Переменная

Переменная в программировании — это каким-либо образом проименованная и/или адресованная область физической или виртуальной памяти, предназначенная для хранения данных (значений). С ее помощью можно проводить различные операции с данными и обеспечить программе необходимую гибкость. Данные в переменной могут быть как изменяемыми, так и постоянными (в этом случае она называется константой). 

Как работают переменные

В процессе исполнения компьютерная программа постоянно обращается к каким-либо данным, которые хранятся в ячейках памяти. То есть работающее приложение должно «знать», какие именно данные ему сейчас нужны для работы, а также — где они находятся. На ранних этапах развития компьютерной техники программисты писали программы на машинном языке, в котором для обращения к конкретным данным использовались регистры. Но на таком языке человек может писать только очень простой код. При создании более сложных программ использовать этот способ стало очень сложно. 

С появлением ассемблеров задача обращения к данным существенно упростилась за счет более понятного человеку синтаксиса и логики. Теперь не нужно вручную прописывать регистры — вместо них стали использоваться переменные, которым программист просто присваивает те или иные данные (значения).

Понятие переменной в программировании в целом напоминает одноименный аналог из математики. В алгебре это абстрактное буквенное выражение, которое имеет определенный интервал конкретных значений (как правило, числовых). Переменные позволяют записывать различные математические операции в общем виде. Затем, заменяя их на конкретные значения из допустимого интервала, можно получить необходимые значения. 

Аналогично работают переменные и в информатике, с той лишь разницей, что это не только логическая абстракция, вместо которой можно подставить конкретные значения, но и вполне конкретная область виртуальной/реальной памяти, куда обращается программа за нужными ей для работы данными. 

Таким образом, переменные характеризуются следующими атрибутами:

• именем или адресом, обозначающим конкретную ячейку памяти, в которой хранятся необходимые для работы приложения данные;
• значением, то есть конкретными данными, которые содержатся в проименованной ячейке памяти;
• типом, который определяет характер значений, принимаемых переменной, виды операций с ними и их представление в памяти компьютера.

В программировании переменные используются для работы с динамическими (изменяющимися) данными. Например, если в компьютерной игре есть два перемещающихся персонажа, то им необходимо задать скорость движения. Можно сделать это вручную для каждого из них, однако каждое изменение скорости придется прописывать заново, что не очень удобно. Гораздо проще сделать это с помощью переменных — задав определенный интервал их значений. В этом случае изменять скорость персонажей можно, просто подставив нужные данные. 

В императивных языках программирования также существует понятие константы — это тоже ячейка памяти, но содержащая только одно неизменяемое значение. Ее можно задать заранее, при этом указав ее имя, к которому может обращаться программа, или указать непосредственно в коде как непосредственное значение. 

Типы переменных

Компьютерные программы работают с разнообразными данными — числами, словами (символами), структурами (массивами, деревьями) и т. д. Соответственно, приложение должно уметь их различать, а также понимать, где они хранятся и в какой момент их необходимо задействовать. Поэтому в программировании используются следующие виды переменных:

• Статическая. В этом случае тип данных переменной определяется на этапе компиляции программы — то есть заранее задается программистом. Это позволяет в большинстве случаев сократить расходы ресурсов компьютера. Кроме того, статическая типизация переменных упрощает обнаружение ошибок, что снижает время разработки и повышает надежность программы. В то же время она делает программный код менее гибким, так как любые изменения в типе данных программисту придется указывать вручную. 
• Динамическая. При такой типизации тип переменной определяется на этапе присвоения значения (то есть исполнения программы), а не его объявления. Благодаря этому в различных участках программного кода одна и та же переменная может принимать значения разных типов. Динамическая типизация делает программу более гибкой, позволяет ей лучше взаимодействовать с изменяющимся окружением, упрощает ее переход на новый формат данных. В то же время повышается вероятность ошибок, увеличивается расход ресурсов платформы при исполнении.  

Для каждой переменной устанавливается своя область видимости — часть программы, в пределах которой ее идентификатор (имя) остается с ней связанным, то есть позволяет через себя обратиться к ее значению. В зависимости от этого переменные могут быть:

• локальными — задействуются только конкретной подпрограммой (фрагментом кода);
• глобальными — используются всей программой.

Чтобы упорядочить использование переменных в программировании и исключить возникновение ошибок, применяется ограничение их зоны видимости. Благодаря этому программист может использовать одни и те же идентификаторы для похожих переменных в различных фрагментах программного кода. 

В различных языках программирования в переменные можно «складывать» данные различных типов, например:

• целые числа с отрицательным или положительным знаком — например, 0, 1, –1, 234, –234 и т. д.;
• числа с плавающей запятой — компьютерная форма записи дробных действительных чисел;
• логические выражения — например, часто встречающееся в программировании true/false;
• строки (символы) — последовательности букв, чисел, знаков препинания, пробелов и т. д. (используются для записи текстовых данных);
• списки — структуры данных, представляющих собой упорядоченные последовательности значений;
• диапазоны — перечень значений стандартного дискретного типа, например, 1…100;
• массивы — фиксированное и структурированное количество однотипных данных;
• записи — совокупность связанных данных различного типа;
• файлы — однотипные данные, сохраненные на внешнем носителе информации.

В языках программирования со строгой (статической) типизацией тип переменных задается программистом заранее при их объявлении и не может быть изменен в дальнейшем. Более того, в этом случае в них нельзя добавить данные других типов. В частности в Java целочисленные переменные не могут содержать слова, строки или логические выражения. Напротив, в языках с динамической типизацией (например, Python) тип данных определяется программой автоматически при обращении к переменной, исходя из характера содержащихся в ней значений.

В зависимости от типа данных в переменной она может быть:

• Простой — используется для хранения данных, не имеющих структуры, таких как целые числа, символы, логические выражения true/false, отдельные значения из конечных множеств;
• Сложной — в такой переменной хранятся данные с внутренней структурой, наиболее показательными примерами которых являются массивы, деревья и записи. 

Также в некоторых языках программирования предусмотрена возможность создания пустых переменных. Они имеют идентификатор (имя), но им не присвоено конкретных значений. Например, в JavaScript два типа таких переменных:

• Undefined (неопределенные). Это переменные, у которых не указан тип и значения. Иначе говоря, компьютер просто знает, что она есть, но не понимает, что в ней находится, какой объем памяти под нее выделить и как с ней потом работать. Чаще всего неопределенные переменные используются для отладки кода, определения данных, поступающих в программу, и поиска ошибок. 
• Null (пустые). Такие переменные имеют определенный тип, но им не заданы конкретные значения. При этом компьютер понимает, какие данные в них положить, сколько им нужно памяти и как потом с ними работать. В отличие от undefined, null является конкретным значением переменной, означающим отсутствие данных. 

От этих двух типов следует отличать переменную 0 (ноль), которая содержит конкретное целочисленное значение. 

Использование переменных

Для работы с переменными необходимо их предварительно объявить. В различных языках программирования это происходит с некоторыми отличиями, но в целом используется похожий шаблон:

• Сначала ставится ключевое слово или знак, обозначающий новую переменную (например, var от английского «variation» или $);
• Далее указывается имя переменной. Как правило, оно записывается латинскими буквами и кратко описывает, какие данные будут использоваться (например, для переменной, содержащей имя человека, можно использовать слово name).
• После имени переменной указывается тип содержащихся в ней данных. Например, для каких-либо слов, имен, фраз это будет указатель string или char.

В некоторых языках порядок этих элементов в структуре объявления переменной может быть другим. Например, в ранних версиях Java отсутствовало ключевое слово var, которое указывает на создание новой переменной. Но в целом логика этого процесса везде примерно одинакова: нужно указать имя переменной и тип сохраняемых в ней данных. 

На этом этапе заканчивается непосредственно объявление переменной. Но чтобы программа могла ее использовать, ей нужно присвоить определенное значение. Эта операция называется «присваиванием» и выражается с помощью математического символа «=», который называется оператором присваивания. После него указывается конкретное значение переменной, которое будет использоваться программой. 

Хотя порядок объявления переменных может отличаться в зависимости от языка, существует несколько общих правил для корректного осуществления этой процедуры:

• Идентификаторы (имена) переменных могут содержать в себе буквы, цифры, знак нижнего подчеркивания, при этом оно обязательно не должно начинаться с цифры.
• Имя переменной лучше подбирать таким образом, чтобы было понятно, какие данные в ней сохраняются. Например, если это значения скорости персонажа в компьютерной игре, то подойдет идентификатор «speed».
• Следует избегать очень коротких (например, одно- или двухбуквенных) или слишком длинных имен переменных: первые неинформативны и затрудняют понимание, вторые делают код тяжеловесным и сложным для восприятия.
• Идентификаторы лучше писать английскими словами (например, price вместо stoimost), чтобы они были понятны другим людям, особенно при работе над иностранными или международными проектами.
• Первое слово в сложных именах рекомендуется записывать со строчной буквы, а каждое последующее — с заглавной (например, carsCount).
• Большинство современных языков программирования чувствительны к регистру имен переменных, что также необходимо учитывать при их написании.

В некоторых ЯП эти требования необязательны и просто рекомендуются как способы упростить написание и понимание кода. В других языках программирования они могут носить обязательный характер: несоблюдение правил их синтаксиса приводит к ошибкам и неисполнениям со стороны программы. 

Переменные — одна из важнейших составляющих современного программирования, которая существенно упрощает написание кода, делает его более гибким и настраиваемым. В том или ином виде они встречаются в большинстве распространенных ЯП, поэтому понимание их структуры, принципа действия и правил написания являются основой создания правильно работающих приложений.