Основы языка Си: структура Си-программы, базовые типы и конструирование новых типов, операции и выражения

Типы переменных

При рассмотрении типов переменных в Си и C++ следует различать понятия базового типа и конструкции, позволяющей строить новые типы на основе уже построенных. Базовых типов совсем немного - это целые и вещественные числа, которые могут различаться по диапазону возможных значений (или по длине в байтах) и, в случае языка C++, логический тип. К конструкциям относятся массив, указатель и структура, а также класс в C++.

Базовые типы

В языке Си используются всего два базовых типа: целые и вещественные числа. Кроме того, имеется фиктивный тип void ("пустота"), который применяется либо для функции, не возвращающей никакого значения, либо для описания указателя общего типа (когда неизвестна информация о типе объекта, на который ссылается указатель).

В C++ добавлен логический тип.

Целочисленные типы

Целочисленные типы различаются по длине в байтах и по наличию знака. Их четыре - char, short, int и long. Кроме того, к описанию можно добавлять модификаторы unsigned или signed для беззнаковых (неотрицательных) или знаковых целых чисел.

Тип int

Самый естественный целочисленный тип - это тип int, от слова integer - целое число. Тип int всегда соответствует размеру машинного слова или адреса. Все действия с элементами типа int производятся максимально быстро. Всегда следует выбирать именно тип int, если использование других целочисленных типов не диктуется явно спецификой решаемой задачи. Параметры большинства стандартных функций, работающих с целыми числами или символами, имеют тип int. Целочисленные типы были подробно рассмотрены в "лекции 2" . Подчеркнем еще раз, что целочисленные переменные хранят на самом деле не целые числа, а элементы кольца вычетов по модулю m, где m - степень двойки.

В современных архитектурах элемент типа int занимает 4 байта, т.е. m = 2³². Элементы типа int трактуются в Си как числа со знаком. Минимальное отрицательное число равно -2³¹ = -2147483648, максимальное положительное равно 2³¹-1 = 2147483647.

При описании переменной сначала указывается базовый тип, затем - имя переменной или список имен, разделенных запятыми, например,

int x;
int y, z, t;

При описании переменных можно присваивать им начальные значения:

int maxind = 1000;
int a = 5, b = 7;

Кроме типа int, существуют еще три целочисленных типа: char, short и long.

Тип char

Тип char представляет целые числа в диапазоне от -128 до 127. Элементы типа char занимают один байт памяти. Слово " char " является сокращением от character, что в переводе означает "символ". Действительно, традиционно символы представляются их целочисленными кодами, а код символа занимает один байт (см. лекцию 3). Тем не менее, подчеркнем, что элементы типа char - это именно целые числа, с ними можно выполнять все арифметические операции. С математической точки зрения, элементы типа char - это элементы кольца вычетов m = Z₂₅₆. Стандарт Си не устанавливает, трактуются ли элементы типа char как знаковые или беззнаковые числа, но большинство Си-компиляторов считают char знаковым типом. Примеры описаний переменных типа char:

char c;
char eof = (-1);
char letterA = 'A';

В последнем случае значение переменной " letterA " инициализируется кодом латинской буквы 'A', т.е. целым числом 65. В Си символьные константы записываются в одинарных апострофах и означают коды соответствующих символов в кодировке ASCII. Рассмотрим следующий пример:

char c = 0;
char d = '0';

Здесь переменная c инициализируется нулевым значением, а переменная d - значением 48, поскольку символ '0' имеет код 48.

Типы short и long

Слова short и long означают в Си короткое и длинное целое число со знаком. Стандарт Си не устанавливает конкретных размеров для типов short и long. В самой распространенной в настоящее время 32-разрядной архитектуре переменная типа short занимает 2 байта (диапазон значений - от -32768 до 32767 ), а тип long совпадает с типом int, размер его равен четырем байтам. Примеры описаний:

short s = 30000;
long x = 100000;
int y = 100000;

В 32-разрядной архитектуре переменные x и y имеют один и тот же тип.

Модификатор unsigned

Типы int, short и long представляют целые числа со знаком. Для типа char стандарт Си не устанавливает явно наличие знака, однако большинство компиляторов трактуют элементы типа char как целые числа со знаком в диапазоне от -128 до 127. Если необходимо трактовать целые числа как неотрицательные, или беззнаковые, следует добавить модификатор unsigned при описании переменных. Примеры:

unsigned char c = 255;
unsigned short s = 65535;
unsigned int i = 1000000000;
unsigned j = 1;

При описании типа " unsigned int " слово " int " можно опускать, что и сделано в последнем примере.

Следует по возможности избегать беззнаковых типов, поскольку арифметика беззнаковых чисел не на всех компьютерах реализована одинаково и из-за этого при переносе программы с одной платформы на другую могут возникнуть проблемы. По этой причине в языке Java беззнаковые числа запрещены.

Имеется также модификатор signed (знаковый). Его имеет смысл использовать на тех платформах, в которых тип char является беззнаковым. Пример описания:

signed char d = (-1);

Вещественные типы

Вещественных типов два: длинное вещественное число double (переводится как "двойная точность") и короткое вещественное число float (переводится как "плавающее"). Вещественные типы были подробно рассмотрены в разделе 1.4.2. Вещественное число типа double занимает 8 байтов, типа float - 4 байта.

Тип double является основным для компьютера. Тип float - это, скорее, атавизм, оставшийся от ранних версий языка Си. Компьютер умеет производить арифметические действия только с элементами типа double, элементы типа float приходится сначала преобразовывать к double. Точность, которую обеспечивает тип float, низка и не достаточна для большинства практических задач. Все стандартные функции математической библиотеки работают только с типом double. Рекомендуем вам никогда не использовать тип float!

Примеры описаний вещественных переменных:

double x, y, z;
double a = 1.5, b = 1e+6, c = 1.5e-3;

В последних двух случаях использовалось задание вещественных констант в экспоненциальной форме (см. раздел 1.4.2).

Логический тип

В языке Си специального логического типа нет, вместо него используются переменные целого типа. Значению "истина" соответствует любое ненулевое целое число, значению "ложь" - ноль. Например, в Си допустим такой фрагмент программы:

int b;
double s;
. . .
if (b) {
    s = 1.0;
}

Здесь целочисленная переменная b используется в качестве условного выражения в операторе if ("если"). Если значение b отлично от нуля, то выполняется тело оператора if, т.е. переменной s присваивается значение 1.0 ; если значение b равно нулю, то тело оператора if не выполняется.

На самом деле, приведенный пример представляет собой дурной стиль программирования. Гораздо яснее выглядит следующий фрагмент, эквивалентный приведенному выше:

if (b != 0) {
    s = 1.0;
}

В более строгом языке Java второй фрагмент корректен, а первый нет.

Язык C++ вводит логический тип bool в явном виде (отметим, что этот тип появился в C++ далеко не сразу!). Переменные типа bool принимают два значения: false и true (ложь и истина). Слова false и true являются ключевыми словами языка C++.

Примеры описания логических переменных в C++:

bool a, b;
bool c = false, d = true;

Оператор sizeof

Переменная одного и того же типа на разных платформах может занимать различное число байтов памяти. Язык Си предоставляет программисту возможность получить размер элемента данного типа или размер переменной в байтах, для этого служит оператор sizeof. Аргумент sizeof указывается в круглых скобках, он может быть типом или переменной. Рассмотрим несколько примеров. Пусть определены следующие переменные:

int i; char c; short s; long l;
double d; float f; bool b;

Тогда приведенные ниже выражения в 32-разрядной архитектуре имеют следующие значения:

Тип void

Слово void означает "пустота". Тип void в Си обозначает отсутствие чего-либо там, где обычно предполагается описание типа. Например, функция, не возвращающая никакого значения, в Си описывается как возвращающая значение типа void:

void f(int x);

Другое применение ключевого слова void состоит в описании указателя общего типа, когда заранее не известен тип объекта, на который он будет ссылаться.