Premenné a dátové typy

Základy algoritmizácie a programovania

Ing. Daniel Hládek PhD.

Počítač slúži na spracovanie informácií

Ako si informáciu uložiť?

Premenná

Premenná je miesto s menom na uloženie informácie.

Premennú vieme meniť

• Karlov batoh
• políčko na ploche
• poštová schránka
• šuflík

Reprezentácia premennej

Reprezentácia premennej

Množina bitov fixnej veľkosti na určitej adrese

0100011 0100011

Meno premennej

"Prezývka" pre pamäťovú adresu

"Ta najedličke" je na poštovej adrese "Jedlíkova 9, Košice"

"mojapremenna" je na pamäťovej adrese "#12121212" v mojom počítači.

Ako rozkódujeme premennú?

podľa dátového typu

Dátový typ

• počet bajtov k dispozícii
• spôsob ich interpretácie

Typy premenných

• znakové typy (char)
• celočíselné typy (int,long,short)
• čísla s desatinnou čiarkou (float,double)
• všeliaké iné... (void*,struct time,...)

Veľkosť dátového typu

Každý dátový typ je obmedzený svojou veľkosťou

Podľa počtu bitov môžeme reprezentovať určitý počet rôznych hodnôt.

[note] Veľkosť dátového typu je závislá na platforme.

S tým súvisí aj obmedzenie 32 bitových počítačov na 4GB RAM pre jeden program.

(nevieme priamo adresovať viac ako 4 miliardy pamôťových miest) [/note]

*

Celočíselná premenná

int pocitadlo = 0;

Vždy si inicializujte

int pocitadlo;
// Aka bude hodnota????
pocitadlo = pocitadlo + 1; 

Čo si vieme uložiť?

• nula ?
• miliarda?
• mínus tisíc miliárd?

Koľko bajtov máme k dispozícii?

Operátor sizeof

Vráti veľkosť dátového typu v bajtoch

int sz = sizeof(int);

[note] Štandard jazyka C hovorí iba o minimálnych požiadavkých na rozsah dátového typu.

Operátor sizeof je potrebný pri dynamickej spráce pamäti.

Veľkosť dátového typu nie je štandardizované, preto je potrebné využívať tento operátor. [/note]

Možnosť pretečenia

• Overflow: ak je celé číslo mimo rozsahu

Príklad na overflow

short v = 0;
for (int i = 0; i < 40000; i++){
    v += 1;
}
printf("%d\n",v);

Modifikátory dátových typov

Upravujú počet bitov a bajtov k dispozícii

signed, unsigned

• Pre celočíselné typy
• Signed typy umožnujú reprezentovať záporné čísla
• Unsigned typy umožňujú väčší horný rozsah

long

• použije sa dvojnásobný počet bajtov

unsigned long int cislo;

const

• zakazuje modifikáciu premennej
• dá sa ignorovať

Typy s desatinnou čiarkou

float
double

norma IEEE754

https://en.wikipedia.org/wiki/Floating-point_arithmetic

double c = 0;
c = 1.2;
c = 1;
c = 123.456e-67;

Underflow

Pozor - existuje najmenšia možná hodnota.

Premennú nie je možné deliť donekonečna - po čase sa z hodnoty stane nula.

ak je desatinné číslo príliš malé

https://en.wikipedia.org/wiki/Arithmetic_underflow

Znakový typ

char c = 'z';

ASCII kódovanie

https://en.wikipedia.org/wiki/ASCII

Na siedmich bitoch vieme reprezentovať 127 znakov

ASCII Table

BIN         Dec     Oct Hex C 
=============================
011 1110    076     62  3E  >
011 1111    077     63  3F  ?
100 0000    100     64  40  @
100 0001    101     65  41  A
100 0010    102     66  42  B
100 0011    103     67  43  C
100 0100    104     68  44  D
100 0101    105     69  45  E
100 0110    106     70  46  F

Diakritika

Pozor, tabuľka neobsahuje národné znaky a diakritiku. Kódovanie špeciálnych znakov je oveľa zložitejšie.

Unicode - utf8

Pretypovanie

Pretypovanie

Dátový typ hodnoty je možné dynamicky meniť.

Nie je možné meniť dátový dyp premennej.

Pretypovanie

• implicitné ()
• explicitné (pomocou operátora pretypovania).

Implicitné pretypovanie

Hodnotu uložíme do premennej iného typu.

int c = 'a';

Pri pretypovaní môžeme stratiť informáciu.

Aká hodnota sa uloží do premennej a?

char c = 256;

Explicitné pretypovanie

Zaznačíme si ho do kódu

float c = (int)1.1;

(opäť nastala strata informácie)

Operácie s premennými

Celočíslelné operácie

• plus, krát, delenie
• modulo
• priradenie a porovnanie
• aritmetické oprácie
• bitové operácie = binárna reprezentácia premennej

Celočíslené delenie

Výsledkom celočíselného delenia je celé číslo

Aký bude výsledok?

int a = 1  / 3;
int b = 3  / 1;
int c = 1.0  / 3;

Celočíselné delenie

// Implicitné celočíselné pretypovanie
int a = 1.0  / 3.0;
int b = 3.0  / 1.0;
int c = 1.0  / 3.0;
// Desatinné delenie
float af = 1.0  / 3.0;
float bf = 3.0  / 1.0;
float cf = 1.0  / 3.0;

V jazyku C je delenie desatinných čísel iná operácia!

Delenie modulo

Zvyšok po celočíselnom delení.

for (int i = 0; i < 28; i++ ){
    int z = i % 15 + 1;
    printf("Študent %d ma zadanie %d\n",i+1,z);
}

Generovanie náhodných čísel

Vygenerujte náhodné čislo z intervalu a až b.

// https://stackoverflow.com/questions/822323/how-to-generate-a-random-number-in-c
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
// pozor, b môže byť menšie ako a
int getRand (int a, int b) {
    // rand() returns a pseudo-random integer between 0 and RAND_MAX
    return a + (rand() % (b - a));      
}

int main(){
    srand(time(NULL));   // should only be called once
    getRand(-2,20);
}

Priradenie a porovnanie

int c = 1;
if (c = 2){
    printf("Priradil som hodnotu do premennej.\n");
}
if (c == 1){
    printf("Porovnal som hodnotu a premennu.\n");
}

int c = 1;
if (c = 2){
    // výraz (c = 2) vždy vráti nenulovú hodnotu
    // Ako vedľajší efekt sa priradí hodnota 2 do premennej c
    // Táto podmienka je vždy pravdivá a reťazec na vypíše
    printf("Priradil som hodnotu do premennej.\n");
}
if (c == 1){
    // V podmienke vykonáme porovnanie premennej a hodnoty.
    // V premennej C je hodnota 2, 
    // takže podmienka bude nepravdivá a správa sa nevypíše
    printf("Porovnal som hodnotu a premennu.\n");
}

Rozsah platnosti premennej

• Lokálna premenná platí iba v aktuálnom bloku

Globálna premenná

Globálna premenná ma platnosť všade !!!

Môžeme mať inú globálnu premennú s rovnakým menom.

http://wiki.c2.com/?GlobalVariablesAreBad

Argumenty funkcie

Funkcia s argumentom

int spocitaj(int a,int b){
    return a + b;
}
int main() {
    int a = 2;
    int b = 3;
    int c = spocitaj(a,b);
    printf("Viem spocitat %d a %d a vyslo mi: %d",a,b,c);
    return 0;

}

Návratová hodnota

Funkcia hlási výsledok

Argument funkcie je lokálna premenná

Lokálna premenná platí v aktuálnom bloku

Hodnota premennej sa vždy kopíruje

V jazyku C sa premenné odovzdávajú vždy hodnotou

Štandardný vstup a výstup

Štandardný výstup

Vypíše znaky na obrazovku

printf("Ahoj Svet\n");

Opakovanie: Ahoj Svet

#include <stdio.h> // deklarácia funkcie printf

int main(){
    printf("Ahoj TUKE\n");
    return 0;
}

Formátovací reťazec

Formátovací reťazec je podobný technickej šablóne.

Hovorí ako sa má zobraziť hodnota premennej.

Jeden dátový typ je možné zobraziť viacerými spôsobmi:

• int ako desatinné číslo
• desatinné číslo ako celé číslo
• desatinné čislo s rôznum počtom miest
• číslo môže byť zarovnané alebo doplnené nulami

http://en.cppreference.com/w/cpp/io/c/fprintf

// http://www.cplusplus.com/reference/cstdio/printf/
/* printf example */
#include <stdio.h>

int main()
{
   printf ("Characters: %c %c \n", 'a', 65);
   printf ("Decimals: %d %ld\n", 1977, 650000L);
   printf ("Preceding with blanks: %10d \n", 1977);
   printf ("Preceding with zeros: %010d \n", 1977);
   printf ("Some different radices: %d %x %o %#x %#o \n", 100, 100, 100, 100, 100);
   printf ("floats: %4.2f %+.0e %E \n", 3.1416, 3.1416, 3.1416);
   printf ("Width trick: %*d \n", 5, 10);
   printf ("%s \n", "A string");
   return 0;
}

    Characters: a A
    Decimals: 1977 650000
    Preceding with blanks:       1977
    Preceding with zeros: 0000001977
    Some different radices: 100 64 144 0x64 0144
    floats: 3.14 +3e+000 3.141600E+000
    Width trick:    10
    A string

Štandardný vstup

Načítame znaky z klávesnice a uložíme ich do premennej

int c = 0;
scanf("%d",&c);
printf("Nacital som %d",c);

Načítanie je neistá operácia

Overte si výsledok

int c = 0;
int r = scanf("%d",&c);
if (r == 1){
    printf("Nacital som %d",c);
}
else{
   printf("Nenacital som\n");
}

Smerník na premennú

Adresu premennej si vieme poznačiť do špeciálnej premennej s *.

Smerník na pamäť je hodnota adresy pamäte s určitým dátovým typom.

Príklad: Algoritmus pre rodičovskú kontrolu

1. Spýtame sa na vek
2. Ak je vek menej ako 18, odporúčíme obsah pre deti.
3. Inak návštevníka pustíme ďalej

Vstup a výstup je podobný súboru

Súbor: Magnetofónová páska

https://www.youtube.com/watch?v=BnHW-f5ayhs

Štandardný vstup a výstup predpokladá "vzdialený" textový terminál.

https://sk.wikipedia.org/wiki/%C4%8Ealekopisn%C3%BD_stroj

Premenné

Aby sme mohli pracovať s hodnotou veku, musíme ju uložiť do pamäte.

1. Vyhradenie pamäte
2. Výpis výzvy
3. Načítanie z klávesnice do pamäte
4. Porovnanie
5. Výpis vysledku

Vyhradenie pamäte

• Deklarácia: vyhradenie pamäťového miesta určitého typu
• Definícia: priradenie počiatočnej hodnoty do pamäťového miesta.

int vek = 0;

Premenná má svoje meno, hodnotu a adresu.

Pozor - počiatočnú hodnotu premennej vždy musíme priradiť sami. Inak nie je definovaná.

Adresu premennej zistíme podľa operátora referencie.

int* adresavek = &vek;

Adresa je dôležitá pre načítanie.

Výpis výzvy

Funkcie printf pracuje so štandardným výstupom.

printf("Aký je Váš vek?\n");

Načítanie do pamäte

Využijeme funkciu scanf, ktorá tiež používa rovnaký formátovací reťazec.

Na získanie adresy premennej použijeme operátor referencie.

scanf("%d",&vek);

• Formátovací reťazec
• Operátor referencie
• Návratová hodnota hovorí o úspešnosti načítania (vracia počet úspešne načítaných čísel)

Alebo:

int* adresavek = &vek;
scanf("%d",adresavek);

http://www.cplusplus.com/reference/cstdio/scanf/

Štábna kultúra

Je dôležité písať pekné zdrojové kódy

• Aby boli čitateľné pre seba
• Čitateľné pre druhých

[note] Ako písať pekné zdrojové kódy

• Správne odsadzovať bloky https://en.wikipedia.org/wiki/Indentation_style
• Používať komentáre zdrojových kódov
• Používať jednotnú schému pomenovania funkcií https://en.wikipedia.org/wiki/Camel_case https://en.wikipedia.org/wiki/Snake_case [/note]

Techniky obfuskácie zdrojových kódov

Ako písať škaredý kód?

• Nikto nebude rozumieť Vašim kódom

• Zabránite druhým prepísať Váš kód

• Nebude možné Vás prepustiť

• http://www.ioccc.org/years.html

• https://stackoverflow.com/questions/17080750/tutorials-for-code-obfuscation-in-c

• https://github.com/Droogans/unmaintainable-code

Príklad na AhojSvet

https://codegolf.stackexchange.com/questions/22533/weirdest-obfuscated-hello-world

Kto to rozšifruje?

#include <stdio.h>
main() {
  long long P = 1,
            E = 2,
            T = 5,
            A = 61,
            L = 251,
            N = 3659,
            R = 271173410,
            G = 1479296389,
            x[] = { G * R * E * E * T , P * L * A * N * E * T };
  puts((char*)x);
}

Opakovanie: Proces prekladu

gcc hello.c -o hello

• Deklarácia a definícia
• Preprocesor
• Kompilátor
• Linker

Spustenie programu

./hello

Ako bežný príkaz

Koniec