Файл: Понятие переменной в программировании. Виды и типы переменных (Практическое использование переменных).pdf

Введение

Актуальность работы. Переменными называются такие величины, которые могут изменять свое значение во время выполнения алгоритма. Переменные в программировании отличаются от математических переменных. Они используются как символические имена "фрагментов оперативной памяти компьютера". При выполнении программы в различные моменты времени переменные могут хранить различные значения.

Поскольку весь язык программирования строится на переменных, то необходимо их рассмотреть.

Объект исследования: переменные в программировании.

Предмет исследования: структура и типы переменных в программировании.

Цель работы: рассмотреть понятие переменной в программировании и привести виды и типы переменных.

Для осуществления поставленной цели необходимо решить такие задачи:

- рассмотреть понятие переменной;

- привести виды и типы переменных;

- разобрать основные элементы программирования;

- выполнить анализ работы с переменными.

1. Понятие и типы переменной

1.1 Понятие переменной

Программа оперирует информацией, представленной в виде различных объектов и величин.

Переменная – это символическое обозначение величины в программе. Как ясно из названия, значение переменной (или величина, которую она обозначает) во время выполнения программы может изменяться.

С точки зрения архитектуры компьютера, переменная – это символическое обозначение ячейки оперативной памяти программы, в которой хранятся данные. Содержимое этой ячейки – это текущее значение переменной.

Немного о языке программирования Си. Этот язык первоначально задумывался как заменитель языка Ассемблера для написания операционных систем. Поскольку Си – это язык высокого уровня, не зависящий от конкретной архитектуры, текст операционной системы оказывался легко переносимым с одной платформы на другую. Первой операционной системой, написанной практически целиком на Си, была система Unix. В настоящее время почти все используемые операционные системы написаны на Си. Кроме того, средства программирования, которые операционная система предоставляет разработчикам прикладных программ (так называемый API – Application Program Interface), – это наборы системных функций на языке Си. На смену языку Си пришел сначала Си+ а затем и С++. Я рассмотрю работу именно на языке Си++ так как сейчас большинство программистов исользуют именно его.

---

В языке Cи++ прежде чем использовать переменную, ее необходимо объявить. Объявить переменную с именем x можно так: Тип значение; - int x;

В объявлении первым стоит название типа переменной int (целое число), а затем идентификатор x– имя переменной. У переменной x есть тип – в данном случае целое число. Тип переменной определяет, какие возможные значения эта переменная может принимать и какие операции можно выполнять над данной переменной. Тип переменной изменить нельзя, т.е. пока переменная x существует, она всегда будет целого числового типа.

Язык Cи++ строго типизированный язык. Любая величина, используемая в программе, принадлежит к какому-либо типу. При любом использовании переменных в программе проверяется, применимо ли выражение или операция к типу переменной. Довольно часто смысл выражения зависит от типа участвующих в нем переменных.

Например, если записать x+y,

где x– переменная, то переменная y должна быть одного из числовых типов. Или же x + “ штук.”; В этом случае переменная x жолжна быть непременно строковой переменной c типом string.

Соответствие типов проверяется во время компиляции программы. Если компилятор обнаруживает несоответствие типа переменной и ее использования, он выдаст ошибку (или предупреждение). Однако во время выполнения программы типы не проверяются. Такой подход, с одной стороны, позволяет обнаружить и исправить большое количество ошибок на стадии компиляции, а, с другой стороны, не замедляет выполнения программы.

Всякое действие производится над некоторыми объектами, и о его результатах можно полностью судить по изменению состояния этих объектов. Один из видов объектов — переменная.

Понятие переменной является одним из центральных понятий программирования. (Понятие переменной имеет в программировании другой смысл, чем в математике.) Поясним это понятие на примере.

Пример. Требуется найти произведение любых двух натуральных чисел n, m. Результат обозначить через k.

Составим задание для исполнителя, который не умеет выполнять умножение, а умеет лишь складывать. В этом случае решение задачи не может быть выполнено в одно действие, а требует разложения на ряд последовательных действий, т. е. составления программы.

Так как программа должна "работать" для любой пары натуральных чисел, то сами конкретные числа в программе не фигурируют. Вместо чисел употребляются имена, обозначающие изменяемые объекты, которые называются переменными. Перед началом вычислений этим переменным должны быть присвоены значения. Присвоение — одно из важнейших действий, выполняемых вычислительной машиной (на использование которой в качестве исполнителя мы и ориентируемся в конечном счете).

---

Переменную можно представить себе, как некий бокс, обозначенный именем, который идентифицирует эту переменную. Присвоение переменной с именем n значения 5 можно представить себе так; положить в этот бокс, имеющий имя n, 5 шаров. (Бокс является аналогом ячейки памяти в компьютере.)

Значение одной переменной также можно передать в другую переменную. При этой операции значение предаваемой переменной не изменяется. Например, переслать значение n в переменную i, или присвоить переменной i значение n, означает задать i такое же значение, которое имеет переменная n, т.е, скопировать значение n. Если мы захотим передать значение переменной n в переменную i, при том что переменной n присвоено значение 5 (n=5), то присвоение i значения n записывается так: i = n; (i присвоить значение n), если говорить по простому то мы говорим посмотреть какое число находится в ячейке памяти n, и такое же число "положить" в ячейку памяти i. Теперь будет i=5, но при этом n сохранило значение (n=5). Следует отметить также, что в выражениях используются знаки (операторы) это не совсем то же что в математике. В данном случае i = n знак "=" обозначает не равенство, а операцию присвоения.

Очень часто в программировании используется такая операция присваивания, когда слева и справа используется одна и та же переменная, например, i = i + 1. Такая запись означает, что сначала должна быть выполнена операция сложения (i+1), а затем полученная сумма присвоена переменной i в качестве ее нового значения. При этом старое значение i пропадает, "переназначается". После выполнения этой операции i будет иметь значение на 1 больше, чем перед ее выполнением. Часто такие выражения используются в циклических процедурах.

Итак чтобы получить произведение n на m, используя операцию сложения, нужно просуммировать m слагаемых, равных n, т. е. вычислить

Но эта формула — не программа, хотя бы потому, что здесь есть неопределенность (например, многоточие),

Решение этой задачи можно представить как последовательность выполнения следующих простых шагов;

Присвоить значение 0 переменной k, запишем k = 0.

Далее выполнить операцию

k = k + n

m раз. При этом после каждого выполнения указанной операции значение k увеличивается на n. В итоге в k будет получен результат решения задачи.

Чтобы выполнить операцию требуемое число раз, нужно считать, сколько раз эта операция уже выполнена. Используем для этого вспомогательную переменную i. Назовем ее счетчиком. Перед первым прибавлением к k значения n положим i = 1 и после очередного изменения k. значение счетчика i будем менять на 1.

---

Тогда программа может быть записана так:

1. Задать конкретные значения n, m

2. k = 0

3. i =1

4. k = k + n

5. i = i +1

6. Если i m идти к 4. (Повторить выполнение операций, начиная с п. 4)

7. Закончить вычисления

Пояснения к программе.

1. Программа написана на обычном языке человеческого общения с использованием общепринятой математической символики.

2. Операторы 2, 3 задают начальные значения переменных k и i. В языках программирования предписание о выполнении некоторой операции (например, операции присваивания) называется оператором.

3. Оператор 4 при каждом своем выполнении увеличивает значение k на n. Оператор 5 увеличивает значение счетчика на 1 после того, как выполнено очередное сложение.

4. Оператор 6 проверяет условие i m, и если оно выполняется, т. е. не все m сложений еще выполнены, то происходит возврат к оператору 4 и повторное выполнение программы, начиная с оператора 4. Как только в процессе выполнения программы условие i m не будет выполнено, процесс вычислений заканчивается. Это произойдет, когда будет i > m, т. е. все нужные сложения выполнены.

Приведенная программа задает порядок действий, которые могут быть выполнены, когда n и m получат конкретные значения.

Совокупность значений переменных, которые должны быть заданы перед выполнением программы, называется исходными данными.

Значение каждого параметра хранения в определенном участке памяти компьютера и может меняться в процессе выполнения алгоритма. Такой участок памяти ПК компьютера называется переменной.

Каждой переменной присваивается имя. С каждой переменной связан ее тип. С переменной можно выполнять следующие действия:

1) прочитать её текущее значение;

2) записать новое значение в переменную или как говорят присвоить новое значение переменной;

Запись нового значения переменной выполняется с помощью так называемого оператора присваивания. Имя переменной = выражение; //здесь знак равенства — это знак присвоения. Об этом я говорил раньше.

При выполнении оператора присваивания сначала вычисляется значение выражения в правой части, затем оно записывается в переменную, имя которой указано в левой части. Старое значение переменной при этом перезаписывается.

1. Память - это материальный носитель, который хранит информацию. Эту информацию можно читать и перезаписывать.

---

2. Переменная - это область памяти универсального исполнителя хранящая порцию информации. Любая переменная имеет имя и тип. Тип переменной определяется множеством всех значений, которые она может принимать.

3. С переменной можно выполнять два действия: прочитать ее текущее значение и записать в нее значение (старое теряется). Для записи нового значения в переменную применяется оператор присваивания.

Выражение в правой части может включать имя переменной в левой части. В этом случае при вычислении выражения используется старое значение переменной. Например, с численными переменными возможны арифметические операции, с логическими — проверка, истинно или ложно значение переменной, с символьными — сравнение, с табличными (или массивами) чтение или запись элемента таблицы с заданным индексом и т.п.

Переменные бывают:

- Логическими,

- Символическими,

- Числовыми,

- Целыми,

- Вещественными,

- Одинарной точности,

- Двойной точности,

Целочисленные переменные.

Тип целое число является основным для любого алгоритмического языка. Символы представляются в компьютере целыми числами — их кодами в некоторой кодировке. Целая переменная в компьютере может хранить лишь ограниченное множество целых чисел в некотором интервале. В современном ПК под целую переменную отводится 8 байтов, т.е. 64 двоичных разряда. Она может хранить числа от нуля до 2 в 64-й степени минус 1. Таким образом, максимальное число которое может храниться в целочисленной переменной, равно 18,446,744,073,709,551,615 (18 квинтиллионов 446 квадриллионов 744 триллиона 073 миллиарда 709 миллионов 551 тысяча 615).

В языке Си целым числам соответствуют типы int, char, bool

Представление целочисленных значений в памяти компьютера в большинстве случаев реализуется аппаратным способом с учетом возможностей конкретного процессора.

Вещественные переменные.

Вещественные числа представляются в компьютере в так называемой экспоненциальной, или плавающей, форме. Вещественное число r имеет вид r= +- 2(в степени e) * m

Представление числа состоит из трех элементов

1) Знак числа — плюс или минус. Под знак отводится 1 бит.

2) Показатель степени e, его называют порядком или экспонентой. Экспонента указывает степень двойки, на которую помножается число. Она может быть как положительной, так и отрицательной. Для чисел, меньших единицы. Под экспоненту отводится фиксированное число двоичных разрядов, обычно 8 или 11, расположенных в старшей части двоичного представления числа, сразу вслед за знаковым разрядом.

---