Proměnné

V programování je proměnná úložiště, které udržuje hodnotu. Tato hodnota se může v průběhu výpočtu měnit, od toho se také proměnná jmenuje proměnná.

Typickým příkladem použití proměnné je výpočet celkové ceny nákupu. Program v pokladně na začátku uloží do proměnné sum hodnotu 0. Při načtení každé položky nákupu, přičte její cenu do této proměnné.

Jiný příklad: V programu pro hraní piškvorek potřebujeme zjistit, jestli již jeden z hráčů vyhrál. Procházíme tedy jednotlivé směry na hracím plánu a v každém z nich počítáme, kolik křížků (či koleček) se vyskytuje v řadě za sebou. Tento počet si ukládáme v proměnné. Krom toho si do nějaké proměnné potřebujeme uložit i celý herní plán. V základních cvičeních však zůstaneme pouze u číselných proměnných, které vesměs budou fungovat jako jednoduché čítače.

Užitečná příprava na práci s proměnnými jsou úlohy, ve kterých programy mění stav zobrazený na plánku – napíklad barvu skřítka nebo přítomnost kámenů. Měněné atributy (barva skřítka, přítomnost kamenů) lze vnímat jako proměnné.

Základní práce s proměnnými zahrnuje přiřazování hodnot do proměnných, změnu hodnoty (zvýšení, snížení), využití proměnné ve výrazech a porovnávání proměnných. Užitečnost proměnných se však naplno projeví až v kombinaci s cykly a podmíněnými příkazy.

Proměnná je pojmenované úložiště, které udržuje hodnotu. Proměnná má jméno, pomocí kterého se na ni v programu odkazujeme, a hodnotu, kterou můžeme měnit (proto název „proměnná“).

Nastavení hodnoty proměnné

Hodnotu proměnné nastavíme pomocí přiřazovacího příkazu, který se často zapisuje jméno ← hodnota. V proměnné je pak uložená pouze poslední přiřazená hodnota (důležité je proto pořadí příkazů).

Použití hodnoty proměnné

Pokud chceme použít hodnotu proměnné, stačí v programu uvést její jméno. Například příkaz vypiš x vypisuje hodnotu, nikoliv jméno proměnné. Proměnná se může vyskytovat i na pravé straně přiřazovacího příkazu: x ← y. Hodnotu proměnné na levé straně (x) tím nastavujeme na hodnotu proměnné na pravé straně (y):

Po provedení přiřazovacího příkazu x ← y mají obě proměnné stejnou hodnotu, pořád jde však o dvě různé proměnné:

Metafory pro proměnné

Proměnné lze přirovnat třeba ke krabičkám, šuplíkům či obálkám, které mají uvnitř nějaký předmět (nebo třeba číslo napsané na papíře). Trochu přesněji odpovídají proměnným štítky nalepené na předmětech, nebo popsané kolíky držící předměty na prádelní šňůře. Takové metafory můžou přispet k základní intuici za proměnnými, je však potřeba vědět, že každá metafora má svoje omezení a neplatí dokonale.

Přiřazovací příkaz umožňuje nastavit novou hodnotu proměnné, nebo upravit hodnotu stávající. Příkaz x ← 3 nastaví hodnotu proměnné x na 3, příkaz x ← x + 1 zvýší hodnotu proměnné x o 1.

Nastavení nové hodnoty

Na levé straně přiřazovacího příkazu je proměnná, kterou měníme. Na pravé straně může být konkrétní hodnota, proměnná, nebo libovolný výraz – ten se nejprve vyhodnotí a výsledek se nastaví jako nová hodnota proměnné. Příkaz x ← 1 + 1 nastaví hodnotu proměnné x na 2. Výraz na pravé straně může obsahovat proměnné. Příkaz x ← y + 1 nastaví hodnotu proměnné x na hodnotu o 1 vyšší než je aktuální hodnota y.

Přiřazovací příkaz x ← y nastaví hodnotu proměnné x na hodnotu proměnné y. Hodnota proměnné y se přitom nemění. Po provedení přiřazovacího příkazu x ← y mají obě proměnné stejnou hodnotu, to však může být jen dočasný stav, který se změní po dalším přiřazení:

Zvýšení a snížení hodnoty

Pomocí přiřazovacího příkazu můžeme upravit aktuální hodnotu proměnné. Například x ← x + 1 zvýší hodnotu proměnné x o 1:

Nejprve se vyhodnocuje výraz na pravé straně (x + 1 = 3 + 1 = 4), výsledek se pak přiřadí do proměnné x. Podobně lze hodnotu proměnné snížit (x ← x − 1), zdvojnásobit ( x ← 2 * x), atp.

Posloupnost přiřazovacích příkazů

Následující příklady ilustrují posloupnosti příkazů s proměnnými, zejména důležitost pořadí příkazů.

Hodnoty a proměnné lze kombinovat do výrazů pomocí operátorů. Například podmínka x + 5 ≥ y obsahuje operátory + a ≥. Většina programovacích jazyků výrazy rovnou vyhodnocuje. Po provedení příkazu x ← 1 + 1 bude v proměnné x číslo 2, nikoliv nevyhodnocený výraz nebo dokonce text 1 + 1.

Aritmetické výrazy

S číselnými hodnotami a proměnnými můžeme počítat pomocí aritmetických operátorů + (sčítání), − (odčítání), * (násobení) a / (dělení). Priorita operací je stejná jako v matematice (tj. násobení a dělení má přednost před sčítáním a odčítáním) a stejně jako v matematice můžeme ovlivnit pořadí vyhodnocení pomocí závorek (např. 1 + 2 * 3 = 7, zatímco (1 + 2) * 3 = 9).

Porovnávání

Číselné hodnoty a proměnné můžeme porovnávat pomocí relačních operátorů < (menší než), ≤ (menší rovno), > (větší než), ≥ (větší rovno), = (rovno), ≠ (nerovno). Výsledkem porovnávání je logická hodnota (pravda/nepravda), kterou můžeme vypsat, ale většinou ji využíváme v rámci podmínek. Relační operátory mají typicky nižší prioritu než aritmetické, tj. napřed se vyhodnotí výrazy na levé a pravé straně relačního operátoru a teprve poté se provede porovnání (např. 1 + 3 < 2 + 4 se nejprve částečně vyhodnotí na 4 < 6, což je pravda).

Během opakování příkazů se nám někdy hodí vědět, v kolikátém opakování (iteraci) právě jsme. K tomu lze využít následující konstrukci, v programovacích jazycích označovanou jako for cyklus:

Proměnnou, která se během cyklu automaticky mění (v tomto případě označenou k) nazýváme řídící proměnná cyklu. Řídící proměnné lze využít v libovolných výrazech uvnitř cyklu. For cykly lze do sebe vnořovat. Všimněte si pořadí, ve kterém se řídící proměnné mění:

Proměnné lze využít také v rámci podmínek cyklu opakuj dokud:

V tomto případě si musíme dávat obzvlášť pozor na zacyklení – situaci, kdy podmínka cyklu nikdy nepřestane platit a cyklus se tedy bude opakovat donekonečna. To se může stát například tehdy, když zapomeneme v těle cyklu měnit hodnotu proměnné, která figuruje v podmínce, když příkaz měnící proměnnou chybně odsadíme (takže nebude součástí cyklu), nebo když nevhodně formulujeme podmínku tak, že nepřestane platit navzdory změně proměnné:

Podmínky často obsahují proměnné:

To je užitečné například uvnitř cyklů nebo funkcí:

Při vyjadřování podmínek často využíváme logické spojky (a zároveň, nebo, negace):

Složitější podmínky, které využíváme opakovaně, je vhodné pojmenovat. K tomu lze využít logické proměnné, které mají hodnotu pravda nebo nepravda. V následujícím kódu zavádíme logickou proměnnou shoda, která má hodnotu pravda, pokud je x rovno některé z hodnot p nebo q:

Každá proměnná má svůj datový typ. Datový typ určuje, jaké hodnoty může proměnná obsahovat a které operace s ní lze provádět. Některé programovací jazyky požadují, aby byl typ proměnné uveden v programu, jiné odvozují typ automaticky podle přiřazené hodnoty. Programovací jazyky se liší také v tom, které datové typy nabízejí. Mezi nejběžnější datové typy patří:

• celé číslo (123, −7) – s čísly lze provádět aritmetické operace (1 + 2) a porovnávat je (1 < 2)
• desetinné číslo (1,23, –0,05) – typicky se používá tzv. „pohyblivá řádová čárka“, což umožňuje ukládat i velmi velká nebo malá čísla, ale s omezenou přesností (např. s 5 platnými číslicemi lze uložit 123 450 000 i 0,000 012 345, nikoliv však 123,456)
• logická (pravdivostní) hodnota (pravda, nepravda) – reprezentuje informaci o pravdivosti, lze s nimi provádět logické operace (neplatí x, x nebo y, x a y). (Tento typ se často označuje jako „bool“ nebo „boolean“ podle George Boola, který popsal pravidla pro výpočty s logickými hodnotami.)
• textový řetězec (“slovo”, “více slov”) – reprezentuje text libovolné délky. Pro odlišení od názvů proměnných se typicky vymezují pomocí “uvozovek” či ‘apostrofů’. Je potřeba rozlišovat mezi řetězcem obsahujícím číslo a číslem – “123” není 123. (Tento typ se často označuje jako „string“, z anglického slova pro řetězec.)
• seznam (pole) ([1, 2, 3], [‘x’, ‘y’, ‘z’]) – umožňuje uložit více souvisejících hodnot do jedné proměnné. (Často jsou k dispozici i další typy pro ukládání různých kolekcí dat.)

Existují další typy pro specifické účely (např. čas, datum, soubor). Většinou je také možné definovat si vlastní typy. Výčtový typ umožňuje definovat proměnné, které můžou nabývat pouze několika předem určených hodnot (např. světový směr, den v týdnu). Záznamy umožňují definovat složené proměnné, které se skládají z několika pojmenovaných položek (např. záznam o zákazníkovi by mohl obsahovat jeho jméno, věk a datum posledního nákupu).

Jména proměnných neovlivňují chování počítače při vykonávání programu, jsou však důležitá pro čitelnost kódu. Pokud pojmenujeme proměnnou celková_cena, neznamená to, že v ní bude automaticky uložený součet cen položek (to musíme zajistit vhodnými příkazy), je ale jasnější, co má proměnná reprezentovat, než když ji pojmenujeme c.

Povolená jména

Proměnné nelze pojmenovat libovolně. Konkrétní omezení se mezi programovacími jazyky mírně liší. Typická omezení jsou následující:

• Jména můžou obsahovat pouze písmena, číslice a podtržítka. Kdyby se proměnná jmenovala a+b, nešlo by ji odlišit od operace sčítání. Číslicí ale nesmí jméno začínat. Kdyby se proměnná jmenovala 12, nešlo by ji odlišit od hodnoty 12.
• Jména nemůžou obsahovat mezery. Kdyby se proměnná jmenovala cena mrkve, nešlo by snadno poznat, zda nejde o dvě proměnné (cena a mrkve). Pokud chceme více slov, můžeme použít například podtržítko (cena_mrkve).
• Jako jméno nelze použít tzv. „rezervovaná slova“, které už mají v programovacím jazyce určený význam (např. opakuj, nebo, pravda).

Konvence

Různé programovací jazyky mají navíc různé konvence, které podporují jednotnost kódu. Například v jazyce Python se jména proměnných píší malými písmeny, anglicky a více slov se odděluje podtržítkem (např. car_speed). Jde však pouze o doporučení – program se spustí, ať konvence dodržujeme, nebo nikoliv.

Popisnost

Popisná jména výrazně usnadňují čitelnost programu a snižují riziko chyb. Příkaz celková_cena ← cena_mrkev_1kg * kg_mrkve je jasnější než cena ← c * m a je také jasnější, že jsou správně jednotky. Volíme taková jména, která jednoznačně vyjadřují účel proměnné, i za cenu delšího názvu. Jednopísmenné názvy (např. x) jsou vhodné jen v omezených případech (řídící proměnná cyklu, souřadnice bodu, krátké ukázky kódu).

Proměnné se hodí k různým účelům. Většina proměnných má jednu z následujících rolí:

Jedna proměnná může svoji roli v průběhu programu změnit, většinou je však vhodnější pro nový účel použít novou proměnnou.