Variable

Variable (1/5)
Das Konzept von Variablen ist eine wichtige Grundlage zum Verständnis jeder
Programmiersprache.
Dabei ist zu beachten, daß das Konzept von Variablen in der Informatik — in
Programmiersprachen — sich von dem Konzept von Variablen aus der Mathematik
unterscheidet.
Das programmiersprachliche Konzept von Variablen kann man gut mit dem Begriff
„Behälter” aus der Alltagswelt vergleichen: Einen Behälter (Gefäß, Kasten, usw.)
beschriftet man mit einer Aufschrift, die anzeigt, was sich darin befindet. Wenn man
dann über den Inhalt des Behälters sprechen will, verwendet man die Aufschrift, um
sich auf den Inhalt zu beziehen. In solch einem Behälter kann zu unterschiedlichen
Zeiten ein gleichartiger, aber unterschiedlicher Inhalt zu finden sein, z.B. in einem
Brotkasten ein Mal ein Graubrot und ein anderes Mal ein Vollkornbrot.
Für unterschiedliche Arten von Inhalten wählt man unterschiedliche Gefäße. Man
kann z.B. nicht Flüssigkeiten in einen Brotkorb „legen” oder Brot in eine Milchkanne
gießen.
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Deklaration von Variablen
int n ;
Variable (3/5)
wird als Deklaration einer Variablen bezeichnet. Hier wird der Variablen der
Bezeichner n zugeordnet und gesagt, daß sie vom Typ int sein soll. Außerdem
wird Arbeitsspeicher für die Ablage ihres Wertes reserviert. Aber die Variable n
erhält hier keinen Wert zugeordnet. Deshalb spricht man auch davon, daß ihr Wert
noch „undefiniert” ist.
Initialisierung von Variablen
n = 0 ;
Wenn dieses die erste „Zuweisung” eines Wertes an die Variable n ist, sagt man
auch: Die Variable n wird hier initialisiert.
Ein guter Brauch in der Programmierung ist, Variablen stets schon zusammen mit
ihrer Deklaration zu initialisieren. Das nennt man Definition von Variablen. Dadurch
kann es nie passieren, daß man im Programm mit undefinierten Werten von
Variablen konfrontiert wird — was natürlich zu Fehlern führen kann.
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Variablen 3/13
Variable (2/5)
Programmiersprachliche Variablen besitzen die folgenden vier Eigenschaften:
• Es gibt einen Bezeichner, mit dessen Hilfe sie angesprochen werden.
• Sie sind von einem festen Typ.
• Sie besitzen einen Wert. (Dieser kann sich im Laufe der Zeit ändern.)
• Zu ihnen gehört ein „Speicherplatz” (der „Behälter”), in dem sie zu finden sind.
Das soll hier durch die Definition einer Variablen in der Programmiersprache C
beispielhaft gezeigt werden:
int n = 0 ;
Hier wird eine Variable mit dem Bezeichner n definiert. Sie ist vom Typ int (womit
programmiersprachlich eine ganze Zahl gemeint ist) und erhält den Anfangswert 0.
Für diese Variable wird (automatisch) so viel Speicherplatz (im Arbeitsspeicher des
Rechners) reserviert, wie dies für Werte vom Typ int festgelegt ist. Der
Anfangswert 0 wird in dem reservierten Speicherplatz abgelegt.
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Definition von Variablen
int n = 0 ;
Variable (4/5)
Hier haben wir die Definition einer Variablen vor uns.
Wie man sieht, ist es eine Kurzschreibweise für:
int n ;
n = 0 ;
Somit kann man sich merken:
Definition gleich Deklaration plus Initialisierung
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Variable (5/5)
Formal beschrieben sieht die Definition einer Variablen so aus:
= ;
Diese Beschreibung verwendet die Syntax von „Formalen Grammatiken”. Die in
spitzen Klammern stehenden Wörter („nichtterminale Symbole”) müssen hierbei
noch durch „terminale Symbole” ersetzt werden, um einen programmiersprachlich
gültigen Ausdruck zu formen. Demgegenüber sind die Zeichen ’ ’, ’=’ und ’;’ bereits
„terminale Symbole”, die unverändert im Programmtext auftauchen.
Statt ist hier eines der Schlüsselwörter der Programmiersprache für Basisdatentypen
einzusetzen, also int, long, float, double oder char.
Als (im englischen id oder identifier) können wir uns eine fast
beliebige Zeichenkette wählen: Sie muß mit einem Buchstaben beginnen und
danach können beliebig viele Buchstaben und Ziffern folgen. Dies ist der „Name”
unserer Variablen.
Den geben wir in einer von der Programmiersprache erlaubten
Darstellung an. Diese ist von Typ zu Typ unterschiedlich.
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Aufteilung von C-Programmen auf Dateien
externe und interne Variablen und Konstanten
Der Inhalt der vom C-Compiler übersetzten (zusammengebauten) Datei ist eine
Folge (Liste) von Deklarationen und Definitionen von Funktionen, Variablen und
Konstanten. Da der C-Compiler (aus Optimierungsgründen) diese Datei nur einmal
sequentiell bearbeitet, gelten folgende Festlegungen:
1. Jede Funktion, Variable und Konstante muß vor ihrer ersten Benutzung deklariert
oder definiert sein. (Sonst weiß der Compiler mit dem Bezeichner nichts
anzufangen!)
2. Jede Funktion, Variable und Konstante ist von der Stelle ihrer Deklaration oder
Definition bis zum Ende der Programmquelle (der Datei) bekannt. (Aber nicht
davor!)
Um diese Sachverhalte zu beschreiben, verwendet man in C die folgenden Begriffe:
Alle in der genannten Liste auftauchenden Funktionen, Variablen und Konstanten
werden als extern bezeichnet — im Gegensatz zu Variablen und Konstanten, die
lokal in Blöcken im Rumpf von Funktionen auftreten. Letztere werden interne
Variablen und Konstanten genannt. (Innere Funktionen gibt es in C ja nicht!)
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Aufteilung von C-Programmen auf Dateien
Ein in der Programmiersprache C geschriebenes Programm kann textuell auf
mehrere Dateien aufgeteilt werden. Am bekanntesten ist die Aufteilung in eine
Headerdatei , die Deklarationen von Funktionen sowie Deklarationen
und Definitionen von Variablen und Konstanten enthalten kann und die Programmdatei
, die die zugehörigen Funktionsdefinitionen und weitere Definitionen
von Variablen enthält. Der Präprozessor setzt die Headerdatei(-en) und die
Programmdatei zu einer neuen Datei zusammen, die dann vom C-Compiler
(hoffentlich ohne Fehler) übersetzt wird.
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Aufteilung von C-Programmen auf Dateien
Statt des Adjektivs extern verwendet man auch das Adjektiv
global.
Somit kann man sagen: In einem C-Programm gibt es nur externe ( globale)
Funktionen, aber externe ( globale)
und interne ( lokale)
Variablen und Konstanten.
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Speicherklassen
Um in C die Wirkung von Deklarationen und Definitonen von Variablen und
Konstanten zu beschreiben, die an verschiedenen Stellen im Programm auftreten
und die eventuell durch zusätzliche Schlüsselwörter qualifiziert sind, dienen die
sogenannten Speicherklassen.
Es gibt deren drei:
• auto,
• extern und
• static.
Alle internen (lokalen) Variablen besitzen die Speicherklasse auto,
d.h. für sie wird
zum Zeitpunkt der Deklaration rsp. Initialisierung automatisch der notwendige
Arbeitsspeicher (auf dem Laufzeitstack) bereitgestellt.
Alle externen (globalen) Variablen besitzen die Speicherklasse extern,
d.h. für sie
wird Arbeitsspeicher so zur Verfügung gestellt, daß alle Funktionen des Programms
darauf zugreifen können. (In gewisser Weise ist dieser Arbeitsspeicher extern zu
allen Funktionen.)
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Verwendung von statischen (internen) Variablen
Beispiel
Statische interne Variable können z.B. sinnvoll als einfache Zähler verwendet
werden, wie das folgende kleine Programmbeispiel zeigt:
int count()
{ static int count = 0 ; // Beachte: Diese Anweisung wird
}
count++ ; // n i c h t bei jedem Aufruf der
return count ; // Funktion count ausgeführt!
int main()
{ printf("count = %d\n", count()) ;
}
printf("count = %d\n", count()) ;
int n = count() ;
printf("n = %d\n", n) ;
Mit jedem Aufruf der Funktion count wird der Zähler
nie zwei gleiche Zählerwerte auftreten können.
count um eins erhöht, so daß
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Die dritte Speicherklasse
Speicherklassen
static,
ist etwas komplizierter.
Sowohl interne als auch externe Variablen können mit dem Schlüsselwort static
versehen werden.
Für interne Variablen mit dem Schlüsselwort static gilt, daß der Arbeitsspeicher der
Variablen nicht erst mit Eintritt des Blockes, in dem die Variable deklariert wird, zur
Verfügung gestellt wird, sondern daß er permanent vorhanden ist und damit der
Werte dieser Variablen zwischen zwei Funktionsaufrufen erhalten bleibt.
Für externe Variablen mit dem Schlüsselwort static gilt, daß sie nur in der Quelldatei
bekannt sind, in der sie deklariert werden, nicht aber in anderen Quelldateien.
Dieses Prinzip kann auch auf Funktionen übertragen werden: Funktionen mit dem
Schlüsselwort static sind nur in der Programmquelle bekannt, in der sie deklariert
oder definiert werden.
Somit dient das Schlüsselwort static zusammen mit externen Deklarationen dazu,
gewisse Variablen und Funktionen vor der Verwendung in anderen Programmteilen
zu schützen. Andererseits können so auch Namenskonflikte vermieden werden.
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Konstante (1/2)
Programmiertechnisch kann man Konstanten als spezielle Variablen ansehen:
Konstanten sind Variablen, deren Wert nach der Initialisierung nicht mehr verändert
werden kann. Jeder Versuch der Zuweisung eines Wertes nach der Initialisierung
wird vom Compiler bemerkt und als Fehler beanstandet.
Konstanten dienen dazu, Werte, die an vielen Stellen eines Programm benötigt
werden, mit einem verständlichen Bezeichner ansprechen zu können, ohne daß
man den Wert dieser Konstanten an vielen verschiedenen Stellen des Programms
immer wiederholen muß. (Siehe hierzu auch die Diskussion von Funktionen!)
Wenn in einem Programm z.B. die Zahl
chend durch
const double PI = 3.141593 ;
!
häufig vorkommt, sollte man entspre-
eine entsprechende Konstande definieren. Wo immer sie benötigt wird, tritt dann im
Programm ihr Bezeichner ’ PI’
anstelle der ständigen (fehleranfälligen) Wiederholung
des Wertes 3.141593 auf. Damit ermöglichen Konstanten die Einhaltung
des Prinzips „einmal definieren, häufig verwenden”.
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Konventionen
Konstante (2/2)
In der Programmiersprache C hat es sich eingebürgert, Bezeichner von Konstanten
mit Großbuchstaben zu schreiben. Wenn Sie sich auch daran halten, können
andere in Ihrem Programm sofort sehen, ob ein Bezeichner ein Bezeichner für eine
Konstante oder für eine Variable ist!
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Variablen 13/13