Wczytywanie, wypisywanie, zmienne

Zmienne i wczytywanie

W poprzedniej lekcji nauczyliśmy się wypisywać proste komunikaty oraz, w ostatnim przykładzie, liczby całkowite. Aby jednak robić cokolwiek bardziej skomplikowanego – choćby przyjmować dane od użytkownika albo prowadzić obliczenia – potrzebujemy sposobu, aby przechowywać dane w pamięci komputera. Do takich celów służą zmienne. Pojedyncza zmienna to komórka pamięci komputera, której na jakiś czas nadajemy nazwę, i która może przechowywać jeden obiekt – na przykład liczbę całkowitą, albo napis złożony z liter.

Najprostszym typem zmiennych są zmienne całkowite, czyli takie, które przechowują jedną liczbę całkowitą. Aby móc korzystać z takiej zmiennej, musimy ją w programie zadeklarować, czyli poinformować kompilator o chęci jej użycia oraz nadać nazwę. Deklaracja zmiennej całkowitej wygląda tak:

int nazwa_zmiennej;

Słowo int informuje kompilator, że zmienna jest właśnie typu całkowitego (ang. integer), wybór nazwy zaś należy do nas. Na przykład int moja_liczba; oznacza, że od tej pory w komórce o nazwie moja_liczba będzie przechowywana liczba całkowita. Możemy od momentu deklaracji użyć nazwy moja_liczba wszędzie tam, gdzie w programie mogłaby stać liczba. Na przykład:

cout << moja_liczba << "\n";

to polecenie wypisania na ekran tego, co aktualnie jest w tej komórce, po czym przechodzi do nowego wiersza konsoli. Z kolei:

moja_liczba = 7;

oznacza "do komórki o nazwie moja_liczba wpisz liczbę 7". Zatem:

moja_liczba = 7;
cout << moja_liczba << "\n";

po prostu wypisze na ekran liczbę 7 (czyli zadziała dokładnie tak, jak cout << 7).

Spróbujmy teraz sprawić, aby do zmiennej trafiła liczba, którą użytkownik wpisze z klawiatury. Wczytywanie wykonujemy instrukcją:

cin >> nazwa_zmiennej;

czyli bardzo podobnie do wypisywania. W poniższym programie wczytujemy jedną liczbę całkowitą i po prostu ją wypisujemy:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a;
    cin >> a;
    cout << "Wczytana liczba to: " << a << "\n";
}

Jeżeli skompilujesz i uruchomisz ten program, to "zatrzyma się" on, oczekując, aż podasz mu (wpiszesz na klawiaturze) jakąś liczbę całkowitą, np. 123. Kiedy wpiszesz liczbę i naciśniesz Enter, program wypisze liczbę wraz z komunikatem i zakończy działanie. Zauważ, że w przeciwieństwie do napisów-komunikatów, nazwy zmiennej nie umieszczamy w cudzysłowie: gdybyśmy napisali instrukcję cout << "moja_liczba", kompilator wypisałby na ekran po prostu napis moja_liczba (sprawdź!). Z kolei cin >> "moja_liczba" zakończyłoby się błędem kompilacji: kompilator nie rozumie, czemu wczytujemy dane do czegoś, co jego zdaniem nie jest zmienną.

W kolejnym programie wczytujemy i wypisujemy dwie liczby. Zauważ, że przy wypisywaniu musimy je jakoś rozdzielić, np. poprzez spację lub "\n". Natomiast program da sobie radę z ich wczytaniem niezależnie od tego, czy zostaną podane w tym samym wierszu, czy w różnych wierszach, a także niezależnie od dodatkowych spacji wprowadzonych przez użytkownika.

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a;
    int b;
    cin >> a >> b;
    cout << "Wczytane liczby to: " << a << " " << b << "\n";
}

Jak już wspomnieliśmy, po wczytaniu zmiennych całkowitych możemy traktować je w programie dokładnie tak, jak same liczby, w szczególności wykonywać na nich działania. Poniższy program wczytuje długości boków prostokąta i oblicza pole i obwód tego prostokąta.

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << "Pole: " << a * b
         << " obwod: " << 2 * (a + b) << "\n";
}

Zauważ, że mogliśmy napisać int a, b; zamiast dwóch osobnych deklaracji int a;, int b;. Zauważ też, że instrukcja:

cout << "Pole: " << a * b
         << " obwod: " << 2 * (a + b) << "\n";

właściwie "powinna" być w jednym wierszu – na szczęście w C++ możemy dość dowolnie łamać wiersze, jako że dla kompilatora koniec instrukcji wyznacza znak średnika, nie koniec wiersza. Dzięki temu możemy w takich sytuacjach pisać czytelniej.

Jeżeli uruchomimy nasz program i wpiszemy z klawiatury 2 3 – czyli ustalimy a=2, b=3 – otrzymamy, zgodnie z oczekiwaniami, wynik:

Pole: 6 obwod: 10

Spośród standardowych działań dostępne jest dodawanie +, odejmowanie - i mnożenie *. W przypadku liczb całkowitych możemy też korzystać z dzielenia z resztą, przy czym / oznacza iloraz, a % resztę z dzielenia:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << a << " / " << b << " = " << a / b << " r. " << a % b << "\n";
}

Wynikiem tego programu dla a=14, b=5 jest:

14 / 5 = 2 r. 4

Uwaga: podobnie jak w życiu, w C++ nie można dzielić przez 0. Próba wykonania takiego dzielenia (czy to za pomocą /, czy %) zakończy się tzw. błędem wykonania. Więcej o takich błędach dowiesz się w kolejnych lekcjach. Kolejność wykonywania działań w C++ jest taka sama jak w matematyce. Dodawanie i odejmowanie mają taką samą ważność, tak więc działania te są wykonywane od lewej do prawej. Mnożenie i oba typy dzielenia również mają taką samą ważność, więc także są wykonywane od lewej do prawej. Natomiast mnożenie i oba typy dzielenia są wykonywane przed dodawaniem i odejmowaniem. Jeśli chcemy uzyskać inną kolejność wykonywania działań, możemy stosować nawiasy ( i ). Przykładowo, program:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << 1 + 2 * 3 << "\n";
    cout << (1 + 2) * 3 << "\n";
}

wypisuje liczby 7 i 9.

Styl programów

Należy wiedzieć o kilku ograniczeniach dotyczących nazw zmiennych. Nazwa zmiennej może składać się z małych i wielkich liter, cyfr oraz znaku podkreślenia _, przy czym nie może zaczynać się od cyfry. W przeciwieństwie do niektórych języków programowania, w C++ zawsze rozróżniane są małe i wielkie litery, czyli zmienna liczba to co innego niż zmienna Liczba. (Nie możemy też np. pisać Cout zamiast cout, kompilator nie rozpozna nazwy z wielką literą).

Deklaracja zmiennej może zostać umieszczona w programie w dowolnym miejscu przed miejscem, w którym chcemy ze zmiennej skorzystać (czyli np. wczytać lub wypisać jej wartość). Nazwy zmiennych nie mogą się powtarzać (wyjątki od tego ostatniego stwierdzenia przedstawimy później).

Poniższy program oblicza pole i obwód prostokąta dokładnie tak samo, jak poprzedni. Jest on jednak istotnie mniej czytelny.

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int pierwszy_bok,Boknr2;
cin >> pierwszy_bok >> Boknr2;
  cout << "Pole: " << pierwszy_bok*Boknr2
<< " obwod: " << 2*(pierwszy_bok+Boknr2) << "\n";
}

Dobrze jednak dbać o to, by Twoje programy wyglądały jednolicie – wtedy za kilka dni łatwiej będzie Ci do nich powrócić. W tym kursie przyjęliśmy kilka powszechnie używanych konwencji, które pomagają zwiększyć czytelność kodu źródłowego, m.in.:

każdy operator matematyczny (dodawanie, odejmowanie itp.) jest otoczony z obu stron pojedynczymi spacjami,
po każdym przecinku jest spacja,
na końcach wierszy nie ma dodatkowych spacji,
każdy wiersz funkcji main() jest wcięty w prawo na taki sam odstęp (to pozwala wyróżnić w kodzie zawartość tej głównej funkcji).

Więcej tego typu konwencji pojawi się przy poznawaniu kolejnych elementów języka C++, jednak zazwyczaj nie będziemy o nich mówić wprost – po prostu będziemy je konsekwentnie stosować.

Teraz powiemy jeszcze tylko o jednym ważnym drobiazgu – o komentarzach. Komentarze są to fragmenty kodu źródłowego, które kompilator zupełnie pomija. Ich celem jest zazwyczaj objaśnianie pewnych fragmentów kodu (dla siebie lub dla innych czytelników kodu) albo tymczasowe usuwanie (wykomentowywanie) pewnych fragmentów kodu, których w danym momencie nie chcemy jeszcze na trwałe usuwać, ale chcemy, żeby nie były one aktywne. W C++ są dwa typy komentarzy, które wyglądają tak:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b; // kompilator zignoruje wszystko do konca wiersza
    cin >> a >> b; /* a taki komentarz ...
    moze zajmowac wiele wierszy, pod warunkiem, ze
    zamknie sie znakami: */
    cout << "Iloraz: " << a / b << " reszta: " << a % b << "\n";
}

Im dłuższe programy, tym częściej będziemy stosować komentarze.

Zakres typu

Typ int pozwala przechowywać tylko liczby całkowite z ograniczonego zakresu: od −2147483648 do 2147483647, czyli mniej więcej od minus dwóch miliardów do plus dwóch miliardów. Jest to tzw. zakres typu. Próba umieszczenia w zmiennej tego typu liczby spoza zakresu (np. poprzez wczytanie czy w wyniku obliczeń) spowoduje, że wynik obliczeń będzie niepoprawny. Ma to szczególne znaczenie, gdy w programie dodajemy dosyć duże liczby lub wykonujemy mnożenia – najczęściej zamiast "zbyt dużej" liczby pojawia się niespodziewanie dziwna liczba ujemna. Przykładowo, jeśli uruchomimy program obliczający pole prostokąta i jako długości boków podamy a = b = 50000, otrzymamy kompletnie błędne pole prostokąta:

Pole: -1794967296 obwod: 200000

Dla wygody programisty, w języku C++ wprowadzono kilka typów całkowitych, różniących się zakresami. Poniżej umieszczamy listę tych typów. Na tym etapie nie musisz ich próbować zapamiętać – w początkowych lekcjach typ int będzie dla nas w zupełności wystarczający.

typ	zakres
short (pełna nazwa: short int)	\([−32768,32767]\)
int	\([−2147483648,2147483647]\)
long long (pełna nazwa: long long int)	mniej więcej \([−10^{19},10^{19}]\)
unsigned short (pełna nazwa: unsigned short int)	\([0,65536]\)
unsigned int	\([0,4294967296]\)
unsigned long long (pełna nazwa: unsigned long long int)	mniej więcej \([0,2\cdot10^{19}]\)