Pomnilnik in spremenljivke

Pomnilnik in spremenljivke

• Razumevanje spremenljivk je ključno za računalniško programiranje.
• Spremenljivka je entiteta, ki vsebuje vrednost.
• Vrednost spremenljivke se lahko primerja, spremeni ali izbriše.
• Model pomnilnika je pomemben za spreminjanje spremenljivk.
• Pomnilnik je zaporedje lokacij ali celic.
• Celice so dodeljene ali nedodeljene.
• Dodeljena celica ima vsebino, ki je lahko shranljiva vrednost ali nedefinirana.

Atributi spremenljivke

• Vsaka spremenljivka ima atribute: ime, tip, naslov in vrednost.

Sestavljeni tipi

• Vrednost sestavljenega tipa sestoji iz komponent, ki so selektivno obravnavane.
• Spremenljivka sestavljenega tipa sestoji iz komponent, ki se selektivno ažurirajo.
• Spremenljivka zapisa je n-terica komponent spremenljivk.
• Spremenljivka polja preslikava množice indeksov v množico spremenljivk.
• Spremenljivka osnovnega tipa zaseda eno celico, sestavljena pa več.
• Spremenljivka tipa T je definirana z isto strukturo kot vrednost tipa T.
• Vsaka vrednost tipa Card je dvojica CardSuit in CardRank.
• Spremenljivka tipa Card je dvojica suit in rank.
• Pri spreminjanju vrednosti sestavljenega tipa ločimo popolno in selektivno ažuriranje.
• Selektivno ažuriranje spremeni nekatere celice.

Spremenljivke polja

• Polje se obravnava kot preslikava indeksov v spremenljivke.
• Programski jeziki omogočajo različne načine za določanje množice indeksov.
• Polja se delijo na statična, dinamična z alokacijo in dinamična polja.
• Statično polje ima določene indekse že v času prevajanja.
• Dinamično alocirano polje ima indekse določene v času izvajanja.
• Pri prilagodljivem polju se lahko meje indeksov spreminjajo.

Shranljive vrednosti jezika

• Shranljive vrednosti jezika so shranjene v eni sami celici in jih ni mogoče selektivno ažurirati.

Življenjska doba spremenljivke

• Spremenljivka se najprej ustvari in kasneje izbriše.
• Življenjska doba je čas med ustvaritvijo in brisanjem.
• Spremenljivka zaseda pomnilnik samo med svojo življenjsko dobo.
• Novejši programski jeziki omogočajo statično, avtomatično in dinamično dodelitev pomnilnika.
• Statična dodelitev dodeli spomin pred izvajanjem, ki se sprosti po zaključku.
• Življenjska doba je enaka trajanju programa.
• Statična dodelitev ne omogoča rekurzije in zaseda prostor, čeprav spremenljivka ni dosegljiva.
• Globalne imajo statično dodelitev
• Spremenljivke, statične spremenljivke imajo statično dodelitev.
• Pri avtomatični dodelitvi programer ne more vplivati na življenjsko dobo.
• Lokalne spremenljivke in parametri abstrakcij imajo avtomatično dodelitev.
• Dinamična dodelitev se izvaja na kopici, kjer ima programer vpliv na življenjsko dobo.
• Na kopici imajo dodelitev dinamične spremenljivke.

Lokalne in globalne spremenljivke

• Lokalna spremenljivka je deklarirana znotraj bloka in se uporablja samo tam.
• Globalna spremenljivka je deklarirana v najbolj zunanjem bloku programa.

Spremenljivke kopice

• Spremenljivka kopice se ustvari in briše po želji programerja.
• Spremenljivka kopice se ustvari z izrazom/ukazom in je neimenovana.
• Nasprotno je lokalna spremenljivka ustvarjena s predpisano deklaracijo in ima identifikator.
• Spremenljivke kopice imenujemo tudi dinamične spremenljivke.

Ustvarjanje in brisanje spremenljivke kopice

• Za ustvarjanje se uporablja operacija dodelilnika.
• Spremenljivka ostane dostopna, dokler nanjo kaže vsaj en kazalec.
• Brisanje se lahko izvede implicitno ali eksplicitno.

Eksplicitno brisanje

• Slabosti eksplicitnega brisanja:
  • zbriše se spremenljivko kopice, na katero kažejo kazalci,
  • spremenljivka kopice se sploh ne zbriše,
  • spremenljivka kopice zbriše večkrat.

Obviseli naslov

• Kazalec na spremenljivko, ki ne živi več, se imenuje obviseli naslov.
• Obviseli naslov nastane, ko se naslov lokalne spremenljivke priredi.

Trajne in prehodne spremenljivke

• Trajna spremenljivka ima življenjsko dobo daljšo od izvajanja programa.
• Prehodna spremenljivka ima življenjsko dobo omejeno z izvajanjem programa.
• Lokalne spremenljivke in spremenljivke kopice so prehodne.

Ukazi

• Ukaz je programska fraza, ki ažurira spremenljivke.
• Obstajajo osnovni in sestavljeni ukazi.
• Temeljni ukazi: preskoki, prireditve, klici procedur, zaporedni, vzporedni, pogojni, iterativni in bločni ukazi.

Preskok

• Preskok je najpreprostejši ukaz, ki ne ažurira spremenljivk.
• Uporablja se pri pogojnih ukazih
• Primeri: goto, break, continue

Prireditve

• Ukaz prireditve ima obliko V = E, kjer je V referenca in E izraz.
• Vrednost izraza E se priredi spremenljivki V.
• Pri prireditvi se najprej izračuna referenca spremenljivke V in nato izraz E.

Večkratna in hkratna prireditev

• Pri večtratni prireditvi se vrednost izraza E priredi vsem spremenljivkam V1,..., Vn.
• Pri hkratni prireditvi se vrednosti n izrazov priredijo n spremenljivkam V1,..., Vn.

Klici procedure

• Klic procedure ima obliko P(AP1,..., APn), kjer so APi dejanski parametri.
• Dejanski parameter je lahko izraz ali spremenljivka, ki da referenco.
• Klic procedure ažuriranje spremenljivk preko parametrov ali globalnih spremenljivk.

Vrstni red izvajanja

• Vrstni red izvajanja ukazov je pomemben za ažuriranje spremenljivk.
• Najpogostejši krmilni tok je zaporedje ukazov C1; C2.
• Pri vzporednih ukazih C1, C2 vrstni red izvajanja ni določen.
• Računanje je deterministično, če lahko napovemo zaporedje korakov, drugače je nedeterministično.

Nedeterministično izvajanje ukazov

• Primer nedeterminističnega izračuna: n = 7, n = n + 1.
• Rezultati so odvisni od vrstnega reda izvajanja.

Pogojni ukaz

• Pogojni ukaz je sestavljen iz podukazov, od katerih se izbere eden.
• Osnovna oblika: if E then C1 else C2.
• Izbira je odvisna od vrednosti logičnega izraza E.

Izbirni ukazi

• Izbira med podukazi je možna na osnovi vrednosti.
• Ukaz case ali switch:
  • Seznam primerov: case izraz of primer1: ukaz1, primer2: ukaz2, ...
  • end
• Izraz mora vrniti rezultat, ki se ujema z enim od literalov.
• V C++ in Java se prenesemo na ukaz Ci+1, pri izhodu iz klicanja break pa se preselimo ven.
• Iz vidika OOP izbirni ukazi niso implementacije - polimorfizem
• Python, Lua, itd. nimajo switch-case stavka

Iterativni ukazi

• Iterativni ukaz ali zanka je sestavljena iz telesa in testa zaključka.
• Test zaključka določa, kdaj se ponavljanje zaključi.
• Razdelitev na nedoločne in določne iteracije.

Nedoločne iteracije

• Število ponovitev ni vnaprej določeno.
• Primer: while in repeat (do while).

Iterativni ukazi

• Splošnejša oblika s testom kjerkoli znotraj telesa: repeat C1 while E do C2.
• Najprej C1, sledi test E, nato C2 in C1 se ponavljata, dokler ni izpolnjen test E.

Določne iteracije

• Število ponovitev je vnaprej določeno.
• Uporablja se krmilna spremenljivka z vnaprej določenimi vrednostmi.
• Za vsako vrednost se izvrši telo zanke.
• Ukaz for:
  • for V := E1 to E2 do C
  • for V := E1 to E2 by E3 do C

Iterator

• Zaporedje lahko vsebuje vrednosti poljubnega tipa:
  • for V in E do C Status krmilne spremenljivke se razlikuje med jeziki, doseg krmilne spremenljivke, vrednost krmilne spremenljivke po zaključku zanke, vrednost krmilne spremenljivke pri skoku iz zanke in dovoljeno prirejanje krmilne spremenljivke.

Ovrednotenje izraza

• Glavni namen je dobiti vrednost, ki lahko tudi ažurira spremenljivko s stranskim učinkom.
• Izrazni jezik nima razlike med izrazi in ukazi.
• Ovrednotenje ima hkrati vrednost in stranski učinek na spremenljivke.
• Slaba stran je, da vzpodbuja k uporabi stranskih učinkov.
• Rust, Scala sta primera izraznih jezikov
• Ne rabimo pogojnih izrazov, ker se lahko izrazov kombinira