Proměnné

Aby programy mohly řešit nějaký úkol, tak si téměř vždy musí umět něco zapamatovat. K tomu slouží tzv. proměnné (variables). Proměnné nám umožňují pracovat s pamětí intuitivním způsobem - část paměti si pojmenujeme nějakým jménem a dále se na ni tímto jménem odkazujeme. Proměnné můžou uchovávat libovolnou hodnotu a také ji v průběhu programu měnit. Příklady použití proměnných:

• Ve webové aplikaci si číselná proměnná pamatuje počet návštěvníků. Při zobrazení stránky se hodnota proměnná zvýší o 1.
• Ve hře si číselná proměnná pamatuje počet životů hráčovy postavy. Pokud dojde k zásahu postavy nepřítelem, tak se počet životů sníží o zranění (damage) nepřítelovy zbraně. Pokud hráč sebere lékárníčku, tak se počet jeho životů opět zvýší.
• V terminálu si proměnná reprezentující znaky pamatuje text, který byl zadán na klávesnici.

Proměnné jsou jedním z nejzákladnějších a nejčastějších stavebních kamenů většiny programů, během semestru se s nimi budeme setkávat neustále. Není tak náhodou, že jedním z nejzákladnějších příkazů v C je právě vytvoření proměnné. Tím řekneme počítači, aby vyčlenil (tzv. naalokoval) místo v paměti, které si v programu nějak pojmenujeme a dále se na něho pomocí jeho jména můžeme odkazovat¹.

Definice a platnost

Takto vypadá definice (vytvoření) jednoduché proměnné s názvem vek:

int vek;

Jakmile proměnnou nadefinujeme, tak z ní můžeme buď číst anebo zapisovat paměť, kterou tato proměnná reprezentuje, pomocí jejího názvu (zde vek).

Proměnná je platná (lze ji používat) vždy od místa definice do konce bloku, ve kterém byla nadefinována. Bloky jsou kusy kódu ohraničené složenými závorkami ({ a }):

int main() {
    int a;

    {
        // zde je platné pouze `a`
        int b;
        // zde je platné `a` i `b`
    } // zde končí platnost proměnné `b`

    // zde je platné pouze `a`

    return 0;
} // zde končí platnost proměnné `a`

Oblast, ve které je proměnná validní, se nazývá (variable) scope.

Datový typ

int před názvem proměnné udává její datový typ, o kterém pojednává následující sekce. Prozatím si řekněme, že int je zkratka pro integer, tedy celé číslo. Tím říkáme programu, že má tuto proměnnou (resp. paměť, kterou proměnná reprezentuje) interpretovat jako celé číslo se znaménkem.

Inicializace

Do proměnné bychom měli při jejím vytvoření rovnou uložit nějaký výraz, který musí být stejného datového typu jako je typ proměnné:

int a = 10;
int b = 10 + 15;

Obecná syntaxe pro definici proměnné je

<datový typ> <název>;

popřípadě

<datový typ> <název> = <výraz>;

pokud použijeme inicializaci.

Všimněte si, že na konci definice proměnné vždy musí následovat středník (;). Opomenutí středníku na konci příkazu je velmi častá chyba, která často končí těžko srozumitelnými chybovými hláškami při překladu. Dávejte si tak na středníky pozor, obzvláště ze začátku.

Vždy inicializujte proměnné!

Je opravdu důležité do proměnné vždy při její definici přiřadit nějakou úvodní hodnotu. Pokud to neuděláme, tak její hodnota bude nedefinovaná (undefined), což v praxi znamená, že může být jakákoliv a při každém spuštění programu se může lišit. Čtení hodnoty takovéto nedefinované proměnné způsobuje nedefinované chování (undefined behaviour)² programu. Pokud k tomu dojde, tak si překladač s vaším programem může udělat, co se mu zachce, a váš program se poté může chovat nepředvídatelně.

Proto vždy dávejte proměnným iniciální hodnotu!

Čtení

Pokud v programu použijeme název platné proměnné, tak dojde k načtení její hodnoty. Pokud použijeme název proměnné v programu na místě, kde je očekáván výraz, tak se vyhodnotí jako současná hodnota proměnné:

int main() {
    int a = 5;
    int b = a;  // hodnota `b` je 5
    int c = b + a + 1;  // hodnota `c` je 11

    return 0;
}

Kdekoliv tak můžete použít výraz, můžete použít i proměnnou (pokud sedí datové typy). Pro výpis hodnot proměnných na výstup programu můžete printf. Hodnoty proměnných můžete zkoumat také krokováním pomocí debuggeru.

Zápis

Pokud by proměnná měla pouze svou původní hodnotu, tak by nebyla moc užitečná. Hodnoty proměnných naštěstí jde měnit. Můžeme k tomu použít další typ C výrazu přiřazení (assignment):

int main() {
    int a = 5;  // hodnota `a` je 5
    a = 8;      // hodnota `a` je 8

    return 0;
}

Obecná syntaxe pro přiřazení do proměnné je

<název proměnné> = <výraz>

Opět musí platit, že výraz musí být stejného typu³, jako je proměnná, do které přiřazujeme. Na konci řádku také nesmí chybět středník. Přiřazení je příklad výrazu, který má vedlejší efekt, proto se obvykle používá jako samostatný příkaz (tj. dává se za něj středník).

Jak přiřazení funguje? Počítač se podívá, na jaké adrese v paměti daná proměnná leží, a zapíše do paměti hodnotu výrazu, který do proměnné zapisujeme, čímž změní její hodnotu v paměti. Z toho vyplývá, že dává smysl zapisovat hodnoty pouze do něčeho, co má adresu v paměti (prozatím známe pouze proměnné, později si ukážeme další věci, do kterých lze zapisovat). Například příkaz 5 = 8; nedává smysl. 5 je výraz, číselná hodnota, která nemá žádnou adresu v paměti, nemůžeme tak do ní nic zapsat. Stejně tak nedává moc smysl říct Číslo 5 odteď bude mít hodnotu 8.

Zatím známe pouze proměnné, později si však ukážeme další možnosti, jak vytvořit "něco, co má adresu v paměti", a co tak půjde použít na levé straně operátoru zápisu =.

Cvičení: Zkuste napsat program, který vytvoří několik proměnných, přečte a změní jejich hodnoty a pak je vypíše na výstup programu (k výpisu využijte printf, který jsme si již ukázali dříve).

Definice více proměnných najednou

Pokud potřebujete vytvořit více proměnných stejného datového typu, můžete použít více názvů oddělených čárkou za datovým typem proměnné. Takto například lze vytvořit tři celočíselné proměnné s názvy x, y a z:

int x = 1, y = 2, z = 3;

Doporučujeme však tento způsob tvorby více proměnných spíše nepoužívat, aby byl kód přehlednější.