Переменные, операции, выражения

Презентацию к данной лекции Вы можете скачать здесь.

Переменная — это именованная область памяти, предназначенная для хранения данных определенного типа. Во время выполнения программы значение переменной можно изменять. Все переменные, используемые в программе, должны быть описаны явным образом. При описании для каждой переменной задаются ее имя и тип.

Пример описания целой переменной с именем a и вещественной переменной x:

int a; float x;

Имя переменной служит для обращения к области памяти, в которой хранится значение переменной. Имя дает программист. Тип переменной выбирается, исходя из диапазона и требуемой точности представления данных. При объявлении можно присвоить переменной некоторое начальное значение, то есть инициализировать ее, например:

int a, b = 1; 
float x = 0.1, y = 0.1f;

Здесь описаны:

• переменная a типа int, начальное значение которой не присваивается;
• переменная b типа int, ее начальное значение равно 1;
• переменные х и y типа float, которым присвоены одинаковые начальные значения 0.1. Разница между ними состоит в том, что для инициализации переменной х сначала формируется константа типа double, а затем она преобразуется к типу float ; переменной y значение 0.1 присваивается без промежуточного преобразования.

Рекомендуется всегда инициализировать переменные при описании. При инициализации можно использовать не только константу, но и выражение — главное, чтобы на момент описания оно было вычисляемым, например:

int b = 1, a = 100; 
int x = b * a + 25;

Программа на C# состоит из классов, внутри которых описывают методы и данные. Структуру программы иллюстрирует рис. 3.1. Переменные, описанные непосредственно внутри класса, называются полями класса. Им автоматически присваивается так называемое "значение по умолчанию" — как правило, это 0 соответствующего типа. Переменные, описанные внутри метода класса, называются локальными переменными. Их инициализация возлагается на программиста.

Рис. 3.1. Структура программы

Так называемая область действия переменной, то есть область программы, где можно использовать переменную, начинается в точке ее описания и длится до конца блока, внутри которого она описана. Блок — это код, заключенный в фигурные скобки. Основное назначение блока — группировка операторов. В C# любая переменная описана внутри какого-либо блока: класса, метода или блока внутри метода. Имя переменной должно быть уникальным в области ее действия. Область действия распространяется на вложенные в метод блоки.

class X    // начало описания класса X
{
   int A;      // поле A класса X
   int B;      // поле B класса X

   void Y()    // ----------------------------------------- метод Y класса Х
   {
      int C;      // локальная переменная C, область действия – метод Y
      int A;      // локальная переменная A (НЕ конфликтует с полем А)

      {           // ============ вложенный блок 1 ============
         int D;      // локальная переменная D, область действия – этот блок
//       int А;         недопустимо! Ошибка компиляции, конфликт с локальной
//                      переменной А
         С = B;      // присваивание переменной С поля В класса Х (**) 
         С = this.A; // присваивание переменной С поля А класса Х (***)
      }           // ============ конец блока 1 ===============

      {           // ============ вложенный блок 2 ============
         int D;      // локальная переменная D, область действия – этот блок
      }           // ============ конец блока 2 ===============

   }           // ------------------------- конец описания метода Y класса X

}          // конец описания класса X

В листинге 3.1 приведен пример программы, в которой описываются и выводятся на экран локальные переменные.

using System;
namespace ConsoleApplication1
{    class Class1
    {    static void Main()
        {
            int     i = 3;
            double  y = 4.12;
            decimal d = 600m;
            string  s = "Вася";

            Console.Write( "i = " );  Console.WriteLine( i );
            Console.Write( "y = " );  Console.WriteLine( y );
            Console.Write( "d = " );  Console.WriteLine( d );
            Console.Write( "s = " );  Console.WriteLine( s );
        }
    }
}

Внимание

Переменные создаются при входе в их область действия (блок) и уничтожаются при выходе. Это означает, что после выхода из блока значение переменной не сохраняется. При повторном входе в этот же блок переменная создается заново.

Именованные константы

Можно запретить изменять значение переменной, задав при ее описании ключевое слово const, например:

const int b = 1; 
const float x = 0.1, y = 0.1f;   // const распространяется на обе переменные

Такие величины называют именованными константами, или просто константами. Они применяются для того, чтобы вместо значений констант можно было использовать в программе их имена. Это делает программу более понятной и облегчает внесение в нее изменений. Именованные константы должны обязательно инициализироваться при описании, например:

const int b = 1, a = 100; 
const int x = b * a + 25;

Операции и выражения

Выражение — это правило вычисления значения. В выражении участвуют операнды, объединенные знаками операций. Операндами простейшего выражения могут быть константы, переменные и вызовы функций.

Например, a + 2 — это выражение, в котором + является знаком операции, а a и 2 — операндами. Пробелы внутри знака операции, состоящей из нескольких символов, не допускаются. Операции C# приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Операции C#

Категория	Знак операции	Название
Первичные	x()	Вызов метода или делегата
	x[]	Доступ к элементу
	x++	Постфиксный инкремент
	x--	Постфиксный декремент
	new	Выделение памяти
	typeof	Получение типа
	checked	Проверяемый код
	unchecked	Непроверяемый код
Унарные	+	Унарный плюс
	-	Унарный минус (арифметическое отрицание)
	!	Логическое отрицание
		Поразрядное отрицание
	++x	Префиксный инкремент
	--x	Префиксный декремент
	(тип)x	Преобразование типа
Мультипликативные (типа умножения)	*	Умножение
	/	Деление
	%	Остаток от деления
Аддитивные (типа сложения)	+	Сложение
	-	Вычитание
Сдвига	<<	Сдвиг влево
	>>	Сдвиг вправо
Отношения и проверки типа	<	Меньше
	>	Больше
	<=	Меньше или равно
	>=	Больше или равно
	is	Проверка принадлежности типу
	as	Приведение типа
Проверки на равенство	==	Равно
	!=	Не равно
Поразрядные логические	&	Поразрядная конъюнкция (И)
		Поразрядное исключающее ИЛИ
	|	Поразрядная дизъюнкция (ИЛИ)
Условные логические	&&	Логическое И
	||	Логическое ИЛИ
Условная	?:	Условная операция
Присваивания	=	Присваивание
	*=	Умножение с присваиванием
	/=	Деление с присваиванием
	%=	Остаток от деления с присваиванием
	+=	Сложение с присваиванием
	-=	Вычитание с присваиванием
	<<=	Сдвиг влево с присваиванием
	>>=	Сдвиг вправо с присваиванием
	&=	Поразрядное И с присваиванием
		Поразрядное исключающее ИЛИ с присваиванием
	|=	Поразрядное ИЛИ с присваиванием

Операции в выражении выполняются в определенном порядке в соответствии с приоритетами, как и в математике. В таблице 3.1 операции расположены по убыванию приоритетов, уровни приоритетов разделены в таблице горизонтальными линиями.

Результат вычисления выражения характеризуется значением и типом. Например, пусть a и b — переменные целого типа и описаны так:

int a = 2, b = 5;

Тогда выражение a + b имеет значение 7 и тип int, а выражение a = b имеет значение, равное помещенному в переменную b (в данном случае — 5) и тип, совпадающий с типом этой переменной.

Если в одном выражении соседствует несколько операций одинакового приоритета, операции присваивания и условная операция выполняются справа налево, остальные — слева направо. Для изменения порядка выполнения операций используются круглые скобки, уровень их вложенности практически не ограничен.

Например, a + b + c означает (a + b) + c, а a = b = c означает a = (b = c).

Преобразования встроенных арифметических типов-значений

При вычислении выражений может возникнуть необходимость в преобразовании типов. Если операнды, входящие в выражение, одного типа, и операция для этого типа определена, то результат выражения будет иметь тот же тип.

Если операнды разного типа и (или) операция для этого типа не определена, перед вычислениями автоматически выполняется преобразование типа по правилам, обеспечивающим приведение более коротких типов к более длинным для сохранения значимости и точности. Автоматическое ( неявное ) преобразование возможно не всегда, а только если при этом не может случиться потеря значимости.

Если неявного преобразования из одного типа в другой не существует, программист может задать явное преобразование типа с помощью операции (тип)x. Его результат остается на совести программиста.

Внимание

Арифметические операции не определены для более коротких, чем int, типов. Это означает, что если в выражении участвуют только величины типов sbyte, byte, short и ushort, перед выполнением операции они будут преобразованы в int. Таким образом, результат любой арифметической операции имеет тип не менее int.

Правила неявного преобразования иллюстрирует рис. 3.2. Если один из операндов имеет тип, изображенный на более низком уровне, чем другой, то он приводится к типу второго операнда при наличии пути между ними. Если пути нет, возникает ошибка компиляции.

Рис. 3.2. Неявные арифметические преобразования типов

Введение в исключения

При вычислении выражений могут возникнуть ошибки, например, переполнение, исчезновение порядка или деление на ноль. В C# есть механизм, который позволяет обрабатывать подобные ошибки и таким образом избегать аварийного завершения программы. Он так и называется: механизм обработки исключительных ситуаций ( исключений ).

Если в процессе вычислений возникла ошибка, система сигнализирует об этом с помощью специального действия, называемого выбрасыванием (генерированием) исключения. Каждому типу ошибки соответствует свое исключение. Поскольку C# — язык объектно-ориентированный, исключения являются классами, которые имеют общего предка — класс Exception, определенный в пространстве имен System.

Например, при делении на ноль будет сгенерировано исключение DivideByZeroException, при недостатке памяти — исключение OutOfMemoryException.

Программист может задать способ обработки исключения в специальном блоке кода, начинающемся с ключевого слова catch ("перехватить"), который будет автоматически выполнен при возникновении соответствующей исключительной ситуации. Внутри блока можно, например, вывести предупреждающее сообщение или скорректировать значения величин и продолжить выполнение программы. Если этот блок не задан, система выполнит действия по умолчанию, которые обычно заключаются в выводе диагностического сообщения и нормальном завершении программы. Обработка исключений подробно рассматривается позже.