Języki i paradygmaty 

programowania

III.

 Zmienne i typy

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-2

Języki imperatywne

●

Abstrakcyjne mechanizmy

na bazie

architektury von Neumanna

●

Dwa podstawowe składniki tej architektury to
procesor

i pamięć

●

„Abstrakcyjne mechanizmy”

– mamy do

dyspozycji narzędzia pozwalające wykorzystać
możliwości komputera bez zagłębiania się
w szczegóły techniczne

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-3

Zmienne

●

Zmienne są abstrakcją komórek pamięci

●

Programista może przechowywać dane
w pamięci, nie martwiąc się o techniczne
szczegóły (np. przydział pamięci)

●

Odpowiedniość między zmiennymi
a komórkami pamięci może być bardzo
bezpośrednia (np. dla zmiennych typu
całkowitego) lub dość odległa
(np. wielowymiarowe tablice)

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-4

Atrybuty zmiennej

●

nazwa

●

adres

●

wartość

●

typ

●

okres życia

●

zakres widoczności

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-5

Nazwa

●

Cecha nie tylko zmiennych

●

Nazwa to szczegół techniczny, nie mający nic
wspólnego z przyjętym paradygmatem

–

Jakie znaki są dozwolone w nazwach?

–

Liczba dozwolonych znaków

–

Czy duże i małe litery są rozróżniane?

●

Nie każda zmienna ma nazwę

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-6

Adres a nazwa

●

Program może zawierać dwie różne zmienne
o tej samej nazwie

●

Ta sama zmienna lokalna może mieć różne
adresy w czasie różnych wywołań tego samego
podprogramu

●

Nie ma zatem jednoznacznej odpowiedniości
między nazwą a adresem

●

Także w drugą stronę: aliasowanie

●

Adres zwany jest czasem l-wartością

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-7

Aliasowanie

●

Niekiedy do tej samej komórki pamięci można
dotrzeć za pomocą różnych nazw

●

Tak jest np. wtedy, gdy dwa wskaźniki
ustawimy na ten sam adres:

int x, *p, *q; p = &x; q = &x;

●

Aliasowanie może prowadzić do przeoczeń
i niejasności w kodzie, lepiej go unikać, jeśli
to możliwe

język C

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-8

Wartość

●

Wartość to... wartość

●

Czasem zwana r-wartością

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-9

Typ

●

Typ to zbiór dopuszczalnych wartości,
jakie zmienna może przyjmować

●

Gdy mówimy o zmiennych w reprezentacji
zmiennopozycyjnej, typ określa też precyzję,
z jaką liczby są reprezentowane

●

Z typem wiąże się również zbiór operacji
dopuszczalnych dla danej zmiennej

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-10

Wiązania

●

Różne byty i ich atrybuty w różnych
momentach zostają powiązane

●

Wiązania dotyczą bardzo rozmaitych bytów –
takich jak zmienna, operator, wywołania
podprogramu

●

Wiązania dotyczą także ich cech – takich jak
wartość, typ, adres

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-11

Przykłady wiązań

●

Deklaracja zmiennej powoduje związanie
zmiennej z typem

●

Wykonanie instrukcji podstawienia powoduje
związanie zmiennej z (nową) wartością

●

W czasie projektowania języka programowania
jego twórca wiąże znak * z operacją mnożenia

●

W czasie implementacji kompilatora języka
typ int zostaje związany z zakresem liczb
całkowitych dostępnym na tej maszynie

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-12

●

W czasie kompilacji zmienna zostaje związana
z zadeklarowanym dla niej typem

●

W czasie ładowania programu do pamięci
zmienna statyczna zostaje związana
z konkretnym adresem w pamięci

●

W czasie konsolidacji wywołanie funkcji
bibliotecznej zostaje związane z jej kodem

●

W czasie wykonania programu zmienna
lokalna/dynamiczna zostaje związana
z przydzieloną jej na stosie/stercie pamięcią.

Przykłady wiązań

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-13

int x;

język C

...
x = x * 3;

●

Typ zmiennej jest wiązany w czasie kompilacji

●

Typ int jest wiązany z konkretnym zakresem liczb w

czasie projektowania kompilatora

●

*

jest wiązana z konkretnym działaniem arytmetycznym

dopiero w czasie kompilacji

●

Liczba 3 jest wiązana z konkretnym układem bitów
podczas projektowania kompilatora

●

Wartość zmiennej x jest wiązana z konkretną liczbą w

chwili wykonania podstawienia

Przykłady wiązań

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-14

Podział wiązań

●

wiązania statyczne

–

następują przed wykonaniem programu (w czasie
jego ładowania, kompilacji lub na wcześniejszych
etapach)

oraz

–

nie zmieniają się w trakcie działania programu

●

wiązania dynamiczne

–

następują w trakcie działania programu

lub

–

zmieniają się w trakcie działania programu

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-15

Wiązanie typu

●

Każda zmienna musi zostać związana z typem
przed pierwszym użyciem w programie
(a najpóźniej w momencie pierwszego użycia)

●

Jak określamy typ?

●

Kiedy następuje wiązanie?
(Czy wiązanie jest statyczne czy dynamiczne?)

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-16

Jak określamy typ zmiennej?

●

Zazwyczaj jawna deklaracja

●

Możliwa deklaracja niejawna (zwykle pierwsze
użycie zmiennej stanowi deklarację)

–

W przypadku deklaracji niejawnych konwencja
może określać typ

–

Fortran, niektóre wersje „starego” BASICa: pierwsza litera
nazwy wyznacza typ zmiennej, chyba że zmienna została
zadeklarowana jawnie

–

Perl: pierwszy znak nazwy (ale nie jest to litera lecz znak typu
$

, #, @) wyznacza typ

–

Wnioskowania o typie z kontekstu (ML, Haskell)

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-17

Kiedy następuje wiązanie?

●

Deklaracje

(jawne i niejawne!) dają

wiązanie statyczne

●

Przy wiązaniach dynamicznych, zmienna jest
wiązana z typem zwykle przy pierwszym
podstawieniu

pod nią wartości (np. PHP,

JavaScript)

●

Wiązanie dynamiczne gwarantuje
elastyczność

, ale ma dwie wady:

–

koszt

–

utrudnienie wykrywania błędów

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-18

Koszt dynamicznego wiązania typu

●

Zgodność typów musi być sprawdzana dynamicznie, czyli
w trakcie wykonania programu

─

wydłuża to jego czas

działanie

●

A więc z każdą zmienną trzeba przechowywać deskryptor
opisujący jej typ

─

zwiększa się rozmiar programu

●

Operacje na tej samej zmiennej mogą wymagać
zróżnicowanej ilości pamięci i różnych działań
(w zależności od typu)

●

Język taki musi być raczej interpretowany niż
kompilowany

, bo wygenerowanie odpowiedniego kodu

w czasie kompilacji jest bardzo skomplikowane a kod
nieefektywny i długi

2009-03-05

Jarosław Bylina :: Języki i paradygmaty programowania :: Zmienne i typy

III

-19

Wnioskowanie o typie

●

fun f(x) = 2.0 * 3.14 * x;

●

fun g(x) = 2 * x;

●

fun h(x) = x * x;

●

fun h(x) : real = x * x;

●

fun h(x : real) = x * x;

●

fun h(x) = (x : real) * x;

●

fun h(x) = x * (x : real);

język ML