Ячейка памяти это в программировании

Почему в программировании счёт всегда начинается с нуля, а не с единицы

В проектах мы периодически говорим, что компьютер почти всё начинает считать с нуля, а не с единицы. Это значит, что первый элемент массива вызывается командой arr[0] , второй — arr[1] , а шестой — arr[5] . Объясняем, почему так.

Память, переменные и первый байт

Чтобы что-то посчитать, компьютеру нужно место, куда он будет записывать результаты подсчёта. Это место — какие-то ячейки памяти.

Физически ячейка памяти — это транзистор, у которого может быть два состояния: открытый или закрытый (как краны с водой). Эти состояния мы называем «логический ноль» и «логическая единица».

Минимальная ячейка, в которой может лежать единица или ноль, называется бит. Но в бите можно закодировать только 1 или 0 или «да/нет». Чтобы кодировать что-то более сложное, нужно взять не один бит, а группу. В компьютере принято объединять биты в группы по 8, такая группа называется «байт».

Получается, что байт — это 8 транзисторов памяти, которые компьютер интерпретирует как единое целое (например, число). Внутри байта находятся логические нули или единицы, стоящие в любом порядке.

Кодирование происходит в двоичной системе: в зависимости от расположения логических единиц и нулей подразумеваются разные числа в привычной нам десятичной системе счисления. Например:

00000000 — ноль, минимальное значение байта

11111110 — двести пятьдесят четыре

11111111 — двести пятьдесят пять, максимальное значение байта

Обратите внимание, что минимальное значение, которое можно хранить в одном байте — не единица, а именно ноль.

Логика компьютера

Теперь представьте: компьютер исполняет программу, где ему нужно обойти какой-нибудь массив и что-то там подсчитать. Для обхода массива ему нужна область памяти для подсчёта. Что происходит дальше:

1. Процессор находит свободное место в памяти и запоминает: «Вот тут у меня будет лежать счётчик для этого массива».
2. Место в памяти обнуляется, чтобы там не было никакого мусора. Мало ли там какие данные лежали от прошлой программы?
3. Обнулённый счётчик — это 00000000, то есть ноль.
4. Раз счётчик уже есть и у него есть валидное значение «ноль», то компьютер начинает считать именно с нуля.

Благодаря тому что компьютер начинает считать с нуля, в 8 бит он может поместить 256 значений: от 0 до 255. Если бы компьютер считал от 1 до 255, в 8 бит поместилось бы 255 значений — то есть на одно меньше.

Можно ли всё-таки считать с 1?

Можно, но это необычно. Чтобы компьютер начал считать всё с единицы, нам нужно объяснить ему, как это делать. Например, подход может быть таким:

1. Мы создаём массив, в котором элементов на один больше, чем нам нужно. Например, если мы собираемся там хранить 100 чисел, делаем массив на 101 элемент.
2. Когда начинаем его заполнять, то первым элементом мы указываем единицу: arr[1] = 15 , вторым — двойку и так до конца.
3. Так мы заполним 100 элементов, которые можно начинать считать с единицы, а нулевой элемент останется незаполненным.

При этом с точки зрения компьютера в массиве всё равно будет 101 элемент, которые он будет начинать считать с нуля. Но человеку так может быть удобнее, когда номера элементов совпадают с его порядковым номером.

Как ошибаются из-за счётчиков с нуля

Самая частая ошибка при начале счёта с нуля — путать между собой длину массива и индекс последнего элемента. Следите за руками:

• Мы сделали массив на 100 элементов.
• Первый элемент массива — это arr[0] , а последний — arr[99] .
• Когда мы запросим длину массива, то в ответ получим число 100.
• А если мы обратимся к arr[100] , то получим ошибку, потому что элемента с индексом 100 в массиве нет.

Эта же ошибка встречается и в циклах, когда нам нужно перебрать все индексы с первого до последнего. Чаще всего начинают считать с единицы и пропускают нулевой элемент.

Как грамотно обойти массив с помощью счётчиков на разных языках (и не запутаться в единицах и нулях)

Представим, что у нас есть массив arr[] , в котором хранится 100 чисел, и нам нужно вывести их на экран.

Классический алгоритм такой:

1. Заводим переменную для счётчика, обычно её обозначают буквой i .
2. В i записывается ноль. Начинается цикл.
3. Внутри цикла берётся массив. Из него достаётся элемент под номером i , то есть соответствующий текущему номеру прохода цикла. Так как в начале алгоритма в счётчике ноль, то мы получим нулевой элемент цикла (то есть по-человечески — первый).
4. Когда шаг цикла выполнен, в переменную i добавляется единица.
5. Теперь цикл повторяется, но из массива достаётся не нулевое, а первое значение (то есть по-человечески — второе).
6. Цикл повторяется до тех пор, пока i меньше, чем длина массива.

Есть хитрость в выходе из цикла: значение счётчика i должно быть меньше, чем длина массива (а не «меньше или равно»).

Дело в том, что длина цикла измеряется по-человечески — 1, 2, 3 и далее. А счётчик работает по-компьютерному — 0, 1, 2… Это значит, что в массиве из 100 чисел длина массива будет 100, а максимальное значение счётчика — 99.

Пример такого кода в JavaScript:

for i in range(len(arr)): print(arr[i])

Обход массивов вообще без счётчиков (и связанных с ними нулей)

В некоторых языках есть более компактная версия этой конструкции, которая буквально означает «Обойди этот объект». Вот примеры в JavaScript:

Здесь нужно смотреть на слово in, что буквально означает «по всем составляющим этого объекта». В разных языках у него разное значение

• В JavaScript в переменную i положат номера элементов массива arr[] , то есть эта переменная будет работать как счётчик. Фраза i in arr означает «для каждого номера элемента массива arr: положи этот номер в переменную i ».
• В Python фраза i in arr означает «возьми сами элементы массива arr и положи их по очереди в переменную i »

То есть JavaScript использует for…in для простого управления счётчиками, а Python вообще избавляется от понятия счётчика и сразу отдаёт в переменную то значение, которое он сейчас перебирает.

• Допустим, у нас есть массив arr[] , который состоит из чисел 2, 12, 85, 6.
• В конструкции на JavaScript в переменной i будут числа 0, 1, 2, 3.
• А в конструкции на Python в переменной i будут 2, 12, 85, 6.

Но это если уже совсем угореть. Всё, хорош, и так понятно: компьютеры считают с нуля.

В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.

Это проверка кода на ошибки, неточности и общий стиль программирования.

TLDR: это точная копия диска в виде файла

Потому что иногда они правы

И правда ли по нему можно отличить человека от робота?

Это виртуальная инструкция к любому «железу» в компьютере

Источник

Часть. Основы программирования на Си

Простейшая программа на Си состоит из одного файла и имеет следующую структуру (см. рис.1).

#include /*стандартные математические функции*/)

а) общая схема простейшей Си-программы;

б) пример программы вычисления суммы двух чисел.

В начале программы идут директивы препроцессора, которые более подробно рассмотрены в п. 2.3. В простейшем случае можно огра­ничиться директивами include, которые необходимы для использова­ния библиотек стандартных функций Си:include stdio.h>— для функций ввода/вывода,include math.h>— для стандартных математических функций. Обратите внимание, что ди­рективы препроцессора начинаются со значка #.

Далее идет заголовок главной (и в простейшем случае единст­венной) функции: void main(). После заголовка в фигурных скобках записываетсяинструкциипрограммы.

Инструкциимогут быть либоописаниями, либооператорами.Операторы— это исполняемые инструкции; при компиляции они пере­водятся в одну или несколько машинных команд. Описания— это не­ис­полняемые инструкции языка; они используются компилятором для распределе­ния памяти под данные и определения характера операций, которые могут выполняться с этими данными. Описания характеризуют область значений данных. Они могут стоять в любом месте программы до использования описываемых имен. Хороший стиль про­граммирования предполагает, чтобы по возможности опи­сания были собраны в начале программы и предшествовали опера­торам.

В любое место программы можно включить комментарии — по­яс­няющие фразы, окаймленные, как скобками, символами /* и */. Ком­ментарии компилятором не обрабатываются и служат только для по­яснения текста программы. В Си++ также допускается использо­вать как комментарий строку программы, поставив в начале ее сим­волы //.

1.2. Данные в Си и операции над ними

1.2.1. Свойства ячейки памяти. Переменные и константы

Компьютерные программы, для написания которых предназна­чен алгоритмический язык Си, обрабатывают данные, которые, есте­ственно, хранятся в оперативной памяти компьютера. Каждое элемен­тарное данное имеет некоторый смысл (например, число или символ) и занимает один или несколько байтов памяти 2 . Эту область памяти часто называютячейкой памяти. Для того, чтобы ячейки памяти можно было различать и использовать их в программе, каждой ячейке дается имя. Таким образом, ячейка памяти характеризуется своимименемисодержимым(т. е. данным, которое в ней хранится). Кроме того, ячейка имеетадрес(адресом ячейки считается адрес младшего из занимаемых ею байтов). В программе имена ячеек участвуют как имена переменных, т. е. переменные программы — это, по существу, ячейки памяти. При написании программ считают, что ячейка памяти обладает следующими свойствами:

1. Информация в ячейке памяти хранится сколь угодно долго. Это свойство в известной мере является абстрактным, так как при выключении компьютера, например, информация в оперативной памяти не сохраняется.
2. При записи нового содержимого в ячейку предыдущее содержимое не сохраняется. Запись содержимого в ячейку называется присваиванием.Оператор присваивания описан в п.1.2.5.
3. При считывании содержимое ячейки не изменяется.
4. Если в ячейку на протяжении программы не было ничего записано, то ее содержимое считается неопределенным. Отметим, что это свойство не всегда выполняется в реализациях алгоритмических языков (все переменные в BorlandPascal, статические переменные вBorlandC++ при объявлении обнуляются).

Источник