Файл: Понятие переменной в программировании . Виды и типы переменных.pdf

Введение

Переменная в императивном программировании – поименованная, либо адресуемая иным способом область памяти, адрес которой можно использовать для осуществления доступа к данным. Данные, находящиеся в переменной (то есть по данному адресу памяти), называются значением этой переменной.

В других парадигмах программирования, например, в функциональной, понятие переменной оказывается несколько иным. В таких языках переменная определяется как имя, с которым может быть связано значение, или даже как место для хранения значения [2, c. 44].

Целью настоящей работы является изучить понятие переменной в программировании.

Задачи работы, обусловленные поставленной целью, состоят в следующем:

1. дать понятие переменной в программировании;
2. рассмотреть виды и типы переменных.

Объектом исследования является переменная, предметом исследования – программирование.

Данная работа состоит из введения, основной части, заключения и списка источников.

Понятие переменной в программировании

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.

Значение каждого параметра хранения в определённом участке памяти компьютера и может меняться в процессе выполнения алгоритма. Такой участок памяти ПК компьютера называется переменной [1].

Каждой переменной присваивается имя. 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.

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 стирается.

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.

Для программистов переменные удобны и интуитивно понятны. С другой стороны, для вычислительной техники они не имеют реального значения. Микропроцессоры хранят данные в регистрах и ячейках памяти. Это фундаментальное различие между людьми, которые пишут программу, и машинами, которые выполняют программу, преодолевается языками высокого уровня, такими как C, который обрабатывает различные детали, связанные с переводом между текстовыми переменными и физической реальностью процессора [1].

Разработчики встраиваемых систем часто работают с 8-разрядными процессорами. В этих устройствах основной размер данных всегда составляет один байт. Память организована в соответствии с байтами, размер регистров составляет один байт, а сам CPU предназначен для обработки 8-разрядных данных. Это довольно неудобное ограничение, поскольку во многих ситуациях значение переменной будет превышать максимальное значение 8-разрядного числа.

Языки высокого уровня не ограничивают размер переменной до 8 бит, даже когда вы работаете с 8-разрядным процессором. Это означает, что одна переменная в вашей программе может соответствовать нескольким регистрам или ячейкам памяти в аппаратном обеспечении.

Обычно при написании программы имена переменных задаются исходя из удобства. Но существуют несколько вариантов общеупотребительных нотаций, обычно использующихся в групповой разработке программ.

Венгерская нотация

Венгерская нотация в программировании – соглашение об именовании переменных, констант и прочих идентификаторов в коде программ. Своё название венгерская нотация получила благодаря программисту компании Microsoft венгерского происхождения Чарльзу Симони, предложившему её ещё во времена разработки первых версий MS-DOS. Эта система стала внутренним стандартом Майкрософт [7].

Суть венгерской нотации сводится к тому, что имена идентификаторов предваряются заранее оговорёнными префиксами, состоящими из одного или нескольких символов. При этом, как правило, ни само наличие префиксов, ни их написание не являются требованием языков программирования, и у каждого программиста (или коллектива программистов) они могут быть своими.

Применяемая система префиксов зависит от многих факторов:

• языка программирования (чем более «либеральный» синтаксис, тем больше контроля требуется со стороны программиста, а значит, тем более развита система префиксов. К тому же использование в каждом из языков программирования своей терминологии также вносит особенности в выбор префиксов);
• стиля программирования (объектно-ориентированный код может вообще не требовать префиксов, в то время как в «монолитном» для разборчивости они зачастую нужны);
• предметной области (например, префиксы могут применяться для записи единиц измерения);
• доступных средств автоматизации (генератор документации, навигация по коду, предиктивный ввод текста, автоматизированный рефакторинг и т. д.).

Среди программистов есть как сторонники, так и противники использования венгерской нотации. Противники утверждают, что она громоздка и лишь ухудшает понимание кода. Сторонники утверждают, что слишком многие неверно понимают основную идею и неправильно пользуются нотацией [7].

Преимущества

Если встроенного механизма типизации не хватает, венгерская нотация позволяет записывать подтип переменной – например, int cPrice может означать, что переменная имеет не просто целый тип, а валютный (currency). Именно такое применение префиксов было предложено Чарльзом Симони. Это может пригодиться:

В низкоуровневом программировании (когда набор доступных типов настолько узок, что, например, целый тип не отличается от булевого).

В языках с динамической типизацией, например PHP, где одна и та же переменная может хранить значения любого типа.

В инженерных расчётах (для записи единиц измерения). Это позволяет избавиться от немалого количества ошибок простым подсчётом размерностей.

В других местах, где переменные одного и того же типа предназначены для хранения разнородных данных – например, в коде защиты от компьютерных взломщиков префикс может указывать на «безопасные» и «небезопасные» данные (SQL-инъекция, XSS).

Венгерская нотация удобна для написания больших программ в неполнофункциональных (по современным меркам) редакторах без автоматизированной навигации по тексту. Скорее всего, именно поэтому она стала стандартным стилем кода в WinAPI.

Венгерскую нотацию можно рассматривать как стандартную систему сокращений. Например, поле ввода для поиска и кнопка «Поиск» могут именоваться как txtSearch и btnSearch. Такая практика позволяет делать названия переменных короткими и в то же время осмысленными.

Недостатки

Некоторые программисты считают, что использование префиксов делает имена переменных менее понятными и, таким образом, ухудшает читаемость кода.

Если неизвестно имя переменной без префиксов, подчас трудно восстановить её префиксы.

Система автодокументации, если она не понимает системы префиксов, отсортирует алфавитный список по префиксу, что может отрицательно сказаться на качестве документации. Впрочем, имена функций обычно префиксами не снабжают.

Запись нескольких префиксов из-за частого использования заглавных букв и знаков подчёркивания может стать «пляской на кнопке Shift».

Средства навигации, которые включены в современные редакторы кода, и так позволяют видеть тип любой переменной и быстро переходить к точке, где она определена – то есть, использование префиксов может быть избыточным.

При изменении типа потребуется изменять имя переменной (не все редакторы кода могут делать это автоматически).

Существуют и другие средства задания типа переменной в её имени: например, слова is, has и т. д. для булевского типа (IsLoggedIn), count для счётчика (RefCount), множественное число для массива (UserIds). В языках, в которых заглавные буквы не эквивалентны строчным, регистр букв также может кодировать что-либо.

Существуют и другие нотации, облегчающие написание программ, но они, как правило, более просты.

Примеры других нотаций:

CamelCase – стиль написания составных слов, при котором несколько слов пишутся слитно без пробелов, при этом каждое слово внутри фразы пишется с прописной буквы. Стиль получил название CamelCase, поскольку прописные буквы внутри слова напоминают горбы верблюда.

Также, встречается lowerCamelCase, где внутри фразы с прописной пишутся все слова, кроме первого.

Snake case – стиль написания составных слов, при котором несколько слов разделяются символом подчеркивания (_), и не имеют пробелов в записи, причём каждое слово обычно пишется с маленькой буквы – «foo_bar», «hello_world» и т. д. Такой стиль написания используется для именования переменных и функций в исходном коде, и иногда для именования файлов на компьютере.

kebab-case похож на snake_case, но пробелы в нём заменяются на дефисы. Слова также пишутся строчными буквами. Опять же, его можно смешивать с camelCase и PascalCase, но в этом нет смысла.

Пример kebab-case для переменной kebab case var – kebab-case-var.

Типы и виды переменных

Переменные бывают [6]:

1) Логические

2) Символьные

3) Числовые

А) Целые

Б) Вещественные

В) Одинарной точности

Г) 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).

Сложение и умножение значений целых переменных выполняется так: сначала производится арифметическая операция, затем старшие разряды результата, вышедшие за 64 разрядов (отбрасываются). Операции удовлетворяют традиционным законам коммутативности, ассоциативности и дистрибутивности [6]:

a + b = b + a, ab = ba

(a + b) + c = a + (b + c), (ab)c = a(bc)

a(b + c) = ab + ac

В языке С 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 [6]

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 домножается 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.

3) Мантисса m представляет собой фиксированное количество разрядов двоичной записи вещественного числа в диапазоне от 1 до 2: 1 <= m <= 2