Хранение данных в программе: литералы, константы, переменные

Всё программирование сводится к тому, чтобы манипулировать какими‐нибудь данными. Данные хранятся не просто так «в воздухе», а физически размещаются в оперативной памяти компьютера. В исходном коде данные представлены литералами, константами и переменными.

Константы и литералы

Литералы

Литерал

Безымянная область памяти, которая не может изменяться. Это числа и строки, записанные в тексте программы «как есть».

Число (числовой литерал) может быть записано в десятичной, шестнадцатеричной, восьмеричной и двоичной системах счисления, используя специальные префиксы.

Константы

Константа

Именованная область памяти, которую нельзя изменять.

Константы объявляются в тексте программы с помощью ключевого слова Const по такой схеме:

Const ИмяКонстанты [ As ТипДанных ] = Литерал

Тип данных, который хранит константа, указывать не обязательно.

Константу необходимо объявлять вместе с инициализирующим значением, иначе компилятор сообщит об ошибке.

Примеры

' Объявляем константу количества месяцев в году
Const MonthsInYear = 12

' Объявляем константу числа пи
Const Pi = 3.141592653 

В данном примере MonthsInYear и Pi являются константами, а 12 и 3.141592356 — литералами.

Если попытаться присвоить константе какое‐нибудь значение, то это вызовет ошибку компиляции:

' Объявляем константу количества секунд в минуте
Const SecondsInMinute = 60

' Пробуем изменить её
SecondsInMinute = 70

Результат:

C:\Programming\FreeBASIC Projects>fbc HelloWorld.bas
HelloWorld.bas(5) error 119: Cannot modify a constant, before '=' in 'SecondsInMinute = 70

C:\Programming\FreeBASIC Projects>_

Объявлять можно не только числовые константы, но и строковые:

Const HelloWorld = "Привет, мир!"

HelloWorld — это константа, а строка "Привет, мир!" — литерал. Обрати внимание, что кавычки не являются частью данных, а лишь ограничивают их. Как же в таком случае поместить кавычку внутрь литерала? Достаточно её удвоить:

Const QuotationLiteral = "Вот это "" кавычка внутри литерала"

Технически строковый литерал представляет собой массив символов, в конце которого компилятор добавляет символ с кодом 0, чтобы программе можно было определить конец этого массива (конец строки).

Зачем нужны константы

Константы упрощают отладку и сопровождение программ:

• исчезает необходимость помнить конкретные числа — имена запоминаются легче;
• компилятор автоматически выявляют ошибки в именах;
• упрощается внесение изменений: значение константы задано в программе всего в одном месте.

Переменные

Переменная

Именованная область памяти, которую можно изменять.

Любая переменная должна быть объявлена до её использования. Переменные объявляются через операторы Dim и var.

Как допустимо называть переменные

У любой переменной должно быть имя. FreeBASIC разрешает использовать в имени переменной только английские буквы, цифры и символ подчёркивания _, причём имя переменной не может начинаться с цифры.

Примеры допустимых имён

Примеры недопустимых имён

Компилятор выдаст ошибку и откажется создавать программу при виде таких имён:

У всех BASIC‐подобных языков есть особенность: большие и маленькие буквы в именах переменных, операторов и функций не различаются, поэтому компилятор будет считать Variable и vAriaBLE одним и тем же именем.

Объявление переменных через оператор Dim

Переменные через оператор Dim объявляются по следующей схеме:

Dim ИмяПеременной As ТипДанных [ = Выражение]

Выражением может быть любой литерал, константа, результат выполнения функции или другая переменная. Единственное здесь условие: типы данных переменной и выражения должны совпадать.

Примеры:

' Объявляем целочисленную переменную
Dim x As Integer

' Также переменные можно объявлять сразу же вместе с начальным значением
Dim y As Integer = 35

В одной строке можно объявлять несколько переменных через запятую. В таком случае спецификатор типа следует указывать вначале:

Dim As Integer x, y

Если для переменной не указывать инициализирующее значение, то FreeBASIC инициализирует её значением по умолчанию. Чисел и указатели инициализируются нулём, булёвые величины — False, строки — строкой нулевой длины.

Объявление переменных через оператор var

Через оператор var переменные объявляют без указания типа данных, но сразу же с инициализирующим значением. Тип переменной автоматически определится из инициализирующего выражения.

var ИмяПеременной = Выражение

Это удобно и немного сокращает код:

' Объявим переменную, в которой будет храниться длина
var length = 5

Через оператор var можно объявить несколько переменных сразу через запятую:

' Объявим несколько переменных в одной строке
var UserId = 251994, Rational = 2.54

Переменная UserId будет типа Integer, переменная Rational будет типа Double.

Указатели

Данные хранятся в памяти компьютера. Память можно представить как последовательный набор пронумерованных коробок начиная от нуля, и размером в 1 байт. Обращаться к данным в этих коробках можно по их номеру, то есть адресу.

Указатель

Область памяти, которая хранит в себе «номер коробки» (адрес) где находятся данные.

Обычная переменная позволяет обращаться к данным по имени, указатель — по адресу.

Объявление указателей

Указатель, как и любая переменная, должен быть объявлен. Указатели объявляют почти также, как и обычные переменные, но с добавлением ключевых слов Ptr или Pointer. Указатели можно объявлять через оператор Dim или var по таким схемам:

' Первый вариант
Dim ИмяУказателя As ТипДанных Ptr [ = Адрес]

' Второй вариант, менее распространён
Dim ИмяУказателя As ТипДанных Pointer [ = Адрес]

Указатель хранит в себе номер коробки, где лежат данные определённого типа. Какого именно типа — определяется при объявлении указателя:

' Объявим указатель на целочисленные данные
Dim pInt As Integer Ptr

' Объявим указатель на байт
Dim pByte As Byte Ptr

' Можно объявлять указатель, который будет указывать на другой адрес, где хранятся данные
Dim pIntInt As Integer Ptr Ptr

Тип указателя должен соответствовать типу переменной, на которую он указывает. При присваивании указателю адреса не на тот тип данных, фрибейсик при компиляции выдаст предупреждение.

Получение адреса переменной

Каждая переменная в памяти имеет свой адрес — номер первой коробки, где она расположена, а также своё значение. Как же получить адрес данных, которые хранятся в переменной?

Для этого существует оператор @ (VarPtr)— он возвращает адрес объекта.

' Объявим целую переменную и запишем туда данные
Dim Days As Integer = 15

' Объявим указатель и получим адрес переменной
Dim pDays As Integer Ptr = @Days

' Распечатаем адрес
Print "pDays = "; pDays

Результат работы программы:

C:\Programming\FreeBASIC Projects>Pointers.exe
pDays = 1375744

C:\Programming\FreeBASIC Projects>_

Как видно, данные в переменной Days находятся по адресу 1375744. У тебя этот адрес наверняка будет другим, потому что программы могут загружаться в оперативную память по разным адресам.

Следует отметить, что операцию взятия адреса @ неприменима к литералам и константам, потому что у них нет адреса.

Получение данных по адресу

Для того, чтобы извлечь данные, на которые ссылается указатель, существует оператор * — он возвращает ссылку на значение, хранящееся по адресу. Такая операция называется «разыменование указателя».

Не следует путать операцию разыменования и умножение, которое тоже обозначается звёздочкой. Разыменование указателя — это унарная операция, то есть в ней участвует один операнд; умножение — бинарная операция, в ней участвуют два операнда.

' Объявим целую переменную и запишем туда данные
Dim Days As Integer = 15

' Объявим указатель и получим адрес переменной
Dim pDays As Integer Ptr = @Days

' Получим данные, которые хранятся по адресу указателя
Dim OriginalDays As Integer = *pDays
Print "OriginalDays = "; OriginalDays

' Распечатаем данные, на которые ссылается указатель
Print "*pDays = "; *pDays

' Перезапишем данные по указателю
*pDays = 20

' Посмотрим на оригинальную переменную, её значение будет изменено
Print "Days = "; Days

Результат работы программы:

C:\Programming\FreeBASIC Projects>Pointers.exe
OriginalDays =  15
*pDays =  15
Days =  20

C:\Programming\FreeBASIC Projects>_

Перед разыменованием, необходимо убедиться, что значение указателя содержит действительный адрес памяти.

Действительные и недействительные адреса

Действительный адрес

Такой адрес, который указывает на настоящие данные, переменную или функцию.

Недействительный адрес

Адрес, указывающий не на настоящие данные, переменную или функцию.

При объявлении численной переменной без инициализации компилятор автоматически инициализирует её и записывает в неё 0. Указатель также является целочисленной беззнаковой переменной, поэтому он тоже будет инициализирован нулём.

' Объявим указатель без инициализации
Dim pDays As Integer Ptr

' В нём находится ноль
Print "pDays = "; pDays

Результат:

C:\Programming\FreeBASIC Projects>Pointers.exe
pDays = 0

C:\Programming\FreeBASIC Projects>_

Ящик с номером ноль — это специальное зарезервированное значение адреса, что указатель содержит недействительный адрес. При любой операции к такой памяти процессор генерирует специальное прерывание, операционная система перехватывает это прерывание и завершает вызвавший его процесс с ошибкой времени выполнения: «Программа выполнила недопустимую операцию и будет закрыта».

Разыменование указателя с недействительным адресом является операцией с неопределённым поведением. Это значит, что может произойти всё, что угодно: обращение к непредназначенной для использования данной программой памяти, запись в непринадлежащие программе данные, завершение процесса, зависание всей системы или что угодно другое:

Dim p As Integer Ptr

' Указателю не присвоен действительный адрес, разыменовывать его нельзя
' Следующая строка приведёт к неопределённому поведению
Print *p

Упражнения

1. Какой тип данных будет лучшим для хранения числа 196?
2. Какой тип данных будет лучшим для хранения числа 2.134?
3. Какой тип данных является наилучшим для общего использования в 32‐битных системах? А в 64‐битных системах?
4. В чём разница между знаковыми и беззнаковыми типами данных?
5. Какой префикс ты будешь использовать для обозначения двоичного числа?
6. Какой префикс ты будешь использовать для обозначения шестнадцатеричного числа?
7. Какие буквы допускаются в шестнадцатеричном числе?
8. Дано шестнадцатеричное число: 1AF. Переведи в десятичное число.