Файл: ПОНЯТИЕ ПЕРЕМЕННОЙ В ПРОГРАММИРОВАНИИ. ВИДЫ И ТИПЫ ПЕРЕМЕННЫХ (Простые и сложные типы данных).pdf

Класс памяти extern обычно используется в двух случаях:

• если используемая переменная в программе объявляется ниже, чем ссылка на неё;
• если переменная объявляется в другом модуле.

Пример использования внешней переменной:

#include <stdio.h>

int x=145; //Описание внешней переменной

main()

{

extern int x,y;

printf("x=%d y=%d \n",x,y);

}

int y=541; //Описание внешней переменной

Внешние переменные могут быть определены вне какой-либо функции. При этом выделяется фактическая память. В любой другой функции, обращающейся к этим переменным, они должны описываться с помощью описателя extern.

2. Простые и сложные типы данных

2.1. Целочисленные типы

Целочисленный тип данных – один из простейших и самых распространенных типов данных в языках программирования. Множество чисел этого типа представляет собой конечное подмножество бесконечного множества целых чисел, ограниченное максимальным и минимальным значениями.

Целочисленные данные могут быть представлены или в знаковой, или в беззнаковой форме.

Беззнаковые целые числа представлены в виде последовательности битов в диапазоне от 0 до 2^n-1, где n-количество занимаемых битов.

Знаковые целые числа представляются в диапазоне от -2^n-1 до +2^n-1-1. При этом старший бит знаковых чисел отводится для знака числа (0 соответствует положительному числу, 1 – отрицательному).

Основные типы и размеры целочисленных данных представлены в таблице 1.

Таблица 1. Целочисленные типы

Над целочисленными переменными может быть выполнено множество операции. Некоторые, наиболее популярные, приведены ниже:

• сравнение. Сюда относятся сравнение на равенство и не равенство, отношения порядка (больше/меньше, больше/меньше или равно);
• инкремент и декремент – арифметическое увеличение и уменьшение числа на единицу;
• арифметические операции – сложение, вычитание, умножение, деление, получение остатка от деления;
• инверсия и получение знака.

Также переменным целочисленного типа могут быть применены побитовые операции – сдвиги, побитовое «И», «ИЛИ» и другие. [6]

2.2. Вещественные типы

Вещественный тип в языке Си предназначен для представления действительных чисел. Вещественные числа представляются в разрядной сетке машины в нормированной форме.

Нормированная форма числа предполагает наличие одной значащей цифры (не 0) до разделения целой и дробной части. Такое представление умножается на основание системы счисления в соответствующей степени. Например, число 12345,678 в нормированной форме можно представить как

12345,678 = 1,2345678·10⁴

Число 0,009876 в нормированной форме можно представить как

0,009876 = 9,876·10^-3

В двоичной системе счисления значащий разряд, стоящий перед разделителем целой и дробной части, может быть равен только 1. В случае если число нельзя представить в нормированной форме (например, число 0), значащий разряд перед разделителем целой и дробной части равен 0.

Значащие разряды числа, стоящие в нормированной форме после разделителя целой и дробной части, называются мантиссой числа.

В общем случае вещественное число в разрядной сетке вычислительной машины можно представить в виде 4 полей. Графическое изображение полей представлено на рисунке 2.

Рисунок 2

• знак — бит, определяющий знак вещественного числа (0 для положительных чисел, 1 — для отрицательных);
• порядок — определяет степень 2, на которую требуется умножить число в нормированной форме. Поскольку степень 2 для числа в нормированной форме может быть как положительной, так и отрицательной, нулевой степени 2 в представлении вещественного числа соответствует величина сдвига, которая определяется как
  2^n-1, где n — количество разрядов, отводимых для представления степени числа;
• целое — бит, который для нормированных чисел всегда равен 1, поэтому в некоторых представлениях типов этот бит опущен и принимается равным 1;
• мантисса — значащие разряды представления числа, стоящие после разделителя целой и дробной части в нормированной форме.

В языке Си представлены три основных типа представления вещественных чисел. Они приведены в таблице 2.

Таблица 2. Представление вещественных типов

2.3 Символьный тип

Символьный тип в языке Си хранит код символа и используется для отображения символов в различных кодировках. Для хранения кодов символов в языке Си используется тип char.

Фактически, тип char является целочисленным однобайтным типом. Значение переменной типа char в программе, например при выводе, может выводиться и как целое, и как символ. Например, код ниже:

#include <stdio.h>

int main()

{

char c = 66;

printf("as int %d. as char %c", c, c);

return 0;

}

выведет следующий результат:

as int 66. as char В

2.4. Логический тип

Логический тип применяется в логических операциях, а также используется при алгоритмических проверках условий и в циклах и может принимать одно из двух значений:

• истина — true;
• ложь — false.

2.5. Структуры

Структура – это объединенное в единое целое множество поименованных элементов данных. В отличии от массива, всегда состоящего из однотипных элементов, компоненты структуры могут быть разных типов и все должны иметь различные имена. [11]

Синтаксис объявления структуры достаточно прост, и представлен ниже:

struct <имя> {

<тип1> <поле1>;

...

<типN> <полеN>;

};

После ключевого слова struct идет имя структуры, после в фигурных скобках перечисляются поля структуры. Элементы <типN> и <полеN> описывают, соответственно, тип и имя соответствующего поля.

После того, как мы объявили структуру, можно создавать переменную такого типа с использованием служебного слова struct. Доступ до полей структуры осуществляется с помощью операции точка. Ниже приведен пример использования структуры в коде программы:

struct point_t {

int x;

int y;

};

void main() {

struct point_t A = { 5, 15 };

A.x = 10;

A.y = 20;

}

В данном примере структура A сначала была проинициализирована, после чего были изменены значения её полей.

2.6. Объединения

Объединения в языке Си несколько похожи на структуры. Особенностью объединения в Си является то, что все поля объединения имеют одинаковый адрес в памяти. Это приводит к тому, что в данный момент можно определить значение только одного поля объединения в Си.

Память для объединения выделяется по размеру самого длинного из полей. Когда определяется значение одного из полей – то оно затирает предыдущее значение любого поля. [10]

Пример объявление и использования объединений представлен ниже:

union myUnion

{

int x;

double d;

};

void main(void)

{

union myUnion uUnion = {150};

uUnion.d = 123.12;

}

2.7. Массивы

Язык Си предоставляет возможность создания массивов для описания набора переменных с идентичными свойствами. Все члены массива доступны по имени массива, а каждый отдельный элемент получается по своему индексу. Пример объявления массива:

double ar[100];

Именем массива выступает ar, массив объявляется на 100 элементов, и все элементы доступны через индексы от 0 до 99 включительно. Для доступа к конкретному индексу используется синтаксис ar[5].

Каждый из элементов массива принадлежит к типу, указанному при описании массива, в нашем примере типу double. [9]

2.8. Приведение типов

Операция приведения типа в языке Си временно изменяет тип переменной с одного на другой. Ниже приведен формат операции приведения типа:

(<типДанных>)<значение>

Элемент <типДанных> может быть любым типом данных языка Си, например int или float. Элемент <значение> — это любая переменная, литерал или выражение.

Предположим, что целочисленная переменная age содержит значение 6, следующая строка конвертирует это значение в значение с плавающей точкой 6.0:

(float)age;

Целочисленная переменная age не превращается в переменную типа float, а лишь временно приводится к этому типу только для вычисления значения этого выражения. В остальных участках программного кода, где тип переменной age не приводится, эта переменная так и остается целочисленной. [5]

3. Указатели

Указатель — переменная, содержащая адрес объекта. Указатель не несет информации о содержимом объекта, а содержит сведения о том, где размещен объект. [7]

Указатель объявляется также, как и любая другая переменная, но после имени типа ставится звездочка.

int *pointerToInteger;

Здесь объявляется переменная pointerToInteger.

Тип данной переменной – указатель на переменную типа int.

Рассмотрим две переменные: первая - целочисленная переменная x. Вторая - указатель на целочисленную переменную.

int x;

int *p;

Чтобы получить адрес переменной, нужно перед ее именем написать амперсанд.

p = &x;

Данная конструкция будет выполняться справа налево. Сначала с помощью оператора &, примененного к переменной x, будет получен адрес x. Затем адрес x будет сохранен в указателе p.

Есть и обратная операция. Чтобы получить значение переменной по ее адресу, следует написать звездочку перед именем указателя.

int y = *p;

Такая операция в русском языке называется разыменование.

В данном примере с помощью оператора * мы получим то значение, которое находится в памяти по адресу p. Затем мы сохраним его в переменную y. В итоге получится, что значения x и y совпадают. [2]

Одной из более распространенных конструкций с использованием указателей являются массивы. Результатом использования указателей для массивов являются меньшее количество используемой памяти, а также высокая производительность. Если был создан массив values, который содержит 100 целочисленных переменных, можно создать указатель с именем valuesPtr, который будет использоваться для доступа к значениям элементов массива. Например

int *valuesPtr;

valuesPtr = values;

В данном случае указатель valuesPtr будет ссылаться на первый элемент массива values. Оператор адресации в данном случае не используется, так как компилятор языка Си трактует имя массива без индекса как указатель на массив. [8]

Для обращения к третьему элементу массива (values[3]) с помощью указателя valuesPtr можно воспользоваться следующей записью:

* (valuesPtr + 3)

В общем случае используется выражение:

* (valuesPtr + i)

где i – индекс нужного элемента массива.

Заключение

В процессе знакомства и изучения языка программирования Си, приходит понимание, что даже сейчас данный язык остается очень полезным, важным и в том числе, фундаментальным при изучении технологий программирования.

Язык Си предоставляет возможность программисту получения прямого доступа к ячейкам памяти, регистрам компьютера. Такое поведение частично напоминает язык низкого уровня Ассемблер. Хотя на самом деле, Си представляет более универсальные и мощные возможности для разработки программного обеспечения, решения трудных задач и создания сложных программных систем.

В данной курсовой работе были рассмотрены самые базовые понятия, которые используются в программировании на Си. Это знакомство с переменными, типами данных.

Эти элементы постоянно используются при разработке. Практически каждая строчка кода содержит как минимум одну переменную.

Поэтому правильное понимание принципов работы переменных, различий между типами данных, способом хранения данных в памяти позволяет программисту создавать эффективные решения, которые наилучшим образом будут решать прикладные задачи.