Variablen Einführung Variablen sind Behälter! Eigenschaften von ...

Einführung
Variablen
Horst Hansen
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
Studiengang Angewandte Informatik
Sommersemester 2012
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.
c○ Horst Hansen Variablen 1
c○ Horst Hansen Variablen 2
Variablen sind Behälter!
Eigenschaften von Variablen
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 sich zu unterschiedlichen Zeiten eine
unterschiedliche Menge des Inhalts finden sein, z.B. in einem Gefäß
für Zucker gestern 100g und heute 567g.
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.
Die folgenden vier Eigenschaften sind die wichtigsten einer
programmiersprachlichen Variable:
Bezeichner Es gibt einen unveränderbaren Bezeichner (oder
Namen), mit dessen Hilfe sie angesprochen werden.
Typ Sie besitzen einen festen Typ (oder Datentyp).
Wert Sie besitzen einen (variablen) Wert, der kann sich
während der Programmausführung ändert.
Speicherplatz Sie besitzen einen Speicherplatz (den Behälter), in
dem ihr Wert abgelegt ist.
c○ Horst Hansen Variablen 3
c○ Horst Hansen Variablen 4

Definition von Variablen
Deklaration von Variablen
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 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.
int n ;
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.
Merke:
In einem guten Programm gibt es keine undefinierten
Variablen!
c○ Horst Hansen Variablen 5
c○ Horst Hansen Variablen 6
Initialisierung von Variablen
Zusammenfassung
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
zusammen mit ihrer Deklaration zu initialisieren. Das nennt man
Definition von Variablen (siehe oben). Dadurch kann es nie
passieren, daß man im Programm mit undefinierten Werten von
Variablen arbeitet — was natürlich zu Fehlern führen muß.
int n = 0 ;
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
c○ Horst Hansen Variablen 7
c○ Horst Hansen Variablen 8

Syntax für die Definition von Variablen (1/2)
Syntax für die Definition von Variablen (2/2)
Die Syntax für die Definition einer Variablen in der
Programmiersprache C sieht so aus:
= ;
Diese Beschreibung verwendet die Syntax von Formalen
Grammatiken (vgl. LV Formale Grundlagen). 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 short,
int, long, float, double oder char. Als
(im englischen id oder identifier) können wir 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.
c○ Horst Hansen Variablen 9
c○ Horst Hansen Variablen 10
weitere Eigenschaften von Variablen
Speicherklassen
Gültigkeitsbereich (oder Definitionsbereich)
Sichtbarkeitsbereich
Speicherklasse
Um in C die Wirkung von Definitonen und Deklarationen von
Variablen und Konstanten zu beschreiben, die an verschiedenen
Stellen im Programm auftreten und die eventuell durch zusätzliche
Schlüsselwörter qualifiziert sind, dient der Begriff Speicherklasse.
Es gibt drei Speicherklassen:
auto
extern
static
c○ Horst Hansen Variablen 11
c○ Horst Hansen Variablen 12

Speicherklasse auto
Alle lokalen Variablen besitzen die Speicherklasse auto (kurz für
automatisch), d.h. für sie wird zum Zeitpunkt der Definition (oder
Deklaration) automatisch der notwendige Arbeitsspeicher auf dem
Laufzeitstack bereitgestellt.
Lokale Variablen sind solche, die in einem Programmblock, d.h.
einem von einer öffnenden Blockklammer { und einer schließenden
Blockklammer } umschlossenen Programmstück vorkommen.
Speicherklasse extern
Alle globalen Variablen besitzen die Speicherklasse extern,
d.h. für sie wird Arbeitsspeicher so zur Verfügung gestellt, daß alle
Funktionen des Programms sie benutzen können. Die Bezeichnung
dieser Speicherklasse leitet sich davon ab, daß dieser
Arbeitsspeicher extern zu allen Funktionen ist.
Globale Variablen sind solche, die auf der gleichen Ebene wie
Funktionen, also außerhalb jedes Programmblocks vereinbart
werden.
Weil sie dadurch in allen Funktionen des C-Programms bekannt
sind und benutzt werden können, erschweren sie das Verständnis
von Programmen sehr. Auch ist es sehr schwer, Fehler, die im
Zusammenhang mit globalen Variablen auftreten, zu lokalisieren
und zu beseitigen.
Aus diesen Gründen ist die Benutzung globaler Variablen in
dieser Lehrveranstaltung strikt verboten!
c○ Horst Hansen Variablen 13
c○ Horst Hansen Variablen 14
lokale Variablen und die Speicherklasse static
globale Variablen und die Speicherklasse static
Sowohl lokale als auch globale Variablen können mit dem
Schlüsselwort static versehen werden.
Für lokale 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 Wert dieser
Variablen zwischen zwei Funktionsaufrufen erhalten bleibt.
Für globale 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
definiert oder deklariert werden.
Somit dient das Schlüsselwort static zusammen mit externen
Deklarationen dazu, gewisse Variablen und Funktionen vor der
Verwendung in anderen Programmteilen zu schützen. So können
gewisse Namenskonflikte in Programmen vermieden werden.
c○ Horst Hansen Variablen 15
c○ Horst Hansen Variablen 16