Для чего используется переменные целочисленного типа для хранения числовых значений
Структура языка программирования
Содержание
Дополнительно
Классификация типов данных
Для простых типов данных определяются границы диапазона и количество байт, занимаемых ими в памяти компьютера.
В большинстве языков программирования, простые типы жестко связаны с их представлением в памяти компьютера. Компьютер хранит данные в виде последовательности битов, каждый из которых может иметь значение 0 и 1. Фрагмент данных в памяти может выглядеть следующим образом
Данные на битовом уровне (в памяти) не имеют ни структуры, ни смысла. Как интерпретировать данные, как целочисленное число, или вещественное, или символ, зависит от того, какой тип имеют данные, представленные в этой и последующих ячейках памяти.
Числовые типы данных
Целочисленные типы данных
Исходя из машинного представления целого числа, в ячейке памяти из n бит может хранится 2 n для беззнаковых, и 2 n-1 для знаковых типов.
Рассмотрим теперь конкретные целочисленные типы в трёх языках.
У некоторых типов есть приписка «16 разрядов» или «32 разряда». Это означает, что в зависимости от разрядности операционной системы и компилятора данный тип будет находится в соответствующем диапазоне. По-этому, рекомендуется не использовать int, unsigned int, а использовать их аналоги, но уже жестко определенные, short, long, unsigned short, unsigned long.
В Java нет беззнаковых целочисленных типов данных.
Вещественные типы данных
Числа вещественного типа данных задаются в форме чисел с плавающей запятой.
Плавающая запятая — форма представления действительных чисел, в которой число хранится в форме мантиссы и показателя степени. В случае языков программирования, любое число может быть представлено в следующем виде
Вывод: вещественные типы данных, в отличии от целочисленных, характеризуются диапазоном точности и количеством значащих разрядов.
Рассмотрим конкретные типы данных в наших трёх языках.
Тип decimal создан специально для операций высокой точности, в частности финансовых операций. Он не реализован как примитивный тип, по-этому его частое использование может повлиять на производительность вычислений.
Символьный тип данных
Значение переменной этого типа данных представляет собой один символ. В действительности, это есть целое число. В зависимости от кодировки, это число превращается в некий символ. Данные типы данных характеризуются лишь размером выделяемой под них памяти.
Логический тип данных
Перечислимый тип данных
Во внутреннем представлении, это целочисленный тип данных, только здесь пользователь вместо числе использует заранее определенные строковые значения.
Чтобы прочувствовать эту концепцию, приведем пример на языке С++ (в С# и Java аналогично)
Теперь переменные перечислимого типа Forms могут принимать лишь значения, определенные в примере кода. Это очень удобно, ведь мы уже оперируем не с числами, а с некими смысловыми значениями, замечу лишь, что для компьютера эти значения всё-равно являются целыми числами.
Массив
Каждый массив характеризуется типом данных его элементов, который может быть как простым, так и сложным, то есть любым.
В языках программирования нельзя оперировать всем массивом, работают с конкретным элементом. Чтобы доступиться до него в трёх рассматриваемых нами языках используют оператор «[]».
Структура
Структуры реализованы в языке программирования, чтобы собрать некие близки по смыслу вещи воедино.
Например, есть колесо автомобиля. У колеса есть диаметр, толщина, шина. Шина в свою очередь является структурой, у которой есть свои параметры: материал, марка, чем заполнена. Естественно, для каждого параметра можно создать свою переменную или константу, у нас появится большое количество переменных, которые, чтобы понять к чему они относятся, нужно в именах общую часть выделять. Имена будут нести лишнюю смысловую нагрузку. Получается запутанная история. А так мы определяем две структуры, а затем параметры в них.
Класс
Еще одним пользовательским типом данных является класс. Класс умеет всё, что и структура, но кроме параметров, у него есть и методы, и поддерживает большое количество вещей, связанных с объектно-ориентированным программированием.
Типы данных в языке Си
Тип данных определяет множество значений, набор операций, которые можно применять к таким значениям и способ реализации хранения значений и выполнения операций.
Язык Си поддерживает статическую типизацию, и типы всех используемых в программе данных должны быть указаны перед ее компиляцией.
Различают простые, составные и прочие типы данных.
Простые данные
Простые данные можно разделить на
Составные (сложные) данные
Другие типы данных
Программа, написанная на языке Си, оперирует с данными различных типов. Все данные имеют имя и тип. Обращение к данным в программе осуществляется по их именам (идентификаторам).
Идентификатор — это последовательность, содержащая не более 32 символов, среди которых могут быть любые буквы латинского алфавита a — z, A — Z, цифры 0 — 9 и знак подчеркивания (_). Первый символ идентификатора не должен быть цифрой.
Несмотря на то, что допускается имя, имеющее до 32 символов, определяющее значение имеют только первые 8 символов. Помимо имени, все данные имеют тип. Указание типа необходимо для того, чтобы было известно, сколько места в оперативной памяти будет занимать данный объект.
Компилятор языка Си придерживается строгого соответствия прописных и строчных букв в именах идентификаторов и лексем.
INT a=2;
b = A + 3; // идентификатор А не объявлен
b = a + 3; // идентификатор b не объявлен
Целочисленные данные
Целочисленные данные могут быть представлены в знаковой и беззнаковой форме.
Основные типы и размеры целочисленных данных:
| Количество бит | Беззнаковый тип | Знаковый тип |
| 8 | unsigned char 0…255 | char -128…127 |
| 16 | unsigned short 0…65535 | short -32768…32767 |
| 32 | unsigned int | int |
| 64 | unsigned long int | long int |
Вещественные данные
Вещественный тип 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 = 1,2345678·10 4
Число 0,009876 в нормированной форме можно представить как
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.
В общем случае вещественное число в разрядной сетке вычислительной машины можно представить в виде 4 полей. 
Различают три основных типа представления вещественных чисел в языке Си:
| Тип | Обозна- чение в Си | Кол-во бит | Биты степени | Мантисса | Сдвиг |
| простое | float | 32 | 30…23 | 22…0 | 127 |
| двойной точности | double | 64 | 62…52 | 51…0 | 1023 |
| двойной расширен- ной точности | long double | 80 | 78…64 | 62…0 | 16383 |
Как видно из таблицы, бит целое у типов float и double отсутствует. При этом диапазон представления вещественного числа состоит из двух диапазонов, расположенных симметрично относительно нуля. Например, диапазон представления чисел типа float можно представить в виде: 
Для представления числа в двоичной системе счисления преобразуем отдельно целую и дробную части:
178,12510 = 10110010,0012=1,0110010001·2 111
Для преобразования в нормированную форму осуществляется сдвиг на 7 разрядов влево).
Для определения степени числа применяем сдвиг:
0111111+00000111 = 10000110.
Символьный тип
Логический тип
Логический тип применяется в логических операциях, используется при алгоритмических проверках условий и в циклах и имеет два значения:
В программе должно быть дано объявление всех используемых данных с указанием их имени и типа. Описание данных должно предшествовать их использованию в программе.
Урок 5. Типы
Теперь подробнее поговорим о типах. Количество типов, которые можно использовать, практически бесконечно. Все дело в том, что допускается определять свои собственные типы переменных для хранения каких угодно сложных видов данных. Вспоминаем полочки в холодильниках. Во многих холодильниках конструкция позволяет изменять высоту полочек по вашему желанию. Однако, существует ряд стандартных типов переменных.
Предположим, вам необходимо подсчитать число кошек, проживающих в вашем городе. Для этой цели вам подойдут целые числа (integer), так как трудно представить себе, что вы найдете дробную часть животных, типа 1.5 кошки или 3.14 кота.
Если вы имеете дело с финансами, то удобно использовать десятичные числа (decimal), в которым можно считать рубли и копейки, доллары и центы. У математиков для вычислений часто используются числа с плавающей точкой (floating point).
Давайте пока поработаем с типом integer, к которому относятся как положительные, так и отрицательные целые числа.
При создании переменной вы придумываете ей какое-то имя, например cats. В операторе объявления вам нужно указать тип переменной, то есть тип числа (или чего-то другого), которой вы хотите присвоить переменной. Конкретная переменная может быть объявлена только один раз.
Для обозначения целого числа язык C# (как и в C++) использует ключевое слово int. Вот как можно объявить переменную cats, в которой содержится число всех кошек в городе:
Напоминаю, что вы не можете использовать в качестве имени переменной слово int, хотя можете использовать такие имена как INT, Int, inT.
При выполнении программы оператор объявления вызывает небольшой объем памяти специально для хранения значения переменной. Принято говорить, что память выделяется для переменной.
На этом моменте следует остановиться подробнее. Как вы понимаете, память компьютера не бесконечна. Вероятно, вы знаете, что в памяти компьютера числа хранятся в виде последовательностей нулей и единиц. Например, для целочисленных значений берется ряд битов (отдельных цифр, которыми может быть О или 1) и представляется число в двоичном (бинарном) формате. Переменная, способная хранить 2 бита, позволить оперировать следующими числами:
В такую переменную можно записать только четыре числа от 0 до 3. Этого вполне достаточно, чтобы использовать такую переменную для подсчета числа хвостов или ушей у любой кошки. Но, если мы захотим посчитать количество лап у кошки, то от такой переменной толку будет мало. Значить, нам нужно иметь переменную, способную хранить 3 бита (3 бита позволяют хранить числа от 0 до 7). Возникает соблазн создать такие типы, которые могут содержать 2, 3, 4, 5 битов и так далее. Но подобный способ неэффективен для компьютера. Вместо этого договорились использовать строго определенные типы, способные хранить разные диапазоны чисел в заранее оговоренных рамках и занимающие разные объемы памяти. Необходимо сначала выучить самые основные типы, которыми вы будете пользоваться. Потом вы запомните и другие типы. Пока достаточно выучить тип int
Тип int
Добавим еще несколько переменных:
Пустая строка в этом примере не обязательна; она только делает код более наглядным.
Вы можете указывать более одной переменной в одном операторе объявления:
Эта строка эквивалентна трем отдельным операторам объявления. Если вы объявляете более одной переменной в операторе объявления, то переменные необходимо разделять запятыми. При этом все объявленнные переменные относятся к одному типу, в данном случае к типу int.
Можно сочетать различные способы объявления. Например, объявить некоторые переменные вместе в одном операторе объявления, а другие отдельно:
Также можно объявлять переменные по мере надобности:
Также можно присвоить переменной значение одновременно с объявлением:
На первый взгляд, кажется, что мы использовали оператор присваивания. Но на самом деле это оператор объявления. Когда переменной присваивается значение при объявлении, говорят, что переменная инициализируется. Инициализация переменной ничем не отличается от присваивания значения переменной сразу за оператором объявления:
В период между объявлением переменной и присваиванием ей значения эта переменная не инициализирована и не имеет никакого значения. Язык C# не разрешит вам использовать неинициализированную переменную. Например, рассмотрим пример:
Так как вы не присвоили первым двум переменным никаких значений, то нельзя подсчитать общее число животных totalAnimals.
Можно в одном операторе объявления инициализировать одни переменные и не инициализировать другие:
А можно инициализировать все три переменные в одном операторе объявления:
Тем не менее, для удобства чтения кода лучше использовать короткие выражения:
Пора закрепить материал и написать простую программу:
Основные целочисленные типы
Символы u в начале имен некоторых переменных (ushort, uint, ulong) являются сокращением от слова unsigned (без знака), которое указывает на то, что хранить отрицательные числа в переменных этих типов нельзя.
Если вернуться к предыдущему примеру, где мы считали число проживающих в городе котов, собак и попугаев, то можно было бы использовать такое выражения, как short cats вместо int cats. C другой стороны, мы не можем использовать тип sbyte или byte, так как в городе проживает больше котов, чем может хранить переменная указанных типов.
Другие типы данных
Итак, мы использовали в программе переменные типа int, которые могут хранить только целочисленные значения. Для работы с числами с дробной частью нужно использовать типы float и double. Чтобы лучше понять разницу между типами int и double, напишем следующую программу:
После запуска программы вы увидите следующее:
Как видите, после деления значение переменной iVar на 3 получается целое число 33, а дробная часть была отброшена. А при делении значения переменной dVar дробная часть осталась. Таким образом, при необходимости работы с числами с плавающей точкой, ее нужно указать явным образом.
Таким образом мы узнали, что кроме целочисленных переменных, в программах можно использовать переменные трех следующих типов: float, double и decimal.
Практическая работа. Преобразование значений температуры
Мы рассматривали достаточно отвлеченные примеры. Давайте теперь напишем более полезную программу. Например, создадим приложение, которое преобразует значение температуры по шкале Фаренгейта в значение по шкале Цельсия.
Для решения задачи нам понадобятся две переменные типа double, в которых будут храниться значения температур по шкале Фаренгейта и Цельсия. Надеюсь, вы понимаете, почему мы выбрали именно тип double для наших переменных? Вспомните, что когда мы говорим о нормальной температуре человека, то подразумеваем температуру 36.6 градусов по Цельсию, т.е. дробное число.
Для преобразования значений температур по шкале Фаренгейта в шкалу по Цельсию используется формула:
Итак, создаем новый проект FtoC:
Теперь, когда вы будете читать книгу американского фантаста Рэя Бредбери 451 градус по Фаренгейту, вы будет представлять о какой температуре идет речь в привычной нам шкале Цельсия.
Нечисловые типы
Помимо числовых типов, существуют и другие простые типы, которые не связаны с числами.
| string | System.String | Последовательность символов |
| Тип | Псевдоним | Допустимые значения |
|---|---|---|
| char | System.Char | Одиночный символ Unicode, сохраняемый в виде целого числа в диапазоне от 0 до 65535 |
| bool | System.Boolean | Булево значение, которое может иметь вид либо true, либо false |
Строка
Тип string определяет последовательность символов или, говоря понятным языком, текстовую строку. Обратите внимание на то, что верхнего предела по количеству символов, которое может сохраняться в string, не существует, поскольку этот тип может использовать всю память, которую может предоставить система. О строках мы поговорим в другой раз.
Текстовые символы char
Для хранения отдельных символов в языке C# предусмотрен тип данных char. Так как для символов в C# используется кодировка Unicode, то символы типа char занимают в памяти 2 байта. При использовании символьной переменной сам символ окружают одинарными кавычками:
Булев тип данных
Булевский тип bool является одним из наиболее часто используемых типов переменных. Наличие переменной, которая может содержать либо значение true, либо значение false, играет очень важную роль в процессе выполнения логики приложения. При помощи типа bool можно выполнить сравнение между значениями переменных или проверить правильности входных данных.
Запомните, что для булева типа данных bool существует только два значения true и false (истинна и ложь) и эти значения и выводятся на экран в виде слов True или False:
Очень часто булев тип данных используется в операторе if:
Обратите внимание, на короткую запись вместо if(hasTail == true), которую можно использовать, если переменная имеет значение true. А вот еще один пример:
Как вы думаете, что появится на экране? Проверьте самостоятельно. Должно появиться слово False.
Система типов C++
Терминология
Переменная: символическое имя количества данных, чтобы имя можно было использовать для доступа к данным, на которые он ссылается в области кода, где он определен. В C++ переменная обычно используется для ссылки на экземпляры скалярных типов данных, тогда как экземпляры других типов обычно называются объектами.
Объект. для простоты и согласованности в этой статье используется объект term для ссылки на любой экземпляр класса или структуры, и когда он используется в общем смысле, включает все типы, даже скалярные переменные.
Тип POD (обычные старые данные): Эта неофициальная Категория типов данных в C++ относится к скалярным типам (см. раздел фундаментальные типы) или к классам Pod. Класс POD не содержит статических данных-членов, которые не являются типами POD, а также не содержит пользовательских конструкторов, пользовательских деструкторов или пользовательских операторов присваивания. Кроме того, класс POD не имеет виртуальных функций, базового класса и ни закрытых, ни защищенных нестатических данных-членов. Типы POD часто используются для внешнего обмена данными, например с модулем, написанным на языке С (в котором имеются только типы POD).
Указание типов переменных и функций
C++ — это строго типизированный язык, который также является статически типизированным; Каждый объект имеет тип, и этот тип никогда не изменяется (не следует путать с статическими объектами данных). При объявлении переменной в коде необходимо либо явно указать ее тип, либо использовать auto ключевое слово, чтобы указать компилятору вывести тип из инициализатора. При объявлении функции в коде необходимо указать тип каждого аргумента и его возвращаемое значение или void значение, если функция не возвращает никакого значения. Исключением является использование шаблонов функции, которые допускают аргументы произвольных типов.
После объявления переменной изменить ее тип впоследствии уже невозможно. Однако можно скопировать значения переменной или возвращаемое значение функции в другую переменную другого типа. Такие операции называются преобразованиями типов, которые иногда являются обязательными, но также являются потенциальными источниками потери или неправильности данных.
При объявлении переменной типа POD настоятельно рекомендуется инициализировать ее, т. е. указать начальное значение. Пока переменная не инициализирована, она имеет «мусорное» значение, определяемое значениями битов, которые ранее были установлены в этом месте памяти. Необходимо учитывать эту особенность языка C++, особенно при переходе с другого языка, который обрабатывает инициализацию автоматически. При объявлении переменной типа, не являющегося классом POD, инициализация обрабатывается конструктором.
В следующем примере показано несколько простых объявлений переменных с небольшим описанием для каждого объявления. В примере также показано, как компилятор использует сведения о типе, чтобы разрешить или запретить некоторые последующие операции с переменной.
Базовые (встроенные) типы
Базовые типы распознаются компилятором, в котором предусмотрены встроенные правила, управляющие операциями, выполняемыми с такими типами, а также преобразованием в другие базовые типы. Полный список встроенных типов, а также их размер и числовые ограничения см. в разделе Встроенные типы.
На следующем рисунке показаны относительные размеры встроенных типов в реализации Microsoft C++:
В следующей таблице перечислены наиболее часто используемые фундаментальные типы и их размеры в реализации Microsoft C++:
Другие реализации C++ могут использовать разные размеры для определенных числовых типов. Дополнительные сведения о размерах и отношениях размеров, необходимых стандарту C++, см. в разделе Встроенные типы.
Тип void
Квалификатор типа const
Любой встроенный или пользовательский тип может квалифицироваться ключевым словом const. Кроме того, функции-члены могут быть const полными и даже const перегруженными. Значение const типа не может быть изменено после инициализации.
Строковые типы
Определяемые пользователем типы
Компилятор не имеет встроенных сведений о пользовательском типе. Он узнает о типе при первом обнаружении определения во время процесса компиляции.
типы указателей
Как и самые ранние версии языка C, язык C++ по-прежнему позволяет объявить переменную типа указателя с помощью специального декларатора * (звездочка). Тип указателя хранит адрес расположения в памяти, в котором хранится фактическое значение данных. В современных C++ они называются необработанными указателямии доступны в коде с помощью специальных операторов (звездочки) или -> (тире с символом «больше»). Это называется разыменованием, и какой из используемых объектов зависит от того, выполняется ли разыменование указателя на скаляр или указатель на член в объекте. Работа с типами указателя долгое время была одним из наиболее трудных и непонятных аспектов разработки программ на языках C и C++. В этом разделе приводятся некоторые факты и рекомендации по использованию необработанных указателей, если вы хотите, но в современной версии C++ больше не требуется (или рекомендуется) использовать необработанные указатели для владения объектами, так как при развитии интеллектуального указателя (см. Дополнительные сведения в конце этого раздела). Все еще полезно и безопасно использовать необработанные указатели для отслеживания объектов, но если требуется использовать их для владения объектом, необходимо делать это с осторожностью и после тщательного анализа процедуры создания и уничтожения объектов, которые им принадлежат.
Первое, что необходимо знать, — это то, что при объявлении переменной необработанного указателя выделяется только память, необходимая для хранения адреса расположения памяти, на который будет ссылаться указатель при разыменовывании. Выделение памяти для самого значения данных (также называемое резервным хранилищем) еще не выделено. Другими словами, объявив переменную необработанного указателя, вы создаете переменную адреса памяти, а не фактическую переменную данных. Разыменовывание переменной указателя до проверки того, что она содержит действительный адрес в резервном хранилище, приведет к неопределенному поведению (обычно неустранимой ошибке) программы. В следующем примере демонстрируется подобная ошибка:
Пример разыменовывает тип указателя без выделения памяти для хранения фактических целочисленных данных или без выделенного допустимого адреса памяти. В следующем коде исправлены эти ошибки:
Однако можно легко забыть удалить динамически выделенный объект, особенно в сложном коде, который вызывает ошибку ресурса, называемую утечкой памяти. По этой причине в современном С++ настоятельно не рекомендуется использовать необработанные указатели. Почти всегда лучше обернуть необработанный указатель в Интеллектуальный указатель, который автоматически освобождает память при вызове его деструктора (когда код выходит за пределы области для смарт-указателя); с помощью смарт-указателей вы практически устраняете целый класс ошибок в программах на C++. В следующем примере предположим, что MyClass — это пользовательский тип, который имеет открытый метод DoSomeWork();
Дополнительные сведения о смарт-указателях см. в разделе интеллектуальные указатели.
Дополнительные сведения о преобразовании указателей см. в разделе преобразования типов и типизация.
Дополнительные сведения об указателях в целом см. в разделе указатели.
Типы данных Windows
Дополнительные сведения
Дополнительные сведения о системе типов C++ см. в следующих разделах.
Преобразования типов и безопасность типов
Описание типовых проблем преобразования типов и способов их избежать.