Теоретический минимум по Computer Science

Типизация переменных

В большинстве языков программирования переменные должны иметь присвоенный тип (например, целочисленный, с плавающей точкой либо строковый). Благодаря этому программа знает, как она должна интерпретировать единицы и нули, которые она читает из блока памяти, отведенной для переменной. Это помогает определять ошибки. Если одна переменная имеет строковый тип, а другая — целочисленный, то нет никакого смысла их складывать.

Существуют два способа проверки типа: статический и динамический. Статическая проверка требует, чтобы разработчик кода объявлял тип каждой переменной перед ее использованием. Например, языки программирования вроде C и C++ вынуждают нас писать:

float pi;

pi = 3.142;

Такое объявление сообщает, что переменная с именем pi может хранить только данные, представляющие числа с плавающей точкой. Статически типизированные языки могут применять дополнительную оптимизацию во время компиляции кода и обнаруживать потенциальные ошибки еще до первого запуска программы. Однако объявление типов для всех переменных может быстро наскучить.

Некоторые языки предпочитают проверять типы динамически. Благодаря такой проверке любая переменная может хранить любой тип значения, и потому объявление типа не требуется. Однако во время выполнения кода производится дополнительная проверка типов переменных, чтобы гарантировать, что все операции между ними имеют смысл.

Область видимости переменных

Если бы все привязки имен были доступны и допустимы во всех точках в коде, то программирование считалось бы чрезвычайно трудным процессом. По мере того как программы становятся больше, одинаковые имена переменных (такие как time, length либо speed) все чаще начинают использоваться в разных частях программного кода.

Например, я могу определить переменную length в двух точках в моей программе, не заметив этого, и в итоге получу ошибку. Что еще хуже, я могу импортировать библиотеку, которая также использует переменную length, и тогда length из моего кода будет конфликтовать с length из библиотеки.

Если ограничить участки кода, где действует привязка имени, это позволит избежать такого рода конфликтов. Область видимости переменной определяет, где она действует и может использоваться. Большинство языков устроены таким образом, что переменная действует только внутри функции, где она была определена.

Текущий контекст, или окружение, — это набор всех привязок имен, которые имеются в программе в конкретной точке. Обычно переменные, определенные внутри контекста, немедленно удаляются и высвобождают память компьютера, как только поток выполнения покидает этот контекст. Хоть такое и не рекомендуется, вы можете обходить данное правило и создавать переменные, которые всегда доступны где угодно в вашей программе. Они называются глобальными переменными.

Коллекция всех имен, доступных глобально, составляет пространство имен. Вы должны внимательно следить за пространством имен своих программ. Оно должно быть как можно меньше. В больших пространствах выше вероятность появления конфликтов имен.

Добавляя новые имена в свое пространство, старайтесь минимизировать их число. Например, импортируя внешний модуль, добавляйте только имена функций, которые собираетесь использовать. Хорошие модули должны добавлять в пространство имен пользователя как можно меньше. Добавление ненужных элементов в этом случае вызывает проблему, известную как загрязнение пространства имен.

8.3. Парадигмы

Парадигма — это конкретный набор понятий и методов, обозначающий область науки. Парадигма сориентирует вас, каким образом подойти к задаче, какие приемы использовать, и подскажет структуру решения. Например, ньютоновская и релятивистская школы — это две разные парадигмы физики.

В программировании, как и в физике, подходы к решению задач полностью меняются в зависимости от парадигмы. Парадигма программирования — это определенная точка зрения на стиль программирования и методику.

В своем коде вы можете использовать одну или несколько парадигм. Лучше всего придерживаться тех парадигм, на которых основан используемый вами язык. В 1940-х годах первые компьютеры программировались вручную с помощью переключателей для вставки единиц и нулей в память компьютера. Программирование никогда не прекращало эволюционировать, и парадигмы возникли, чтобы расширить возможности людей в создании более эффективного, сложного и быстрого кода.

Существуют три основные парадигмы программирования: императивная, декларативная и логическая. К сожалению, большинство разработчиков учатся правильно работать только с первой. Очень важно знать обо всех трех, это позволит вам извлечь пользу из функциональных особенностей и перспектив, которые предлагает каждый язык программирования. Благодаря этому вы сможете программировать с максимальной эффективностью.