Что такое вещественный тип
Структура языка программирования
Содержание
Дополнительно
Классификация типов данных
Для простых типов данных определяются границы диапазона и количество байт, занимаемых ими в памяти компьютера.
В большинстве языков программирования, простые типы жестко связаны с их представлением в памяти компьютера. Компьютер хранит данные в виде последовательности битов, каждый из которых может иметь значение 0 и 1. Фрагмент данных в памяти может выглядеть следующим образом
Данные на битовом уровне (в памяти) не имеют ни структуры, ни смысла. Как интерпретировать данные, как целочисленное число, или вещественное, или символ, зависит от того, какой тип имеют данные, представленные в этой и последующих ячейках памяти.
Числовые типы данных
Целочисленные типы данных
Исходя из машинного представления целого числа, в ячейке памяти из n бит может хранится 2 n для беззнаковых, и 2 n-1 для знаковых типов.
Рассмотрим теперь конкретные целочисленные типы в трёх языках.
У некоторых типов есть приписка «16 разрядов» или «32 разряда». Это означает, что в зависимости от разрядности операционной системы и компилятора данный тип будет находится в соответствующем диапазоне. По-этому, рекомендуется не использовать int, unsigned int, а использовать их аналоги, но уже жестко определенные, short, long, unsigned short, unsigned long.
В Java нет беззнаковых целочисленных типов данных.
Вещественные типы данных
Числа вещественного типа данных задаются в форме чисел с плавающей запятой.
Плавающая запятая — форма представления действительных чисел, в которой число хранится в форме мантиссы и показателя степени. В случае языков программирования, любое число может быть представлено в следующем виде
Вывод: вещественные типы данных, в отличии от целочисленных, характеризуются диапазоном точности и количеством значащих разрядов.
Рассмотрим конкретные типы данных в наших трёх языках.
Тип decimal создан специально для операций высокой точности, в частности финансовых операций. Он не реализован как примитивный тип, по-этому его частое использование может повлиять на производительность вычислений.
Символьный тип данных
Значение переменной этого типа данных представляет собой один символ. В действительности, это есть целое число. В зависимости от кодировки, это число превращается в некий символ. Данные типы данных характеризуются лишь размером выделяемой под них памяти.
Логический тип данных
Перечислимый тип данных
Во внутреннем представлении, это целочисленный тип данных, только здесь пользователь вместо числе использует заранее определенные строковые значения.
Чтобы прочувствовать эту концепцию, приведем пример на языке С++ (в С# и Java аналогично)
Теперь переменные перечислимого типа Forms могут принимать лишь значения, определенные в примере кода. Это очень удобно, ведь мы уже оперируем не с числами, а с некими смысловыми значениями, замечу лишь, что для компьютера эти значения всё-равно являются целыми числами.
Массив
Каждый массив характеризуется типом данных его элементов, который может быть как простым, так и сложным, то есть любым.
В языках программирования нельзя оперировать всем массивом, работают с конкретным элементом. Чтобы доступиться до него в трёх рассматриваемых нами языках используют оператор «[]».
Структура
Структуры реализованы в языке программирования, чтобы собрать некие близки по смыслу вещи воедино.
Например, есть колесо автомобиля. У колеса есть диаметр, толщина, шина. Шина в свою очередь является структурой, у которой есть свои параметры: материал, марка, чем заполнена. Естественно, для каждого параметра можно создать свою переменную или константу, у нас появится большое количество переменных, которые, чтобы понять к чему они относятся, нужно в именах общую часть выделять. Имена будут нести лишнюю смысловую нагрузку. Получается запутанная история. А так мы определяем две структуры, а затем параметры в них.
Класс
Еще одним пользовательским типом данных является класс. Класс умеет всё, что и структура, но кроме параметров, у него есть и методы, и поддерживает большое количество вещей, связанных с объектно-ориентированным программированием.
Вещественный тип
Определение: Вещественный тип – это простой стандартный тип, предназначенный для хранения подмножества вещественных чисел и выполнения операций над ними.
В отличие от порядковых типов, значения которых всегда сопоставляются с рядом целых чисел и, следовательно, представляются в ПК абсолютно точно, значения вещественных типов определяют произвольное число лишь с некоторой конечной точностью, зависящей от внутреннего формата вещественного числа.
Пример: 10E-03 = 10 * 10-3 = 0.01
3.14E00 = 3.14 * 100 = 3.14
Существует 5 типов вещественного числа:
Количество значащих цифр
Диапазон десятичного порядка
Вещественное число в Турбо Паскале занимает от 4 до 10 смежных байт и имеет следующую структуру в памяти ПК:
Мантисса m имеет длину от 23 (для SINGLE) до 63 (для EXTENDED) двоичных разрядов, что и обеспечивает точность для SINGLE и 1для EXTENDED десятичных цифр. Десятичная точка (запятая) подразумевается перед левым (старшим) разрядом мантиссы, но при действиях с числом ее положение сдвигается влево или вправо в соответствии с двоичным порядком числа, хранящимся в экспоненциальной части, поэтому действия над вещественными числами называют арифметикой с плавающей точкой (запятой).
Как видим, Турбо Паскаль характеризуется богатой гаммой вещественных типов, однако доступ к типам SINGLE, DOUBLE и EXTENDED возможен только при особых режимах компиляции. Дело в том, что эти типы рассчитаны на аппаратную поддержку арифметики с плавающей точкой и для их эффективного использования в состав ПК должен входить арифметический сопроцессор.
Компилятор Турбо Паскаля позволяет создавать программы, работающие на любых ПК (с сопроцессором или без него) и использующие любые вещественные типы. В процессе запуска Турбо Паскаль проверяет состав аппаратных средств и выявляет наличие или отсутствие сопроцессора.
Отметим, что арифметический сопроцессор всегда обрабатывает числа в формате EXTENDED, а три других вещественных типа в этом случае получаются простым усечением результатов до нужных размеров и применяются в основном для экономии памяти.
Следует учесть, что тип REAL оптимизирован для работы без сопроцессора. Если Ваш ПК оснащен сопроцессором, использование типа REAL приведет к дополнительным затратам времени на преобразование REAL к EXTENDED. Поэтому никогда не используйте REAL на ПК с сопроцессором, т. к. дополнительные затраты времени на преобразование типов могут свести на нет все преимущества сопроцессора. При разработке программ, критичных ко времени счета, следует заменять его типами SINGLE или DOUBLE: по сравнению с типом REAL скорость вычислений на машинах с сопроцессором в этом случае увеличивается в 2. 3 раза. Если в ПК нет арифметического сопроцессора, скорость обработки данных всех вещественных типов приблизительно одинакова.
Операции над вещественными числами
1. Операции присваивания.
Примеры присвоения значения:
Вещественные типы
В языке Паскаль существует несколько типов для представления действительных (вещественных) чисел. Чаще всего используется тип Real.
Вещественные типы в Pascal
Число цифр определяет точность, с которой будет храниться вещественное число. Например, для Real разрядность мантиссы может составлять не более восьми десятичных знаков. Тип Comp содержит только целые значения, которые представляются в вычислениях как вещественные.
Над действительными числами выполнимы операции сложения (+), вычитания (-), умножения (*) и деления (/). Результатом этих операций является также действительное число. Даже если хотя бы один из операндов вещественный, то результат этих операций также будет вещественным.
Операция деления (/) дает вещественный результат и в случае двух целых операндов. Например, 6 / 2 = 3.0.
Для действительных чисел допустимы такие же операции отношения (сравнения), что и для целых чисел.
Функции, которые дают вещественный результат, как для вещественного, так и для целого аргумента:
Функция int возвращает в виде действительного значения целую часть аргумента, frac возвращает дробную часть аргумента.
Функции trunc и round возвращают результат целого типа. Первая отсекает дробную часть от аргумента, а вторая выполняет округление до ближайшего целого.
Функция random без аргументов возвращает равномерно распределенное случайное число от 0 до 1.
Не имеющая аргументов функция pi возвращает число Пифагора.
Нельзя использовать переменные и константы вещественного типа:
Урок 18. Вещественный тип данных
Урок из серии: «Язык программирования Паскаль»
На этом уроке мы заканчиваем знакомиться с простыми (скалярными) типами данных языка программирования Паскаль. Остался вещественный тип данных.
Данные вещественного (действительного) типа используются значительно чаще целого типа. Они необходимы в тех случаях, когда числовые значения могут содержать дробные части.
Описание данных вещественного типа
Например описания величин вещественного типа:
Константа вещественного типа может быть представлена в двух видах: числом с фиксированной и плавающей точкой.
Число с плавающей точкой имеет вид mEp, где m — мантисса, а p — порядок числа. В качестве m могут быть целые числа и действительные числа с фиксированной точкой, в качестве p — только целые числа. Как мантисса, так и порядок могут содержать знаки «+» и «-«.
Над данными вещественного типа определены следующие арифметические операции:
» + » — сложение;
» — » — вычитание;
» * » умножение;
» / » — деление.
Результат выполнения этих операций получается также вещественного типа.
Над данными вещественного типа определены следующие операции отношения:
» = » — равно;
» <> » — не равно;
» » — больше;
» = » — больше или равно (не меньше).
Операции отношения вырабатывают результат логического типа
Язык программирования Паскаль имеет набор встроенных процедур и функций, называемых стандартными. Перечислим наиболее часто встречающиеся из них:
| Имя и параметры | Действие |
| abs(x) | вычисление абсолютного значения Х |
| sqr(x) | вычисление квадрата Х |
| sqrt(x) | вычисление квадратного корня из Х |
| sin(x) | вычисление синуса x |
| cos(x) | вычисление косинуса Х |
| arctan(x) | вычисление арктангенса Х |
| exp(x) | вычисление е х |
| ln(x) | вычисление натурального алгоритма x |
| trunc(x) | вычисление целой части Х |
| round(x) | округление Х в сторону ближайшего целого |
Примечание. Аргумент функции следует за именем функции и заключается в круглые скобки. В тригонометрических функциях синуса и косинуса аргумент задается только в радианной мере угла.
Вывод данных вещественного типа
Вывод данных вещественного типа допускается с форматом и без него. Если при выводе данных вещественного типа отсутствует формат, то число выводится с плавающей точкой — мантисса и порядок. На изображении числа отводится 17 позиций, при этом в целой части мантиссы присутствует только одна значащая цифра.
Изменить стандартную форму вывода можно, используя формат:
где х — величина вещественного типа (константа, переменная, выражение);
m — общее поле выводимого числа (включая знак числа, целую часть, точку и дробную часть);
n — поле дробной записи.
Пример 1. Напечатать таблицу значений функции y = sin(x) на отрезке [0,1] с шагом 0.1
Постановка задачи наталкивает нас на использование цикла с вещественным параметром, но цикл с параметром предполагает использование переменной порядкового типа, а тип Real таковым не является.
Сравним два решения этой задачи, представленные ниже.
На первый взгляд, работа этих программ должна быть одинаковой, но, запустив программы, мы обнаружим, что первая программа выдает значения функции sin(x) для всех значений х от 0 до 0.9, а вторая программа — для всех значений х от 0 до 1.
Первая программа работает не так, как нам бы хотелось — это происходит в силу приближённого представления вещественного числа. Поэтому при решении задач следует избегать использования циклов с изменяющейся вещественной переменной.
с заданной точностью Е.
Нужная точность считается полученной, если очередное слагаемое оказалось по модулю меньше, чем данное малое положительное число Е (это и все последующие слагаемые учитывать не надо).
y — сумма ряда;
e — заданная точность вычислений
sl — очередное слогаемое;
st — степень;
z — переменная, отвечающая за знак.
Программа должна вычислять очередное слагаемое х n /n и прибавлять его к сумме, полученной на предыдущем этапе.
При нахождении значения степени х n можно воспользоваться циклом с параметром, но, с другой стороны, чтобы вычислить значения х n достаточно значение х n-1 (найдено на предыдущем шаге) умножить на х.
Итак, решение будет выглядеть следующим образом:
Что такое вещественный тип
Или в экспоненциальной форме, например:
5.0000000000E + 00 = 5 * 10 0 = 5.0
5.0000000000E + 01 = 5 * 10 1 = 50.0
6.3710421431E + 03 = 6.3710421431 * 10 3 = 6371.0421431
2. Представление вещественных чисел в компьютере. Форматный вывод вещественных чисел
Представление вещественных чисел в компьютере не является точным. Эти числа приближенные с определенной степенью точности, достаточной для получения удовлетворяющего практическим целям результата.
2.1. Представление вещественных чисел в компьютере
Вещественные числа в компьютере обычно представляются в форме с плавающей точкой, т.е, число представляется в виде его цифровой части (мантиссы ) и порядка (показателя степени 10). Количество разрядов, отводимых на изображение порядка, определяет диапазон допустимых чисел, а количество разрядов, отводимое под мантиссу определяет точность числа.
Машинное число представляет собой с некоторой точностью некоторый диапазон вещественных чисел (см. рис.1) и арифметические операции над ними производятся не точно, как это бывает с целыми числами, а по правилам действий над приближенными числами. По этой причине следует избегать логических операций сравнения вещественных чисел на их точное равенство.
Рис. 1. Представление машинного числа в формате с плавающей точкой.
При выводе на экран дисплея вещественных чисел оператором Write (); индицируются числа в формате с плавающей точкой (экспоненциальная форма).
2.2. Форматный вывод вещественных чисел
Для вывода вещественного числа на экран дисплея или на твердый носитель (бумага) необходимо определить формат выводимого числа, т.е количество цифр до десятичной точки и количество цифр после десятичной точки.
Форматный вывод вещественных чисел определяет количество выводимых чисел, включая десятичную точку и количество чисел после десятичной точки.
Все необходимые инструкции для этого описываются в операторе Write (), например, Write ( c :5:2);, а это значит, что выводится переменная ‘ c ’ в виде пяти цифровых символов, один из которых точка, две цифры выводится до десятичной токи и две после точки.
2.3. Арифметические операции над вещественными числами.