Variabile și tipuri de date simple

Așa cum ați observat atunci când am prezentat primul program în articolul precedent, fiecare componentă are mai multe caracteristici, una dintre cele mai importante fiind variabilele, respectiv tipul de date al acestora.

Ulterior, voi împărți în cele ce urmează tipurile de date simple în funcție de valorile care sunt păstrate.

Totuși, unele tipuri de date mai complexe, cum ar fi vectorii sau matricile, vor fi discutate în articolele lor corespunzătoare.

Variabile

Orice variabilă este caracterizată de:

1. Adresa memoriei: Este locația din memorie unde este stocată variabila. Nu lucrăm cu ea în timpul programelor, dar aceasta poate fi utilă în diagnosticarea problemelor de memorie. Adresa este exprimată în hexazecimal (de exemplu, 0x7ffe3278f424).

2. Identificatorul (numele): Reprezintă legătura între variabilă și valoarea sa din memorie. Un identificator trebuie să respecte următoarele reguli:

   • Poate conține litere ale alfabetului englez (a-z, A-Z), cifre (0-9) și caracterul underscore (bară jos, _).
   • Trebuie să înceapă cu o literă sau _, dar niciodată cu o cifră.
   • Nu poate fi un cuvânt rezervat al limbajului (ex.: int, return, while etc.).
   • Identificatorul este case-sensitive, astfel încât Varsta, varsta și VARSTA sunt trei identificatori diferiți.

3. Tipul de date: Determină ce tip de valori poate să stocheze variabila și limitele acestor valori (ex.: numere întregi, numere în virgulă mobilă, caractere etc.).

4. Domeniul de vizibilitate (scope): Definește partea programului în care variabila este accesibilă. Variabilele pot fi:

   • Globale: disponibile în întregul program, sau
   • Locale: disponibile doar în cadrul funcției sau blocului în care sunt definite.

În C/C++, este necesar să specificăm tipul variabilei la momentul declarației. Sintaxa generală este:

--8 < --"cppintro/data_types/datatypes1.cpp"

unde:

• tip_de_date specifică tipul valorii pe care o poate stoca variabila (ex.: int, float, double, char).
• identificator1, identificator2, ... reprezintă numele variabilelor.

--8 < --"cppintro/data_types/datatypes2.cpp"

Tipuri de date ce păstrează numere întregi

Tipurile de date numerice sunt folosite pentru a stoca valori întregi. Unele dintre aceste tipuri pot avea aplicații suplimentare; de exemplu, tipul char poate fi folosit și pentru a opera cu caractere, fiecare valoare având drept corespondent un caracter din codul ASCII (mai multe detalii vor fi oferite în secțiunea dedicată șirurilor de caractere).

În ordinea popularității lor, tipurile de date întregi sunt următoarele:

1. int

   • Cel mai frecvent folosit tip de date pentru a stoca numere întregi.
   • Stochează valori între $-2^{31}$ și $2^{31}-1$ (echivalent cu -2,147,483,648 și 2,147,483,647).
   • Ocupă 32 de biți (4 bytes) în memorie.

2. long long

   • Un tip de date folosit pentru numerele întregi mai mari.
   • Având limite între $-2^{63}$ și $2^{63}-1$ (-9,223,372,036,854,775,808 și 9,223,372,036,854,775,807).
   • Numere de maxim 19 cifre, stocate pe 64 de biți (8 bytes).

3. char

   • Tipul de date folosit pentru lucrul cu caractere.
   • Având limite între $-128$ și $127$.
   • Ocupă 1 byte.

4. bool

   • Folosit pentru a păstra doar valori binare.
   • Valori posibile: 1 sau 0 (corespunzător stărilor de true (adevărat) și false (fals)).

5. short

   • Un tip de date pentru numere întregi mai mici.
   • Având limite între $-2^{15}$ și $2^{15}-1$ (-32,768 și 32,767).
   • Ocupă 16 biți (2 bytes).

Tipurile de date unsigned

Uneori, putem fi în situația în care să avem nevoie de numere un pic mai mari decât limitele acestor tipuri de date, fără a avea memoria să folosim tipul de date superior. Aici devin utile tipurile unsigned.

Pentru toate aceste tipuri, cu excepția tipului bool, există și varianta unsigned, care ne dă posibilitatea să păstrăm numere de două ori mai mari cu aceeași memorie, prețul fiind faptul că nu mai avem cum să păstrăm valori negative.

De exemplu, tipul de date unsigned int poate păstra în memorie valori între $0$ și $2^{32}-1$, intervalul fiind $[0, 4.294.967.295]$.

De cele mai multe ori, tipurile de date pe care le folosim sunt unsigned int, respectiv unsigned long long.

Tipul de date void

Pe lângă tipurile de date menționate anterior, există și tipul de date void, care deși nu are valori și operații, este necesar pentru a indica faptul că o metodă, o funcție sau un program nu returnează nimic, așa cum veți vedea ulterior când studiați funcțiile.

Sfaturi practice și evitarea overflow-ului

De regulă, atâta timp cât ne permite memoria, folosirea tipului int este mai mult decât suficientă, asigurând echilibrul perfect între un consum optim de timp și memorie pentru operații, respectiv stocarea unor valori suficient de mari pentru calculele noastre.

Un exemplu tipic de overflow se poate întâlni atunci când adunăm sau înmulțim două valori care deși ambele se încadrează în int, suma (sau produsul lor) depășește valoarea maximă a tipului de date int.

--8 < --"cppintro/data_types/datatypes3.cpp"

Cele mai populare două soluții pentru evitarea overflow-ului sunt fie folosirea tipului de date long long pentru păstrarea termenilor din operații, fie folosirea operatorului 1LL, fie folosirea (long long) pentru convertirea datelor.

Tipuri de date reale

Tipurile de date reale sunt folosite pentru a stoca valori reale. Acestea sunt folosite mai ales în unele calcule matematice mai complexe, precum calculele geometrice sau în privința unor ecuații.

Tipurile de date reale sunt următoarele:

• tipul float - limite între aproximativ -10³⁸ și 10³⁸.
• tipul double - limite între aproximativ -10²⁰⁸ și 10²⁰⁸, precizie crescută.
• tipul long double - limite mai mari decât cele de la double, precizie variabilă.

În general, atunci când operăm cu numerele reale, vrem să avem grijă la erorile de precizie care ar putea apărea. Cel mai bun mod de a face acest lucru, în special când lucrăm cu valori foarte mari în modul, este acela de a include o valoare reală foarte mică, $eps$, care să servească drept etalon în ceea ce privește verificarea egalității.

Astfel, pentru a verifica egalitatea dintre două numere reale mai mari, putem incorpora eps astfel:

--8 < --"cppintro/data_types/datatypes4.cpp"

Tipul __int128

Pe lângă aceste tipuri, există și tipul de date __int128 care ne permite să stocăm valori pe 128 de biți, având limite între -2¹²⁷ si 2¹²⁷ - 1 (numere de aproximativ 37 de cifre). Acest tip poate fi folosit doar pe compilatorul GCC.

Noi nu putem să citim și să afișăm direct __int128, deci va trebui să ne implementăm noi citirea și afișarea. Pentru simplitate, dacă implementăm cum este mai jos, vom putea să folosim std::cin >> x chiar dacă $x$ este __int128.

--8 < --"cppintro/data_types/datatypes5.cpp"

Concluzii

Tipurile de date simple sunt cele cu care operăm în aproape toate programele pe care le scriem vreodată în C++ (și în alte limbaje de programare care au aceste tipuri de date), iar înțelegerea lor este fundamentală pentru a putea deveni programatori tot mai buni.

Resurse suplimentare

• Data types - USACO Guide
• Tipuri de date - pbinfo