В языках программирования простые структуры описываются простыми типами. К таким типам относятся: числовые, битовые, логические, символьные, перечисляемые, интервальные, указатели.
1. Числовые типы
1.1.Целые типы
С помощью целых чисел может быть представлено количество объектов, являющихся дискретными по своей природе (т.е. счетное число объектов). Для представления в памяти. чисел со знаком используется метод метод двоичного и дополнительного (для представления отрицательных чисел) кодов. Диапазон возможных значений целых типов зависит от их внутреннего представления, которое может занимать 1, 2 или 4 байта.
Представление целых типов в языке Pascal – integer, shortint, longint.
1.2. Вещественные типы
В отличии от целых типов, значения которых всегда сопоставляются с рядом целых чисел и, следовательно, представляются в памяти машины абсолютно точно, значение вещественных типов определяет число лишь с некоторой конечной точностью, зависящей от внутреннего формата вещественного числа.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВЕННЫХ ЧИСЕЛ В ПАМЯТИ. Формат для представления чисел с плавающей точкой содержит одно или два поля фиксированной длины для знаков. Количество позиций для значащих цифр различно в разных ЭВМ, но существует, тем не менее, общий формат, приведенный на рисунке 2.1a. В соответствии с этой записью формат вещественного числа содержит в общем случае поля мантиссы, порядка и знаков мантиссы и порядка.
Однако, чаще вместо порядка используется характеристика, получающаяся прибавлением к порядку такого смещения, чтобы характеристика была всегда положительный. При этом имеет место формат представления вещественных чисел такой, как на рис 2.1 б.
а).
б).
Число бит для хранения мантиссы и порядка зависит от типа вещественного числа.
1.3. Десятичные типы
Десятичные типы поддерживаются не всеми языками программирования. Эти типы применяются для внутримашинного представления таких данных, которые в первую очередь должны храниться в вычислительной системе и выдаваться пользователю по требованию, и лишь во вторую очередь - обрабатываться (служить операндами вычислительных операций). Архитектура некоторых вычислительных систем предусматривает команды, работающие с десятичным представлением чисел.
ДЕСЯТИЧНЫЙ ТИП С ФИКСИРОВАННОЙ ТОЧКОЙ. Данное представляется в виде числа, состоящего из m десятичных цифр, из которых d цифр расположены после десятичной точки.
Внутримашинное представление данного типа носит название десятичного упакованного формата. Каждая десятичная цифра числа занимает полбайта (4 двоичных разряда) и представляется в этом полубайте ее двоичным кодом. Еще полбайта занимает знак числа, который представляется двоичным кодом 1010 - знак "+" или 1011 - знак "-". Представление занимает целое число байт и при необходимости дополняется ведущим нулем.
ТИП ШАБЛОНА. Представляет данные с ограниченным числом десятичных цифр. Внутримашинное представление этого типа: каждая десятичная цифра представляется байтом, содержащим код символа соответствующей цифры. Знак не входит в общее число цифр в числе, для представления знака в старшем полубайте последней цифры числа код 1111 заменяется на 1010 - знак "+" или 1011 - знак "-".
1.4. Операции над числовыми типами
Над числовыми типами, как и над всеми другими, возможны прежде всего четыре основных операции: создание, уничтожение, выбор, обновление. Специфические операции над числовыми типами - хорошо известные всем арифметические операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Операция возведения в степень в некоторых языках также является базовой и обозначается специальным символом или комбинацией символов, в других - выполняется встроенными функциями.
Еще одна группа операций над числовыми типами - операции сравнения: "равно", "не равно", "больше", "меньше" и т.п. Существенно, что хотя операндами этих операций являются данные числовых типов, результат их имеет логический тип - "истина" или "ложь".
2. Битовые типы
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ БИТОВЫХ ТИПОВ. В ряде задач может потребоваться работа с отдельными двоичными разрядами данных. Данные такого типа представляются в виде набора битов, упакованных в байты или слова, и не связанных друг с другом. Операции над такими данными обеспечивают доступ к выбранному биту данного. Над этими типами помимо операций, характерных для числовых типов, допускаются и побитовые операции.
ОПЕРАЦИИ НАД БИТОВЫМИ ТИПАМИ. Над битовыми типами возможны три группы специфических операций: операции булевой алгебры, операции сдвигов, операции сравнения.
Операции булевой алгебры - НЕ (not), ИЛИ (or), И (and), исключающее ИЛИ (xor). Эти операции и по названию, и по смыслу похожи на операции над логическими операндами, но отличие в их применении к битовым операндам состоит в том, что операции выполняются над отдельными разрядами операндов.
Операции сдвигов выполняют смещение двоичного кода на заданное количество разрядов влево или вправо. Из трех возможных типов сдвига (арифметический, логический, циклический) в языках программирования обычно реализуется только логический (например, операциями shr, shl в PASCAL).
В операциях сравнения битовые данные интерпретируются как целые без знака, и сравнение выполняется как сравнение целых чисел.
3. Логический тип
Значениями логического типа может быть одна из предварительно объявленных констант false (ложь) или true (истина).
Данные логического типа занимают один байт памяти. При этом значению false соответствует нулевое значение байта, а значению true соответствует любое ненулевое значение байта.
Над логическими типами возможны операции булевой алгебры - НЕ (not), ИЛИ (or), И (and), исключающее ИЛИ (xor) - последняя реализована для логического типа не во всех языках. В этих операциях операнды логического типа рассматриваются как единое целое - вне зависимости от битового состава их внутреннего представления.
Кроме того, следует помнить, что результаты логического типа получаются при сравнении данных любых типов.
4. Символьный тип
Значением символьного типа являются символы из некоторого предопределенного множества. В большинстве современных персональных ЭВМ этим множеством является ASCII (American Standard Code for Information Intechange - американский стандартный код для обмена информацией). Значение символьного типа занимает в памяти 1 байт. Код от 0 до 255 в этом байте задает один из 256 возможных символов ASCII таблицы. ASCII, однако, не является единственно возможным множеством. Другим достаточно широко используемым множеством является код EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code - расширенный двоично-кодированный десятичный код обмена), применяемый в системах IBM средней и большой мощности. В EBCDIC код символа также занимает один байт, но с иной кодировкой, чем в ASCII.
Специфические операции над символьными типами - только операции сравнения. При сравнении коды символов рассматриваются как целые числа без знака. Кодовые таблицы строятся так, что результаты сравнения подчиняются лексикографическим правилам: символы, занимающие в алфавите места с меньшими номерами, имеют меньшие коды, чем символы, занимающие места с большими номерами.
5. Перечислимый тип
Перечислимый тип представляет собой упорядоченный тип данных, определяемый программистом, т.е. программист перечисляет все значения, которые может принимать. В памяти перечислимый тип представляется целочисленным типом.
6. Интервальный тип
Один из способов образования новых типов из уже существующих - ограничение допустимого диапазона значений некоторого стандартного скалярного типа или рамок описанного перечислимого типа. Это ограничение определяется заданием минимального и максимального значений диапазона. При этом изменяется диапазон допустимых значений по отношению к базовому типу, но представление в памяти полностью соответствует базовому типу.
7. Указатели
Тип указателя представляет собой адрес ячейки памяти (в подавляющем большинстве современных вычислительных систем размер ячейки - минимальной адресуемой единицы памяти - составляет один байт).
7.1. Физическая структура указателя
Физическое представление адреса существенно зависит от аппаратной архитектуры вычислительной системы.
7.2. Представление указателей в языках программирования
В программе на языке высокого уровня указатели могут быть типизированными и нетипизированными. При объявлении типизированного указателя определяется и тип объекта в памяти, адресуемого этим указателем. Таким образом, когда речь идет об указателях типизированных, правильнее говорить не о едином типе данных "указатель", а о целом семействе типов: "указатель на целое", "указатель на символ" и т.д. Могут быть указатели и на более сложные, интегрированные структуры данных, и указатели на указатели.
Нетипизированный указатель служит для представления адреса, по которому содержатся данные неизвестного типа. Работа с нетипизированными указателями существенно ограничена, они могут использоваться только для сохранения адреса, обращение по адресу, задаваемому нетипизированным указателем, невозможно.
7.3. Операции над указателями
Основными специфическими операциями, в которых участвуют указатели, являются получение адреса и выборка.
Операция получения адреса - одноместная, ее операнд может иметь любой тип, результатом является типизированный (в соответствии с типом операнда) указатель, содержащий адрес объекта-операнда.
Операция выборки - одноместная, ее операндом является типизированный указатель, результат - данные, выбранные из памяти по адресу, заданному операндом. Тип результата определяется типом указателя-операнда.
В некоторых языках доступны также операции адресной арифметики, которые описываются ниже.
К указателю можно прибавить целое число или вычесть из него целое число. Поскольку память имеет линейную структуру, прибавление к адресу числа даст адрес памяти, смещенный на это число байт относительно исходного адреса. Результат операций "указатель + целое", "указатель - целое" имеет тип "указатель". Можно вычесть один указатель из другого (оба указателя-операнда при этом должны иметь одинаковый тип). Результат такого вычитания будет иметь тип целого числа со знаком. Его значение показывает, на сколько байт (или других единиц измерения) один адрес отстоит от другого в памяти.
Операции адресной арифметики выполняются только над типизированными указателями. Единицей измерения в адресной арифметике является размер объекта, который указателем адресуется.
