друг другу. Начинающему идея разделения области действия в пределах отдельных файлов исходного кода программы должна быть более понятна. Например, этот подход используется в PHP. Это означает, что переменная, объявленная в одном файле, может быть абсолютно недоступна в других файлах. Например, можем объявить переменную с именем MyVar в нескольких файлах проекта, и это не будет ошибкой^[2].

Таким образом, переменная в программировании обладает следующими характеристиками:

имя
адрес
тип
размер, который обычно определяется типом
принадлежность какому-либо пространству имен
область действия.

1.2 Свойства переменной

Свойством переменной является её способность получать некоторое значение от программы, удерживать его в течение времени работы программы и сообщать это значение программе при запросах программы. Для каждой переменной в программе компьютер отводит часть памяти необходимого размера. Обратимся к рис. 1.1 и проследим, как устроены переменные.

Рис. 1.1. Переменная в памяти компьютера.

В ячейке памяти компьютера содержится значение переменной. Это значение может быть затребовано для обработки и изменено программой. Имя переменной никогда не изменяется. При создании кода программист может назначить переменной любое имя, но с момента, когда готовая программа запущена в работу, ни у программиста, ни у компьютера, ни у программы нет технической возможности изменить название переменной.

Если на пути выполнения программы встречается имя переменной, то программа обращается к этой переменной, чтобы получить для обработки её значение. Если программа обратилась к переменной, последняя сообщает программе своё значение. При этом значение переменной остаётся неизменным. Программа же получает в своё распоряжение копию значения, содержащегося в ячейке памяти, выделенной для этой переменной (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Состояние ячейки памяти переменной при сообщении значения программе

При сообщении значения переменной программе оно остаётся неизменным. Название (имя) переменной никогда не изменяется.

В течение некоторого времени переменная не имеет отношений с исполняемой программой. В это время программа может обращаться к другим переменным или производить необходимые вычисления. В период между случаями общения с программой переменная удерживает своё значение, т.е. сохраняет его неизменным^[3].

В соответствии с выполняющимся алгоритмом, заложенным в программу, может потребоваться изменение значения переменной. В этом случае программа сообщает переменной её новое значение, а переменная получает это значение от программы. При этом в ячейке памяти производятся необходимые преобразования, в результате которых предыдущее значение переменной удаляется, а на его месте образуется новое значение переменной, сообщённое программой (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Состояние ячейки памяти переменной при получении значения от программы

Значение переменной может быть изменено в результате воздействия программы. Название (имя) переменной остаётся неизменным всегда.

2. ВИДЫ И ТИПЫ ПЕРЕМЕННЫХ

2.1 Типы данных С++

В языке С++ все переменные имеют определенный тип данных. Например, переменная, имеющая целочисленный тип не может содержать ничего кроме целых чисел, а переменная с плавающей точкой — только дробные числа.

Тип данных присваивается переменной при ее объявлении или инициализации.

Таблица 2.1

Типы данных С++

Таблица 1 — Типы данных С++
Тип	байт	Диапазон принимаемых значений
целочисленный (логический) тип данных
bool	1	0 / 255
целочисленный (символьный) тип данных
char	1	0 / 255
целочисленные типы данных
short int	2	-32 768 / 32 767
unsigned short int	2	0 / 65 535
int	4	-2 147 483 648 / 2 147 483 647
unsigned int	4	0 / 4 294 967 295
long int	4	-2 147 483 648 / 2 147 483 647
unsigned long int	4	0 / 4 294 967 295
типы данных с плавающей точкой
float	4	-2 147 483 648.0 / 2 147 483 647.0
long float	8	-9 223 372 036 854 775 808 .0 / 9 223 372 036 854 775 807.0
double	8	-9 223 372 036 854 775 808 .0 / 9 223 372 036 854 775 807.0

В таблице 2.1 представлены основные типы данных в С++. Вся таблица делится на три столбца. В первом столбце указывается зарезервированное слово, которое будет определять, каждое свой, тип данных. Во втором столбце указывается количество байт, которое отводится под переменную с соответствующим типом данных. В третьем столбце показан диапазон допустимых значений. В таблице все типы данных расположены от меньшего к большему.

Тип данных bool