Глава 3. Переменные и операторы
Вы получили общее представление о языке Java. Теперь настало время перейти к более конкретным понятиям. В этой главе будет рассказано о переменных, типах данных и операторах.
Переменные и типы данных
Может показаться, что в программировании нет ничего проще, чем переменная. Какие могут быть сложности? Тем не менее, для начинающих программистов сложности есть. Неправильное понимание того, как устроен мир переменных и данных, может привести к появлению трудно локализуемых ошибок.
Переменная представляет собой указатель на физическую область памяти, в которой хранятся данные. При помощи указателя мы можем записывать значения в память и считывать их оттуда. Иными словами, переменная – это имя фрагмента памяти компьютера. Размер этого фрагмента зависит от того, какие данные мы собираемся хранить.
Разрабатывая или запуская программу, мы не знаем заранее, по каким физическим адресам будут находиться данные в конкретном компьютере. Более того, в компиляторах современных языков принимаются специальные меры для дополнительного сокрытия информации о физическом размещении данных. Это делается для того, чтобы злоумышленнику было труднее получить доступ к критически важным данным, анализируя содержимое оперативной памяти компьютера.
До первого обращения к переменной ее надо объявить. При объявлении переменной указывают ее тип и имя. Это важно, потому что компилятор должен заранее знать, какой объем памяти выделить для хранения переменной, и как истолковывать данные, прочитанные из памяти.
Типы данных в языке Java можно разделить на две основные категории: примитивные (простые) и ссылочные. Они различаются по способу размещения данных в памяти.
Данные примитивного типа хранятся непосредственно в той ячейке памяти, которая ассоциирована с именем переменной. Обращаясь к переменной по имени, мы тем самым, обращаемся к данным в памяти. Если вы сравниваете две переменных, то сравниваются данные, которые с ними связаны. Если вы присваиваете одной переменной примитивного типа значение другой переменной примитивного типа, то происходит копирование данных.
В случае использования ссылочного типа в ячейке памяти, которая ассоциирована с именем переменной, хранится адрес данных, т.е. ссылка на данные, а не сами данные.
Необходимость в ссылочном типе данных можно продемонстрировать с помощью простого примера. Допустим, вы объявили строковую переменную с начальным значением «Java». Под это значение выделяется место в памяти. В процессе работы программы этой переменной присваивается новое значение «Hello, World!». Очевидно, что это совершенно другой объем данных, который не поместится в ранее отведенном фрагменте памяти.
Иными словами, ссылочные типы предназначены для работы с динамически создаваемыми и уничтожаемыми сущностями, объем которых невозможно предсказать заранее.
В таком случае программа размещает новые данные в другом фрагменте памяти. Новый адрес этих данных записывается в ячейку, которая ассоциирована с переменной ссылочного типа. Если на старые данные больше не ссылается ни одна переменная, то они превращаются в мусор (garbage) и удаляются из памяти при помощи специального сборщика мусора (garbagecollector). В языке Java сборка мусора выполняется автоматически.
При проверке ссылочных переменных на равенство сравниваются не сами данные, а их адреса, хранящиеся в ссылочных переменных. Если вы присваиваете одной ссылочной переменной значение другой ссылочной переменной, при этом копируется адрес данных, а не сами данные.
Примитивные типы данных
В языке Java заявлено восемь примитивных типов данных. Первые четыре используются для хранения целых чисел.
byte – однобайтное целое – предназначен для хранения целых чисел в диапазоне от -128 до 127 и занимает один байт в памяти.
short – короткое целое – занимает два байта в памяти и применяется для хранения чисел в диапазоне от -32768 до32767.
int – целое – занимает 4 байта в памяти и применяется для хранения чисел в диапазоне от -231 (-2147483648) до 231—1 (2147483647). Это стандартный тип данных для работы с целыми числами.
При работе с числовыми данными старайтесь использовать тип int. Это связано с особенностями автоматического приведения типов, а также с тем, что целочисленные
литералы (например, 10 или 123) в коде программы обрабатываются компилятором, как тип int. Приведение типов мы обсудим далее в этой главе.
long – длинное целое – занимает 8 байтов в памяти и хранит числа в диапазоне от -263 до 263—1. На практике настолько большие числа встречаются редко. Чтобы определить длинное целое число, следует добавить суффикс «L» в конце, например 5201225834L.
В дополнение к целочисленным типам, имеется два типа данных для хранения чисел с плавающей точкой.
float – с плавающей точкой – занимает 4 байта в памяти и может хранить числа в диапазоне от -3,4×1038 до 3,4×1038 с дискретностью 3,4×10—38. Такая точность представления соответствует 7 знакам после запятой. Если вы попытаетесь сохранить в типе float число 1,234567891 (10 знаков), оно будет округлено до 1,234568 (7 знаков).
Что такое дискретность? Вы не можете задать значение типа float с произвольной точностью. Ведь количество байт памяти для хранения этого числа ограничено. Если мы начнем перечислять подряд, начиная с ноля, числа с плавающей точкой, то они будут следовать с некоторым шагом (дискретностью) в младших разрядах: 0; 3,4×10—38;
6,8×10—38 и т. д. Величину дискретности можно условно назвать погрешностью представления числа. Для достижения более высокой точности применяется тип double.
double – с плавающей точкой, двойной точности – занимает 8 байтов в памяти и может хранить числа в диапазоне от -1,7×10308 до 1,7×10308 с дискретностью 1,7×10—308. Если вы не скованы ограничениями объема памяти, используйте тип double вместо float, как более точный.
По умолчанию, как только вы использовали десятичную точку в программе на языке Java, этому значению присваивается тип double. Если вы хотите, чтобы это число было истолковано именно как float, добавьте суффикс «F» в конце числа.
Кроме шести перечисленных типов, Java располагает двумя специфическими типами данных.
char – символ – занимает 2 байта и применяется для хранения одиночного символа Unicode, например «A», "@», «$» и т. д.
boolean – логический – это особый тип данных, который может хранить только два фиксированных значения: true (истина) и false (ложь). Размер занятой памяти зависит от реализации Java—машины. Этот тип данных широко используется в условных операторах и операторах цикла, которые мы рассмотрим позже.
Все остальные типы данных, включая пользовательские типы, являются ссылочными.
Объявление и инициализация переменных
При объявлении переменной указывается тип переменной и ее имя. Переменная может быть объявлена в любом месте программы, главное – до первого использования.
booleanfileSaved;
Если объявляется несколько переменных одного типа, то их можно перечислить через запятую.
intuserNum, userAge, userWeight;
Одновременно с объявлением переменной ей можно присвоить значение. Эта процедура называется инициализацией.
intstart=10, end=100;
Допускается динамическая инициализация переменной, когда ей присваивается значение, полученное вычислением из значений других переменных. Исходные переменные должны быть объявлены и инициализированы ранее.
intstart=5, end=10; intsum=a+b; В этом примере переменная sum инициализирована значением 15.
Обратите внимание, что в момент динамической инициализации не возникает связь между переменными. Например, если после инициализации изменится значение переменных start и end, это никак не повлияет на значение sum.
Доступность переменных
Доступность, или область видимости переменных – это важный аспект программирования. Если кратко, переменная доступна внутри блока, определенного парой фигурных скобок, внутри которого она объявлена. Например, если переменная объявлена внутри цикла, то она будет доступна только внутри этого цикла. Снаружи цикла может быть объявлена переменная с таким же именем, но фактически это будет совершенно другая переменная.
Допустим, в некой фирме работает Иванов, он выполняет свои задачи в пределах штата фирмы. В соседнем офисе тоже работает Иванов, но это другой человек, который делает другую работу. Директор первой фирмы не может отдавать распоряжения Иванову из второй фирмы. Для него второй Иванов недоступен.
Если переменная доступна только внутри некого метода (функции), то она называется локальной. Если переменная задана на уровне класса, она называется глобальной. Глобальные переменные обычно доступны любому из методов, входящих в класс. При использовании глобальных переменных необходимо соблюдать осторожность. Если внутри одного из методов случайно изменить значение глобальной переменной, другие методы будут получать неправильное значение. Это приведет к появлению трудно локализуемой логической ошибки, на которую не реагирует компилятор.