Lekce 4 - Typový systém podruhé: Datové typy

V předešlém cvičení, Řešené úlohy k 1.-3. lekci C# .NET, jsme si procvičili nabyté zkušenosti z předchozích lekcí.

Nyní se na datové typy podíváme více zblízka a vysvětlíme si, kdy jaký použít. Dnešní lekce bude hodně teoretická, ale o to více bude praktická ta příští. Na konci si vytvoříme pár jednoduchých ukázek.

C# rozeznává dva druhy datových typů, hodnotové a referenční.

Hodnotové datové typy

Proměnné hodnotového datového typu si dokážeme jednoduše představit. Může se jednat např. o číslo nebo znak. V paměti je jednoduše uložena přímo hodnota a my k této hodnotě můžeme z programu přímo přistupovat. Slovo přímo jsem tolikrát nepoužil jen náhodou. V tomto C# kurzu se budeme věnovat výhradně těmto proměnným.

Celočíselné datové typy

Podívejme se nyní na tabulku všech vestavěných celočíselných datových typů v .NET, všimněte si typu int, který již známe zminula.

Datový typ	Rozsah	Velikost	.NET typ
sbyte	-128 až 127	8 bitů	System.SByte
byte	0 až 255	8 bitů	System.Byte
short	-32 768 až 32 767	16 bitů	System.Int16
ushort	0 až 65 535	16 bitů	System.UInt16
int	-2 147 483 648 až 2 147 483 647	32 bitů	System.Int32
uint	0 až 4 294 967 295	32 bitů	System.UInt32
long	-9 223 372 036 854 775 808 až 9 223 372 036 854 775 807	64 bitů	System.Int64
ulong	0 až 18 446 744 073 709 551 615	64 bitů	System.UInt64

Všechna ta šílené čísla z této tabulky si pamatovat nemusíte, téměř vždy vám pomůže ve Visual Studiu nástroj IntelliSense, který když budete psát ten datový typ a počkáte ukáže nad ním bublinu:

Případně v dokumentaci dodávané k Visual studiu to najdete podrobněji. Do dokumentace se dostanete, když napíšete konkrétní datový typ, označíte jej a stisknete F1.

Asi vás napadá otázka, proč máme tolik možných typů pro uložení čísla. Odpověď je prostá, záleží na jeho velikosti. Čím větší číslo, tím více spotřebuje paměti. Pro věk uživatele tedy zvolíme byte, protože se jistě nedožije více, než 255 let. Představte si databázi milionu uživatelů nějakého systému, když zvolíme místo byte int, bude zabírat 4x více místa. Naopak když budeme mít funkci k výpočtu faktoriálu, stěží nám bude stačit rozsah integeru a použijeme long.

Všimněte si, že některé typy začínají na u. Jsou téměř stejné, jako jejich dvojníci bez u, jen neumožňují záporné hodnoty a tím pádem na kladnou část mohou uložit 2x vyšší hodnotu. Těmto typům se říká unsigned, klasickým signed.

.NET typ je název dané struktury v .NET knihovnách. My používáme tzv. aliasy, aby byla práce jednodušší, ve skutečnosti si C# kód:

int a = 10;

přebere jako:

System.Int32 a = 10;

My budeme samozřejmě používat aliasy, od toho tam jsou

Nad výběrem datového typu nemusíte moc přemýšlet a většinou se používá jednoduše int. Typ řešte pouze v případě, když jsou proměnné v nějakém poli (obecně kolekci) a je jich tedy více, potom se vyplatí zabývat se paměťovými nároky. Tabulky sem dávám spíše pro úplnost. Mezi typy samozřejmě funguje již zmíněná implicitní konverze, tedy můžeme přímo přiřadit int do proměnné typu long a podobně, aniž bychom něco konvertovali.

Desetinná čísla

U desetinných čísel je situace poněkud jednodušší, máme na výběr pouze dva datové typy. Samozřejmě se liší opět v rozsahu hodnoty, dále však ještě v přesnosti (vlastně počtu des. míst). Typ double má již dle názvu dvojnásobnou přesnost oproti float.

Datový typ	Rozsah	Přesnost	.NET typ
float	+-1.5 * 10−45 až +-3.4 * 1038	7 čísel	System.Single
double	+-5.0 * 10−324 až +-1.7 * 10308	15-16 čísel	System.Double

Vzhledem k tomu, že desetinná čísla jsou v počítači uložena ve dvojkové soustavě, dochází k určité ztrátě přesnosti. Odchylka je sice téměř zanedbatelná, nicméně když budete programovat např. finanční systém, nepoužívejte tyto dat. typy pro uchování peněz, mohlo by dojít k malým odchylkám.

Když do floatu chceme dosadit přímo ve zdrojovém kódu, musíme použít sufix F, u double sufix D (u double ho můžeme vypustit, jelikož je výchozí desetinný typ):

float f = 3.14F;
double d = 2.72;

Jako desetinný separátor používáme ve zdrojovém kódu vždy tečku, nehledě na to, jaké máme ve Windows regionální nastavení.

Další vestavěné datové typy

Podívejme se na další datové typy, které nám .NET nabízí:

Datový typ	Rozsah	Velikost/Přesnost	.NET typ
char	U+0000 až U+ffff	16 bitů	System.Char
decimal	+-1.0 * 10−28 až +-7.9 * 1028	28-29 čísel	System.Decimal
bool	true nebo false	8 bitů	System.Boolean

char

Char nám reprezentuje jeden znak, na rozdíl od typu string, který reprezentoval celý řetězec charů. Znaky v C# píšeme do apostrofů. Apostrof ' píšeme na české klávesnici pomocí Shift a klávesy vedle Enter (u některých klávesnic je to klávesa nad Enter, u jiných před ním):

Deklarujme si tedy proměnnou typu char, obsahující nějaký znak:

char c = 'A';

Typ char patří v podstatě do celočíselných proměnných (obsahuje číselný kód znaku), ale přišlo mi logičtější uvést ho zde. Typ char nám vrací např. metoda Console.ReadKey().

decimal

Typ decimal řeší problém ukládání desetinných čísel v binární podobě, ukládá totiž číslo vnitřně podobně jako text. Používá se tedy pro uchování peněžních hodnot. Ke všem dalším matematickým operacím s des. čísly použijeme float nebo double. K zápisu decimal hodnoty opět používáme sufix, m:

decimal m = 3.14159265358979323846m;

bool

Datový typ bool nabývá dvou hodnot: true (pravda) a false (nepravda). Budeme ho používat zejména tehdy, až se dostaneme k podmínkám. Do proměnné typu bool lze uložit jak přímo hodnotu true/false, tak i logický výraz. Zkusme si jednoduchý příklad:

{CSHARP_CONSOLE}
bool b = false;
bool vyraz = (15 > 5);
Console.WriteLine(b);
Console.WriteLine(vyraz);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikace
False
True

Výrazy píšeme do závorek. Vidíme, že výraz nabývá hodnoty true (pravda), protože 15 je opravdu větší než 5. Od výrazů je to jen krok k podmínkám, na ně se podíváme příště.

Referenční datové typy

K referenčním typům se dostaneme až u objektově orientovaného programování, kde si také vysvětlíme zásadní rozdíly. Zatím budeme pracovat jen s tak jednoduchými typy, že rozdíl nepoznáme. Spokojíme se s tím, že referenční typy jsou složitější, než ty hodnotové. Jeden takový typ již známe, je jím string. Možná vás napadá, že string nemá nijak omezenou délku, je to tím, že s referenčními typy se v paměti pracuje jinak.

Typ string má na sobě řadu opravdu užitečných metod. Některé si teď probereme a vyzkoušíme:

String

StartsWith(), EndsWith() a Contains()

Můžeme se jednoduše zeptat, zda řetězec začíná, končí nebo zda obsahuje určitý podřetězec (substring). Podřetězcem myslíme část původního řetězce. Všechny tyto metody budou jako parametr brát samozřejmě podřetězec a vracet hodnoty typu bool (true/false). Zatím na výstup neumíme reagovat, ale pojďme si ho alespoň vypsat:

{CSHARP_CONSOLE}
string s = "Krokonosohroch";
Console.WriteLine(s.StartsWith("krok"));
Console.WriteLine(s.EndsWith("hroch"));
Console.WriteLine(s.Contains("nos"));
Console.WriteLine(s.Contains("roh"));
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikace
False
True
True
False

Vidíme, že vše funguje podle očekávání. První výraz samozřejmě neprošel díky tomu, že řetězec ve skutečnosti začíná velkým písmenem.

ToUpper() a ToLower()

Rozlišování velkých a malých písmen může být někdy na obtíž. Mnohdy se budeme potřebovat zeptat na přítomnost podřetězce tak, aby nezáleželo na velikosti písmen. Situaci můžeme vyřešit pomocí metod ToUpper() a ToLower(), které vrací řetězec ve velkých a v malých písmenech. Uveďme si reálnější příklad než je Krokonosohroch. Budeme mít v proměnné řádek konfiguračního souboru, který psal uživatel. Jelikož se na vstupy od uživatelů nelze spolehnout, musíme se snažit eliminovat možné chyby, zde např. s velkými písmeny.

{CSHARP_CONSOLE}
string konfig = "Fullscreen shaDows autosave";
konfig = konfig.ToLower();
Console.WriteLine("Poběží hra ve fullscreenu?");
Console.WriteLine(konfig.Contains("fullscreen"));
Console.WriteLine("Budou zapnuté stíny?");
Console.WriteLine(konfig.Contains("shadows"));
Console.WriteLine("Přeje si hráč vypnout zvuk?");
Console.WriteLine(konfig.Contains("nosound"));
Console.WriteLine("Přeje si hráč hru automaticky ukládat?");
Console.WriteLine(konfig.Contains("autosave"));
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikace
Poběží hra ve fullscreenu?
True
Budou zapnuté stíny?
True
Přeje si hráč vypnout zvuk?
False
Přeje si hráč hru automaticky ukládat?
True

Vidíme, že jsme schopni zjistit přítomnost jednotlivých slov v řetězci tak, že si nejprve řetězec převedeme celý na malá písmena (nebo na velká) a potom kontrolujeme přítomnost slova jen malými (nebo velkými) písmeny. Takhle by mimochodem mohlo opravdu vypadat jednoduché zpracování nějakého konfiguračního skriptu.

Trim(), TrimStart() a TrimEnd()

Problémem ve vstupech od uživatele může být i diakritika. C# ale naštěstí pracuje plně v UTF-8, nestane se nám tedy, že by se diakritika nějak zkomolila. Další nástrahou mohou být mezery a obecně všechny tzv. bílé znaky, které nejsou vidět, ale mohou nám uškodit. Obecně může být dobré tzv. trimovat všechny vstupy od uživatele, můžeme trimovat buď okolo celého řetězce nebo jen bílé znaky před ním a za ním. Prozradím, že při parsovacích funkcích C# trimuje zadaný řetězec automaticky, než s ním začne pracovat. Odstraněny jsou pouze neviditelné znaky okolo řetězce, např. mezery mezi slovy zůstanou. Zkuste si v následující aplikaci před číslo a za číslo zadat několik mezer:

{CSHARP_CONSOLE}
Console.WriteLine("Zadejte číslo:");
string s = Console.ReadLine();
Console.WriteLine("Zadal jste text: " + s);
Console.WriteLine("Text po funkci trim: " + s.Trim());
int a = int.Parse(s);
Console.WriteLine("Převedl jsem zadaný text na číslo parsováním, zadal jste: " + a);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Replace()

Asi nejdůležitější metodou na stringu je nahrazení určité jeho části jiným textem. Jako parametry zadáme dva podřetězce, jeden co chceme nahrazovat a druhý ten, kterým to chceme nahradit. Metoda vrátí nový string, ve kterém proběhlo nahrazení. Když daný podřetězec metoda nenajde, vrátí původní řetězec.

V následující ukázce použijeme v textu mřížku #. Ta se na české klávesnici píše pomocí Pravého Alt a klávesy X:

A teď si již zkusme nahradit podřetězec metodou Replace():

{CSHARP_CONSOLE}
string s = "Java je nejlepší!";
s = s.Replace("Java", "C#");
Console.WriteLine(s);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikace
C# je nejlepší!

Format()

Format() je velmi užitečná metoda, která nám umožňuje vkládat do samotného textového řetězce zástupné značky. Ty jsou reprezentovány jako číslo ve složených závorkách, prvním číslem je 0. Jako další parametry metody následují v tomto pořadí hodnoty, které se mají do textu místo značek vložit. Všimněte si, že se metoda nevolá na konkrétní proměnné (přesněji instanci, viz další lekce), ale přímo na typu string.

Složené závorky (levou a pravou) píšeme na české klávesnici pomocí Pravého Alt a klávesy B pro levou, resp. N pro pravou:

Zkusme si tedy použít metodu Format() pro vložení několika proměnných do proměnné typu string:

{CSHARP_CONSOLE}
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b;
string s = string.Format("Když sečteme {0} a {1}, dostaneme {2}", a, b, c);
Console.WriteLine(s);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikace
Když sečteme 10 a 20, dostaneme 30

Konzole sama umí přijímat text v takovémto formátu, můžeme tedy napsat:

{CSHARP_CONSOLE}
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b;
Console.WriteLine("Když sečteme {0} a {1}, dostaneme {2}", a, b, c);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Toto je velmi užitečná a přehledná cesta, jak sestavovat řetězce, a určitě se ji vyplatí mnohdy použít místo běžné konkatenace pomocí operátoru +, pokud nebazírujeme na vysoké rychlosti.

PadLeft() a PadRight()

Jako poslední si zmíníme metody, které nám k textu naopak mezery přidají K čemu to je dobré? Představte si, že máme 100 proměnných a budeme je chtít uspořádat do tabulky. Text upravíme pomocí metody PadRight() s parametrem šířky sloupce, tedy např. 20 znaků. Pokud bude mít text jen 12 znaků, vypíše se před něj 8 mezer, aby měl velikost 20. Obdobně metoda PadLeft() by vypsala 8 mezer za něj. Jelikož nemáme znalosti k vytvoření takové tabulky, budeme si metody jen pamatovat a vyzkoušíme si je dále v C# kurzu.

Vlastnost Length

Poslední, ale nejdůležitější vlastnost (pozor, ne metoda) je Length, tedy délka. Vrací celé číslo, které představuje počet znaků v řetězci. Za vlastnosti nepíšeme závorky, protože nemají parametry.

{CSHARP_CONSOLE}
Console.WriteLine("Zadejte vaše jméno:");
string jmeno = Console.ReadLine();
Console.WriteLine("Délka vašeho jména je: {0}", jmeno.Length);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Je toho ještě spoustu k vysvětlování a jsou další datové typy, které jsme neprobrali.

V následujícím cvičení, Řešené úlohy k 4. lekci C# .NET, si procvičíme nabyté zkušenosti z předchozích lekcí.