Змінні

Кожна програма потребує виконання різноманітних обчислень, для здійснення яких використовуються вирази, що складаються з операндів, знаків операцій і дужок. Операнди задають дані для обчислень, а операції задають дії, які необ­хiдно виконати над цими даними. Операнд є, у свою чергу, виразом, що в окремому випадку може бути константою або змінною.

Змінна — це іменована область пам’яті, у якій зберігаються дані визначеного типу. Змінна має ім’я, розмір та інші атрибути, такі як видимість, час існування тощо. Ім’я змінної служить для звертання до області пам’яті, у якій зберігається її значення. Перед використанням будь-яка змінна повинна бути описана, при цьому для неї резервується деяка область пам’яті, розмір якої залежить від конкретного типу змінної. Під час виконання програми змінна може приймати рiзнi значення.

Наведемо загальний вигляд опису змінних:

[клас пам’яті] [const] тип ім’я [ініціювання];

 

де необов’язковий клас пам’яті може приймати одне зі значень — auto, extern, static чи register (у посібнику при описі синтаксису об’єктів програмування необов’язкові частини синтаксичних конструкцій мови подано у квадратних дужках «[]»);

модифікатор const вказує, що змінна не може змінювати своє значення, у цьому випадку її називають типізованою (іменованою) константою або просто константою;

ініціювання — це присвоювання змінній при описі початкового значення, яке записується зі знаком рівності — = значення або в круглих дужках — (значення). Зазначимо, що константа повинна бути ініційована при описі. Один оператор може містити опис декількох змінних одного типу, розділяючи їх кома­ми, наприклад:

const int n = 20, m = 5, k = 4; — ініціювання констант n, m, k цілого типу;
float h = 17.5, d(5.5), sum; — опис дійсних змінних h, d, sum, ініціювання h і d;
char sf = 'f', st[ ] = "Мудрость лишь в истине."; — ініціювання символьних змінних.

Якщо тип значення, що ініціюється, не збігається з типом змінної, то виконуються перетворення типу. Кожна змінна повинна мати своє ім’я, причому в одному блоці не може бути двох змінних з однаковим ім’ям.

Областю дії ідентифікатора змінної є частина програми, в якій його можна використовувати для доступу до зв’язаної з ним області пам’яті. Залежно від області дії змінна може бути локальною або глобальною.

Локальна змінна визначена всередині блока (нагадаємо, що блок розташований між фігурними дужками). Область її дії обмежена початком опису змінної та кінцем блока, включаючи усі вкладені блоки. Змінна, визначена поза будь-яким блоком, називається глобальною, і областю її дії вважається файл, у якому вона визначена від початку опису до його кінця.

Клас пам’яті визначає час існування та область видимості програмного об’єкта, тобто змінної. Якщо клас пам’яті не зазначений явно, то він визначається компілятором, виходячи, з контексту оголошення.

Час існування змінної може бути постійним (протягом виконання програми) і тимчасовим (протягом виконання блока).

Областю видимості ідентифікатора називається частина тексту програми, з якої можна здійснити звичайний доступ до зв’язаної з ідентифікатором області пам’яті. Найчастіше область видимості збігається з областю дії. Винятком є ситуація, коли у вкладеному блоці описана змінна з таким же ім’ям. У цьому випадку зовнішня змінна у вкладеному блоці невидима, хоча він і входить до її області дії. Проте до цієї змінної, якщо вона глобальна, можна звернутися, застосовуючи операцію доступу до області видимості — “::“.

Клас пам’яті задають такі специфікатори:

• auto — автоматична змінна, для якої пам’ять виділяється у стеку і за необхідності ініціюється кожного разу при виконанні оператора, що містить її визначення. Звільнення пам’яті відбувається при виході з блока, де описана змінна. Час її існування — з моменту опису до кінця виконання блока. Для глобальних змінних цей специфікатор не використовується, а для локальних він приймається за замовчуванням, тому задавати його явно великого сенсу немає;
• extern означає, що змінна визначена в іншому місці програми (в іншому файлі або далі по тексту) і використовується для створення змінних, доступних в усіх модулях програми, де вони оголошені. При ініціюванні змінної у тому ж операторі, спеціфікатор extern ігнорується;
• static — статична змінна, що має постійний час існування. Вона ініціюється один раз при першому виконанні oпe­ратора, що містить визначення змінної. Залежно від розташування оператора, описані статичні змінні можуть бути глобальними і локальними. Глобальні статичні змінні видимі тільки у тому модулі, в якому вони описані;
• register — аналогічний до специфікатора auto, але пам’ять видiляється по можливості в регістрах процесора і за відсутності такої можливості у компілятора змінні обробляються як auto.

Наведемо фрагмент програми з використанням розглянутих вище понять:

int d;               //1 — глобальная переменная d
int main()
{
int b;              //2 — локальная переменная b
 extern int y;     //3 — переменная у определена в другом месте программы 
static int s;      //4 — локальная статическая переменная s
d = 1;           //5 — присваивание значения глобальной переменной 
int d;            //6 — локальная переменная d
 d = 10;         //7 — присваивание значения локальной переменной
 ::d = 3;        //8 — присваивание значения глобальной переменной 
return 0;
}
int у = 4;       // 9 — определение и инициализация переменной у

У цьому прикладі глобальна змінна d визначена поза всіма блоками. Пам’ять для неї виділяється в сегменті даних на початку роботи програми, областю дії є вся програма. Область видимості — вся програма, крім рядків 6-8, тому що в першому з них визначається локальна змінна з тим же ім’ям, область дії якої починається з початку її опису і закінчується при виході з блока. Змінні b i s — локальні, область їх видимості — блок, але час існування різний: пам’ять під b виділяється в стеку при вході у блок і звільняється при виході з нього, а змінна s розташована у сегменті даних та існує увесь час роботи програми. Якщо початкове значення змінних явно не задається, компілятор присвоює глобальним і статичним змінним нульове значення відповідного типу. Автоматичні змінні не ініціюються. Початкове ініціювання змінних не є обов’язковим, проте все ж його бажано здійснювати.

Опис змінної може виконуватися у формі оголошення або визначення. Оголошення інформує компілятор про тип змінної і класи пам’яті, а визначення містить, крім цього, вказівку компілятору про виділення пам’яті відповідно до типу змінної. У C++ більшість оголошень є одночасно і визначеннями (у наведеному вище програмному фрагменті тільки опис extern int у; є оголошенням, але не визначенням). Змінна може бути оголошена багаторазово, а визначена тільки в одному місці програми, оскільки оголошення тільки описує властивості змінної, а визначення зв’язує її з конкретною областю пам’яті.

Розглянемо далі основні типи змінних.

Цілі змінні (типу int, long, short) необхідні для збереження цілих значень і можуть бути знаковими і беззнаковими. Знакові змінні застосовують для подання як додатних, так і від’ємних чисел, при цьому один біт (найстарший) виділяється під знак. Для оголошення беззнакової змінної, тобто змінної, що приймає тільки додатні значення, необхідно використовувати ключове слово unsigned. За замовчуванням будь-який цілий тип вважається знаковим, і тому немає потреби у використанні ключового слова signed.

Символьний тип даних char застосовується у випадку, коли змінна містить інформацію про код ASCII або для побудови таких більш складних конструкцій, як рядки, символьні масиви тощо. Дані типу char також можуть бути знаковими і беззнаковими.

Змінна типу bool займає 1 байт і використовується, насамперед, у логічних операціях, тому що може приймати значення 0 (false — «неправда») або відмінне від нуля (true — «істина»). У випадку перетворення до цілого типу true має значення 1.

Стандарт C++ визначає три типи даних для збереження дійсних значень змінних: float, double та long double (типи з плаваючою крапкою). Тип float, як правило, використовують для збереження не дуже великих дробових чисел.

Змінна типу void не має значення, оскільки множина значень цього типу порожня. Такі змінні необхідні для узгодження синтаксису. Тип void використовується для визначення функцій, що не повертають значення, для вказівки порожнього списку аргументів функції, а також як базовий тип для покажчиків i в операції приведення типів. Наприклад, якщо немає потреби у використанні поверненого значення функції, перед ім’ям функції ставиться тип void:

void minmax(int*x, int k, int*min, int&max);.