M. УЭИТ - Язык Си - руководство для начинающих
В данной главе мы рассмотрим два первых пункта - переменные и константы различных типов данных. Оставшиеся два пункта мы обсудим в следующей главе, но функции scanf( ) и printf( ) будем использовать по-прежнему.
ДАННЫЕ: ПЕРЕМЕННЫЕ И КОНСТАНТЫ
Компьютер, выполняя программу, может заниматься разнообразной деятельностью. Он может складывать числа, сортировать имена, заниматься распознаванием речи и изображения на экране видеодисплея, вычислять орбиты комет, подготавливать список почтовых адресов абонентов, чертить фигуры, делать логические выводы или что-нибудь еще, что только вы можете себе представить. Чтобы заниматься всем этим, программам необходимо работать с "данными" - числами и символами, т. е. объектами, которые несут в себе информацию, предназначенную для использования. Некоторые данные устанавливаются равными определенным значениям еще до того, как программа начнет выполняться, а после ее запуска сохраняют такие значения неизменными на всем протяжении работы программы. Это "константы". Другие данные могут изменяться, или же им могут быть присвоены значения во время выполнения программы; они называются "переменными". (Мы уже использовали данный термин в предыдущей главе, но формально вы знакомитесь с ним только здесь.) В нашей простой программе weight - это переменная; число 16.0 - константа. Что можно сказать по поводу числа 400.00? Совершенно очевидно, что в действительности цена золота не остается неизменной, но в нашей программе мы считаем ее константой.
Различие между переменной и константой довольно очевидно: во время выполнения программы значение переменной может быть изменено (например, с помощью присваивания), а значение константы - нет. Указанное различие приводит к тому, что обработка переменных компьютером оказывается немного сложнее и требует больше времени, чем обработка констант, но, несмотря на это, он вполне справляется с такой деятельностью.
ДАННЫЕ: ТИПЫ ДАННЫХ
Помимо различия между переменными и константами существует еще различие между типами данных. Некоторые данные в программе являются числами, некоторые - буквами, или, более обобщенно, символами. Компьютер должен иметь возможность идентифицировать и обрабатывать требуемым образом данные любого из этих типов. В языке Си предусмотрено использование нескольких основных типов данных. Если величина есть константа, то. компилятор обычно может распознать ее тип только по тому виду, в каком она присутствует в программе. Однако в случае переменной необходимо, чтобы ее тип был объявлен в операторе описания.
Дополнительные детали, относящиеся к типам данных, мы будем сообщать вам по мере изложения. Рассмотрим основные типы данных, имеющиеся в языке Си. В стандарте языка Си используется семь ключевых слов, указывающих на различные типы данных. Приведем список этих ключевых слов:
int long short unsigned char float double
Первые четыре ключевых слова используются для представления целых, т. е. целых чисел без десятичной дробной части. Они могут появляться в программе по отдельности или в некоторых сочетаниях, как, например, unsigned short. Следующее слово char предназначено для указания на буквы и некоторые другие символы, такие, как #, $, % и &. Последние два ключевых слова используются для представления чисел с десятичной точкой. Типы, обозначаемые этими ключевыми словами, можно разделить на два класса по принципу размещения в памяти машины. Первые пять ключевых слов определяют "целые" типы данных, в то время как последние два - типы данных с "плавающей точкой".
РИС. 3.1. Работа функций scanf( ) и printf( ).
В этом месте у некоторых читателей могут появиться недоумен-ные вопросы: "Целые типы данных? Типы данных с плавающей теневой?" Не пугайтесь. Если эти термины кажутся вас непривычными или непонятными, мы дадим краткое объяснение их смысла. Те, кто не знаком с терминами "биты", "байты" и "слова", могут, перед тем как двинуться дальше, прочесть приводимое ниже объяснение, отмеченное вертикальной голубой линией. Можно спросить: а нужно ли знать все эти детали? На самом деле необязательно. Пожалуй, не больше, чем вы должны знать о принципах работы двигателя внутреннего сгорания для того, чтобы управлять машиной. Но некоторое представление о том, что происходит в компьютере или двигателе, может иногда выручить вас. Кроме того, это может помочь вашему превращению в прекрасного "собеседника".
Термины "бит", "байт" и "слово" обычно используются для описания как элементов данных, которые обрабатывает компьютер, так и элементов памяти. Здесь мы займемся рассмотрением второго смысла этих терминов.
Наименьшая единица памяти называется бит. Она может принимать одно из ДВУХ значений: 0 или 1. (Иначе говоря, бит может находится в состояниях "включен" или "выключен"; эта фраза совершенно аналогична первому выска зыванию.) В один бит нельзя поместить достаточное количество информации но в машине содержится большое число битов; дело в том, что бит - основной "строительный блок", из которых создается память компьютера.
Байт - более удобный элемент памяти. В большинстве машин байт состоит из 8 бит. Поскольку каждый бит можно установить либо в состояние 0, либо в состояние 1, всего в байтовом формате можно представить 256 (два в восьмой степени) различных комбинаций из нулей и единиц. Такие комбинации можно использовать, например, для представления целых чисел в диапазоне от 0 до 255 или для кодирования набора символов. Это можно получить при помощи "двоичного кода", в котором для представления чисел используются только нули и единицы. Обсуждение структуры двоичного кода мы поместили в приложение (вы вполне можете его не читать, если не захотите).
При современном подходе к проектированию компьютеров слово является самым естественным элементом памяти. В 8-разрядных микрокомпьютерах, таких, как ЭВМ фирмы Sinklair иди первые модели машин фирмы Apple, слово занимает как раз 1 байт. Многие более новые персональные вычислительные системы, такие, как IBM PC и Lisa фирмы Apple, являются 16-разрядными. Это означает, что размер слова у них 16 бит, т. е. 2 байта. Большие компьютеры могут иметь 32-, 64-разрядные слова или даже более длинные. Совершенно очевидно, что чем длиннее слово, тем больше информации можно туда поместить. Обычно в компьютерах предусмотрена возможность объединять вместе два или более слов для того, чтобы помещать в память элементы данных большей длины, но этот процесс сильно замедляет работу компьютера.
В наших примерах мы предполагаем, что длина слова равна 16 бит, если мы не оговорили противного.
Для человека различие между целым числом и числом с плавающей точкой выражается в способе записи. Для компьютера различие выражается в способе занесения этих чисел в память. Давайте рассмотрим по очереди каждый из двух классов чисел.
Целые числа
У целого числа никогда не бывает дробной части и, согласно правилам языка Си, десятичная точка в его записи всегда отсутствует. В качестве примера можно привести числа 2, -23 и 2456. Числа вида 3.14 и 2/3 не являются целыми. Представив целое число в двоичном виде, его нетрудно разместить в памяти машины.
РИС. 3.2. Двоичное представление числа 7 в памяти машины.
Например, число 7 в двоичном виде выглядит как 111. Поэтому, чтобы поместить это число в 1-байт слово, необходимо первые 5 бит установить в 0, а последние 3 бит - в 1 (рис. 3.2).
Числа с плавающей точкой
Числа с плавающей точкой более или менее соответствуют тому, что математики называют "вещественными числами". Они включают в себя числа, расположенные между целыми. Вот некоторые из них: 2.75, 3.16Е7, 7.00 и 2е-8. Очевидно, что любое число с плавающей точкой можно записать несколькими способами. Более полное обсуждение "Е-нотации" будет проведено дальше, а мы только кратко поясним, что запись вида "3.16Е7" означает число, полученное в результате умножения 3.16 на 1,0 в седьмой степени, т. е. на 1 с семью нулями. Число 7 называется "порядком" (показателем степени при основании 10).
Наиболее существенным моментом здесь является то, что способ кодирования, используемый для помещения в память числа с плавающей точкой, полностью отличается от аналогичной схемы для размещения целого числа. Формирование представления числа с плавающей точкой состоит в его разбиении на дробную часть и порядок; затем обе части раздельно помещаются в память. Поэтому число 7.00 из вышеприведенного списка нельзя поместить в память тем же способом, что и целое число 7, хотя оба имеют одно и то же значение. В десятичной записи (точно так же как и в двоичной) число "7.0" можно было бы записать в виде "0.7Е1"; тогда "0.7" будет дробной частью, а "1" - порядком. Для размещения чисел в памяти машины будут, конечно, использоваться двоичные числа и степени двойки вместо степеней десяти. Дополнительную информацию, относящуюся к этому вопросу, вы сможете найти в приложении Ж. Здесь же мы остановимся лишь на различиях, связанных с практическим использованием чисел этих двух типов.
