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計算機程式的思維邏輯 (1):資料和變數

程式大概是怎麼回事

計算機就是個機器,這個機器主要由CPU、記憶體、硬碟和輸入輸出裝置組成。計算機上跑著作業系統,如Windows或Linux,作業系統上執行著各種應用程式,如Word, QQ等。

作業系統將時間分成很多細小的時間片,一個時間片給一個程式用,另一個時間片給另一個程式用,並頻繁地在程式間切換。不過,在應用程式看來,整個機器資源好像都歸他使,作業系統給他提供了這種假象。 對程式設計師而言,我們寫程式,基本不用考慮其他應用程式,我們想好怎麼做自己的事就可以了。

應用程式看上去能做很多事情,能讀寫文件,能播放音樂,能聊天,能玩遊戲,能下圍棋 …… 但本質上,計算機只會執行預先寫好的指令而已,這些指令也只是操作資料或者裝置。所謂程式,基本上就是告訴計算機要操作的資料和執行的指令序列, 即對什麼資料做什麼操作。

比如說:

  • 讀文件,就是將資料從磁碟載入到記憶體,然後輸出到顯示器上
  • 寫文件,就是將資料從記憶體寫回磁碟。
  • 播放音樂,就是將音樂的資料載入到記憶體,然後寫到音效卡上。
  • 聊天,就是從鍵盤接收聊天資料,放到記憶體,然後傳給網絡卡,通過網路傳給另一個人的網絡卡,再從網絡卡傳到記憶體,顯示在顯示器上。

基本上,所有資料都需要放到記憶體進行處理,程式的很大一部分工作就是操作在記憶體中的資料。

本文主要就說說這個”資料”。(以Java為例)

資料

資料是什麼?資料在計算機內部都是二進位制,不方便操作,為了方便操作資料,高階語言引入了”資料型別”和”變數”的概念。

資料型別

資料型別用於對資料歸類,方便理解和操作,對Java語言而言,有如下基本資料型別:

  • 整數型別:有四種整型 byte/short/int/long,分別有不同的取值範圍
  • 小數型別 :有兩種型別 float/double,有不同的取值範圍和精度
  • 字元型別:char,表示單個字元
  • 真假型別:boolean,表示真假

基本資料型別都有對應的陣列型別,陣列表示固定長度的同種資料型別的多條記錄,這些資料在記憶體中挨在一起存放。 比如說,一個自然數可以用一個整數型別資料表示,100個連續的自然數可以用一個長度為100的整數陣列表示。一個字元用一個char表示,一段文字可以用一個char陣列表示。

Java是一個面向物件的語言,除了基本資料型別,其他都是物件型別 ,物件到底是什麼呢?簡單的說,物件是由基本資料型別、陣列和其他物件組合而成的一個東西,以方便對其整體進行操作。

比如說,一個學生物件,可以由如下資訊組成:

  • 姓名:一個字元陣列
  • 年齡:一個整數
  • 性別:一個字元
  • 入學分數:一個小數

日期在Java中也是一個物件,內部表示為整形long。

就像世界萬物的組成,都是由元素週期表中的108個基本元素組成的,基本資料型別就相當於化學中的基本元素,而物件就相當於世界萬物。

變數

為了操作資料,需要把資料存放到記憶體中,所謂記憶體在程式看來就是一塊有地址編號的連續的空間,放到記憶體中的某個位置後,為了方便地找到和操作這個資料,需要給這個位置起一個名字。程式語言通過變數這個概念來表示這個過程。

宣告一個變數,比如 int a其實就是在記憶體中分配了一個空間,這個空間存放int資料型別,a指向這個記憶體空間所在的位置,通過對a操作即可操作a指向的記憶體空間,比如a=5這個操作即可將a指向的記憶體空間的值改為5。

之所以叫量,是因為它表示的是記憶體中的位置,這個位置存放的值是可以變化的。

雖然變數的值是可以變化的,但名字是不變的,這個名字應該代表程式設計師心目中這塊記憶體位置的意義,這個意義應該是不變的,比如說這個變數int second表示時鐘秒數,在不同時間可以被賦予不同的值,但它表示的就是時鐘秒數。之所以說應該是因為這不是必須的,如果你非要起一個變數名叫age但賦予它身高的值,計算機也拿你沒辦法。

重要的話再說一遍!變數就是給資料起名字,方便找不同的資料,它的值可以變,但含義不應變。再比如說一個合同,可以有四個變數:

  • first_party: 含義是甲方
  • second_party: 含義是乙方
  • contract_body: 含義是合同內容
  • contract_sign_date: 含義是合同簽署日期

這些變量表示的含義是確定的,但對不同的合同,他們的值是不同的。

初學程式設計的人經常使用像a,b,c,hehe,haha這種無意義的名字,給變數起一個有意義的名字吧!

通過宣告變數,每個變數賦予一個數據型別和一個有意義的名字,我們就告訴了計算機我們要操作的資料。

有了資料,怎麼對資料進行操作呢?