Результат работы программиста - программный код, текст. Код состоит из инструкций компьютеру, что, как и в какой последовательности выполнить. Все эти инструкции следуют определенной цели, которую видит программист. Начальные, промежуточные и конечные данные каждого действия или комплекса действий сохраняют в переменных, у которых есть определенный тип данных. Для того, чтобы понимать весь этот процесс, мы наше знакомство с программированием начнем с нескольких терминов:
Переменная - данные, которые хранятся в оперативной памяти и имеют имя и тип. Проще ассоциировать с подписанным контейнером, в котором что-то лежит.
Тип данных - характеристика набора данных, которая определяет возможные значения этого набора, ряд допустимых операций, которые можно предпринимать с этими данными, и способ хранения этих данных в памяти.
Пример из реальной жизни:
Коробки с фруктами, на которых написано "Фрукты". Они занимают определенное место, у нее есть название и все примерно ориентируются, что можно сделать с содержимым этой коробки. Коробки с фруктами содержат фрукты. Их можно открыть, фрукт можно съесть, можно разрезать, можно почистить, можно приготовить салат и так далее. Ящик с надписью "Посуда" при переезде. Ясно, что внутри хрупкое и бьющееся, ясно, как это транспортировать и когда распаковывать.
В программировании типов данных много, и в различных языках они различаются. Тем не менее, рассмотрим их общие виды и характеристики. Разобравшись с этим, мы сможем классифицировать любой незнакомый нам тип данных.
Примитивами называют типы данных, которые состоят из одного элемента. Синонимы к этому определению - скалярные.
Структурными можно назвать типы данных, которые состоят из элементов других типов данных. Название - синоним: нескалярные, аггрегатные.
Говоря проще, примитивы - простейшие типы данных, которые неделимы, тогда как структурные состоят из набора структурных или примитивных типов.
Во многих, если не во всех языках программирования высокого уровня встречаются следующие примитивы:
- Булевы или логические данные. Переменная этого типа может иметь только два значения - Правда и Ложь (True, False). Часто эти параметры интерпретируются соответственно как 1 и 0. Используется повсеместно для получения ответов на различные вопросы и дальнейшего выбора варианта действий.
- Целые числа. Переменные такого типа содержат целое число. В зависимости от языка программирования и выбранного подтипа целочисленных данных различаются диапазоном значений и воможностью работы с отрицательными числами.
- Числа с плавающей точкой или вещественные числа. Сюда входят как целые числа, у которых дробная часть есть, но считается пустой, так и дробные. В программном виде чаще всего такие числа записываются как
x = a * 10^b, т.е. через дробное десятичное число a, умноженное на 10 в степени b. В математике это выглядит как1.2*10^3, в программировании степень числа 10 пишется через экспоненту, т.е.1.2e3. Например, расстояние от Земли до Солнца составляет1.496 · 10^11, или 1.496e11. - Комплексные числа - числа вида
x + iy, гдеi- корень из минус единицы. Необходимо для ряда математических действий и изысканий, обычному программисту может быть нужно довольно редко. - Отсутствие значения и типа - особый тип данных, который означает ничего, пустое место. Отличается от нуля, пустой строки или пустого массива. В разных языках называется по-разному, например null, none, nan.
- Строки - Строки принято относить к примитивам, хотя они и состоят из символов.
Структурные типы данных, которые можно встретить в различных языках:
- Массивы
- Кортежи
- Словари
- Множества
- Функциональные типы данных
- Записи
Эти типы данных мы расмотрим позже более подробно.
Так же типы данных могут быть изменяемыми или мутабельными, и неизменяемыми (иммутабельными). Знакомясь с новыми типами данных конкретного языка разумно было бы выяснять, можно ли его менять, или он иммутабелен, т.е. значение его останется тем же, каким было создано, и можно либо работать с тем значением, что есть, либо создавать новое значение для него.
Те же строки, к примеру, могут быть неизменяемыми. Это значит, что в переменную можно записать строку, но изменить ее после этого будет невозможно. Однако, будет возможность записать в эту переменную другую строку, в том числе и измененную исходную строку.
Переменная типа bool может содержать только два значения: True или False, при чем это не строки, не числа, а именно понятия ложь и истина.
Для работы с булевыми переменными существует булева алгебра.
Существуют следующие логические операторы:
- and - И
- or - ИЛИ
- xor - Исключающее ИЛИ (подключается отдельно)
- not - НЕ
not означает НЕ, и, будучи поставленным перед типом bool, меняет его значение на обратное, т.е. not True становится False,not False становится True
Далее приведена таблица, демонстрирующая работу операторов:
| Операторы | 0 to 0 | 0 to 1 | 1 to 0 | 1 to 1 |
|---|---|---|---|---|
and или && |
0 | 0 | 0 | 1 |
| or | 0 | 1 | 1 | 1 |
| xor | 0 | 1 | 1 | 0 |
Во многих, если не во всех языках программирования существуют условия вида если - иначе, если - иначе. Код выглядит примерно следующим образом:
если (X mod 2 == 0):
число четное
иначе:
число нечетное
Операция mod - операция взятия остатка от деления.
Есть различные варианты использования оператора если: просто если, с использованием иначе и с любым количеством иначе, если между если и иначе, если.
Во многих языках программирования (С++, Java, PHP...) существуют тернарный оператор, т.е. специальный оператор условия, который возвращает один из двух результатов, в зависимости от того, выполняется его условие или нет. Выглядит он так:
сообщить (Время суток = 'утро') ? "Привет!" : "Пока!";
Тернарные операторы часто применяются, когда варианта всего два, так как такая запись короче аналогичного действия с если. Однако, к сожалению, можно встретить связку нескольких если и тернарных операторов, которую совершенно невозможно прочесть. Другими словами, это не необходимая вещь в языке и она может стать причиной нечитаемого текста.
Множество или сет (set) по сути - "контейнер", содержащий не повторяющиеся, уникальные элементы в случайном порядке. В этом определении упомянуты две основные особенности сетов - уникальность и отсутствие сортировки.
Уникальность - сет содержит только уникальные элементы, если добавлять в него дубликаты - они не добавляются, если перевести какую-то переменную с неуникальными данными в сет - дублирующие элементы будут удалены.
Отсутствие сортировки - элементы в сете находятся в неком хаотичном порядке.
Множества поддерживают перебор всех элементов (итерацию), добавление и удаление элементов, но в силу отсутствия сортировки не поддерживают индексацию и срезы.
Создание множеств:
м1 = множество([1, 2, 3, 4, 5, 6])
м2 = множество([5, 6, 7, 8, 9])
a = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 5, 4, 3, 2]
вывести a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 5, 4, 3, 2]
м3 = множество(a)
вывести м3
([1, 2, 3, 4, 5, 6])
Множества поддерживают операции вычитания, объединения, пересечения:
м1 = множество([1, 2, 3, 4, 5, 6])
м2 = множество([5, 6, 7, 8, 9])
м1 - м2 # Разность множеств
([1, 2, 3, 4])
м1 | м2 # Объединение множеств
([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])
м1 & м2 # Пересечение множеств
([5, 6])
Можно добавить элемент в множество и удалить из множества элемент. В качестве параметра выступает сам элемент, поскольку индексов в множестве нет.
м1.добавить(7)
вывести м1
([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7])
м1.удалить(1)
вывести м1
([2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])
Множества принято визуализировать при помощи диаграмм Эйлера-Венна. В том числе и булеву алгебру удобно и просто понять на примере таких диаграмм:
AND, и в том и в том случае истина:
OR, или в том или в том случае истина:
XOR, истина или в том, или в другом случае, но не в обоих случаях сразу.
1. Разместить в кругах:
- Числа целые
- Числа положительные
- Числа отрицательные
- Числа простые
2. Нарисовать круги для заварного кофе:
- эспрессо (30 мл кофе)
- американо (эспрессо + вода)
- каппучино (эспрессо + вспененное молоко)
- латте (эспрессо + вспененное молоко + молоко)
- доппио (два эспрессо)
3. Решить задачу: Все женщины - дочки, но не все женщины матери. Некоторые матери - бабушки. Нарисуйте внучек!
И напоследок немного поговорим о системах счисления, это нам неоднократно пригодится в понимании некоторых концепций программирования в будущем.
Для лучшего понимания программирования будет не лишним уметь читать числа разных систем счисления и переводить из одной в другую.
Доп. статьи: