4. diel - Typový systém druhýkrát - Dátové typy v C# .NET

V predchádzajúcom cvičení, Riešené úlohy k 1.-3. lekciu C# .NET, sme si precvičili získané skúsenosti z predchádzajúcich lekcií.

Teraz sa na dátové typy pozrieme viac zblízka a vysvetlíme si, kedy ktorý použiť. Dnešná lekcia bude veľmi teoretická, ale o to praktickejšia bude tá budúca. Na konci lekcie si vytvoríme zopár jednoduchých ukážok.

C# rozoznáva dva druhy dátových typov: hodnotové a referenčné.

Hodnotové dátové typy

Premenné hodnotového dátového typu si dokážeme jednoducho predstaviť. Môže sa jednať napr. o číslo alebo znak. V pamäti je jednoducho uložená priamo hodnota a my k tejto hodnote môžeme z programu priamo pristupovať. Slovo priamo som nepoužil dvakrát len náhodou. V tomto C# kurze sa budeme venovať výhradne týmto premenným.

Celočíselné dátové typy

Pozrime sa teraz na tabuľku všetkých vstavaných celočíselných dátových typov v .NET. Všimnite si typ int, ktorý už poznáme z minula:

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

Všetky tieto šialené čísla z tabuľky si pamätať nemusíte, vo Visual Studiu vám takmer vždy pomôže nástroj IntelliSense. Keď budete písať daný dátový typ a počkáte, nástroj nad ním ukáže bublinu:

V dokumentácii dodávanej k Visual Studiu prípadne tieto údaje nájdete podrobnejšie. Do dokumentácie sa dostanete tak, že napíšete konkrétny dátový typ, označíte ho a stlačíte F1.

Asi vás napadá otázka, prečo máme toľko možných typov na uloženie čísla. Odpoveď je jednoduchá: záleží na jeho veľkosti. Čím väčšie číslo je, tým viac spotrebuje pamäte. Pre vek užívateľa teda zvolíme byte, pretože sa určite nedožije viac ako 255 rokov. Predstavte si databázu milióna užívateľov nejakého systému. Keď zvolíme miesto byte int, bude zaberať 4x viac miesta. Naopak keď budeme mať funkciu na výpočet faktoriálu, ťažko nám bude stačiť rozsah integeru, a preto použijeme long.

Všimnime si, že niektoré typy začínajú na u. Sú takmer rovnaké ako ich dvojníci bez u, len neumožňujú záporné hodnoty a tým pádom môžu na kladnú časť uložiť 2x vyššiu hodnotu. Týmto typom sa hovorí unsigned, klasickým signed.

.NET typ je názov danej štruktúry v .NET knižniciach. My používame tzv. aliasy, aby bola práca jednoduchšia. V skutočnosti si C# kód:

int a = 10;

preberie ako:

System.Int32 a = 10;

My budeme samozrejme používať aliasy, od toho tam sú

Nad výberom dátového typu nemusíte veľmi premýšľať a väčšinou sa používa jednoducho int. Typ riešte iba v prípade, keď sú premenné v nejakom poli (všeobecne kolekcii) a je ich teda viac. Potom sa oplatí zaoberať sa pamäťovými nárokmi. Tabuľky sem dávame skôr pre úplnosť. Medzi typy samozrejme funguje už spomínaná implicitná konverzia, môžeme teda priamo priradiť int do premennej typu long a podobne bez toho, aby niečo konvertujeme.

Desatinné čísla

U desatinných čísel je situácia trochu jednoduchšia, máme na výber iba dva dátové typy. Samozrejme sa líšia opäť v rozsahu hodnoty, ďalej však ešte v presnosti (vlastne počtu des. miest). Typ double má už podľa názvu dvojnásobnú presnosť oproti float:

Dátový typ	Rozsah	Presnosť	.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

Vzhľadom na to, že desatinné čísla sú v počítači uložené v dvojkovej sústave, dochádza k určitej strate presnosti. Odchýlka je síce takmer zanedbateľná, ale keď budete programovať napr. finančný systém, nepoužívajte tieto dáta. typy na uchovanie peňazí, mohlo by dôjsť k malým odchýlkam.

Keď do premennej typu float chceme dosadiť hodnotu priamo v zdrojovom kóde, musíme použiť sufix F, pri double sufix D (pri double ho môžeme vypustiť, pretože je východiskový desatinných typ):

float f = 3.14F;
double d = 2.72;

Ako desatinný separátor používame v zdrojovom kóde vždy bodku, nehľadiac na to, aké máme vo Windows regionálne nastavenia.

Ďalšie vstavané dátové typy

Pozrime sa na ďalšie dátové typy, ktoré nám .NET ponúka:

Dátový typ	Rozsah	Veľkosť/Presnosť	.NET typ
char	U+0000 až U+ffff	16 bitov	System.Char
decimal	+–1.0 * 10−28 až +–7.9 * 1028	28–29 čísel	System.Decimal
bool	true nebo false	8 bitov	System.Boolean

char

Typ char nám reprezentuje jeden znak, na rozdiel od typu string, ktorý reprezentoval celý reťazec char. Znaky v C# píšeme do apostrofov. Apostrof ' píšeme na slovenskej klávesnici pomocou Shift a klávesy vedľa Enter (u niektorých klávesníc je to klávesa nad Enter, u iných pred ním):

Deklarujme si teda premennú typu char obsahujúcu nejaký znak:

char c = 'A';

Typ char patrí v podstate do celočíselných premenných (obsahuje číselný kód znaku), ale je logickejšie uviesť ho tu. Typ char nám vracia napr. metóda Console.ReadKey().

decimal

Typ decimal rieši problém ukladania desatinných čísel v binárnej podobe, ukladá totiž číslo vnútorne podobne ako text. Používa sa teda na uchovanie peňažných hodnôt. Ku všetkým ďalším matematickým operáciám s des. číslami použijeme float alebo double. Na zápis decimal hodnoty opäť používame sufix, a síce m:

decimal m = 3.14159265358979323846m;

bool

Dátový typ bool nadobúda dve hodnoty: true (pravda) a false (nepravda). Budeme ho používať najmä vtedy, keď sa dostaneme k podmienkam. Do premennej typu bool je možné uložiť ako priamo hodnotu true / false, tak aj logický výraz. Skúsme si jednoduchý príklad:

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

Výstup programu:

Konzolová aplikácia
False
True

Výrazy píšeme do zátvoriek. Vidíme, že výraz nadobúda hodnotu true (pravda), pretože 15 je naozaj väčší ako 5. Od výrazov je to už len krok k podmienkam, na ktoré sa pozrieme nabudúce.

Referenčné dátové typy

K referenčným typom sa dostaneme až pri objektovo orientovanom programovaní, kde si tiež vysvetlíme zásadné rozdiely. Zatiaľ budeme pracovať len s tak jednoduchými typmi, že rozdiel nepoznáme. Zatiaľ sa uspokojíme so znalosťou, že referenčné typy sú zložitejšie ako tie hodnotové. Jeden takýto typ už poznáme, je ním string. Možno vás napadá, že string nemá nijako obmedzenú dĺžku. Je to tým, že s referenčnými typmi sa v pamäti pracuje inak.

Typ string má na sebe množstvo naozaj užitočných metód. Niektoré si teraz preberieme a vyskúšame:

String

StartsWith(), EndsWith() a Contains()

Môžeme sa jednoducho opýtať, či reťazec začína, končí alebo či obsahuje určitý podreťazec (substring). Podreťazcom myslíme časť pôvodného reťazca. Všetky tieto metódy budú ako parameter brať samozrejme podreťazec a vracať hodnoty typu bool (true / false). Zatiaľ na výstup nevieme reagovať, ale poďme si ho aspoň vypísať:

{CSHARP_CONSOLE}
string s = "Rhinopotamus";
Console.WriteLine(s.StartsWith("rhin"));
Console.WriteLine(s.EndsWith("tamus"));
Console.WriteLine(s.Contains("pot"));
Console.WriteLine(s.Contains("lol"));
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikácia
False
True
True
False

Vidíme, že všetko funguje podľa očakávania. Prvý výraz samozrejme neprešiel vďaka tomu, že reťazec v skutočnosti začína veľkým písmenom.

ToUpper() a ToLower()

Rozlišovanie veľkých a malých písmen môže byť niekedy na obtiaž. Veľakrát sa budeme potrebovať opýtať na prítomnosť podreťazca tak, aby nezáležalo na veľkosti písmen. Situáciu môžeme vyriešiť pomocou metód ToUpper() a ToLower(), ktoré vracajú reťazec vo veľkých av malých písmenách. Uveďme si reálnejší príklad, než je Krokonosohroch. V premennej budeme mať riadok konfiguračného súboru, ktorý písal používateľ. Keďže sa na vstupy od používateľov nemožno spoľahnúť, musíme sa snažiť eliminovať možné chyby, tu napr. s veľkými písmenami:

{CSHARP_CONSOLE}
string config = "Fullscreen shaDows autosave";
config = config.ToLower();
Console.WriteLine("Will the game run in fullscreen?");
Console.WriteLine(config.Contains("fullscreen"));
Console.WriteLine("Will shadows be turned on?");
Console.WriteLine(config.Contains("shadows"));
Console.WriteLine("Will sound be turned off?");
Console.WriteLine(config.Contains("nosound"));
Console.WriteLine("Would the player like to use autosave?");
Console.WriteLine(config.Contains("autosave"));
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikácia
Will the game run in fullscreen?
True
Will shadows be turned on?
True
Will sound be turned off?
False
Would the player like to use autosave?
True

Vidíme, že sme schopní zistiť prítomnosť jednotlivých slov v reťazci tak, že si najskôr reťazec prevedieme celý na malé písmená (alebo na veľké) a potom kontrolujeme prítomnosť slova len malými (alebo veľkými) písmenami. Takto by mimochodom mohlo skutočne vyzerať jednoduché spracovanie nejakého konfiguračného skriptu.

Trim(), TrimStart() a TrimEnd()

Problémom vo vstupoch od užívateľa môže byť aj diakritika. C# ale našťastie pracuje plne v UTF-8, nestane sa nám teda, že by sa diakritika nejako skomolila. Ďalšou nástrahou môžu byť medzery a všeobecne všetky tzv. biele znaky, ktoré nie sú vidieť, ale môžu nám uškodiť. Všeobecne môže byť dobré tzv. trimovať všetky vstupy od užívateľa. Môžeme trimovať buď okolo celého reťazca, alebo len biele znaky pred ním a za ním. Prezradíme, že pri parsovacích funkciách C# trimuje zadaný reťazec automaticky, kým s ním začne pracovať. Odstránené sú iba neviditeľné znaky okolo reťazca, napr. medzery medzi slovami zostanú. Skúste si v nasledujúcej aplikácii pred číslo a za číslo zadať niekoľko medzier:

{CSHARP_CONSOLE}
Console.WriteLine("Enter a number:");
string s = Console.ReadLine();
Console.WriteLine("Here's what you originally wrote: " + s);
Console.WriteLine("Your text after the trim function: " + s.Trim());
int a = int.Parse(s);
Console.WriteLine("I converted the text you entered to a number. Here it is: " + a);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Replace()

Asi najdôležitejšou metódou na string je nahradenie určitej jeho časti iným textom. Ako parametre zadáme dvoch podreťazcov: jeden, ktorý chceme nahradzovať, a druhý, ktorým prvý chceme nahradiť. Metóda vráti nový string, v ktorom prebehlo nahradenie. Keď daný podreťazec metóda nenájde, vráti pôvodný reťazec.

V nasledujúcej ukážke použijeme v texte mriežku #. Tá sa na slovenskej klávesnici píše pomocou Pravého Alt a klávesu X:

A teraz si už skúsme nahradiť podreťazec metódou Replace():

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

Výstup programu:

Konzolová aplikácia
C# is the best!

Format()

Format() je veľmi užitočná metóda, ktorá nám umožňuje vkladať do samotného textového reťazca zástupné značky. Tie sú reprezentované ako číslo v zložených zátvorkách. Prvým číslom je 0. Ako ďalšie parametre metódy nasledujú v tomto poradí hodnoty, ktoré sa majú do textu namiesto značiek vložiť. Všimnime si, že sa metóda nevolá na konkrétne premenné (presnejšie inštanciu, viď ďalšie lekcie), ale priamo na type string.

Zložené zátvorky (ľavú a pravú) píšeme na slovenskej klávesnici pomocou Pravého Alt a klávesy B pre ľavú, resp. N pre pravú:

Skúsme si teda použiť metódu Format() na vloženie niekoľkých premenných do premennej typu string:

{CSHARP_CONSOLE}
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b;
string s = string.Format("When we add up {0} and {1}, we get {2}", a, b, c);
Console.WriteLine(s);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikácia
When we add up 10 and 20, we get 30

Konzola sama vie prijímať text v takomto formáte, môžeme teda napísať:

{CSHARP_CONSOLE}
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b;
Console.WriteLine("When we add up {0} and {1}, we get {2}", a, b, c);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Toto je veľmi užitočná a prehľadná cesta, ako zostavovať reťazce, a určite sa ju oplatí mnohokrát použiť namiesto bežnej konkatenácie pomocou operátora +, pokiaľ nebazírujeme na vysokej rýchlosti.

Interpolácia reťazcov

Pokiaľ chceme do reťazca v C# na určité miesta vložiť nejaké premenné, môžeme okrem zástupných znakov {0} a pod. zapísať premenné aj priamo do reťazca obalením názvu premennej do zložených zátvoriek. Takýto reťazec potom musíme predsadiť znakom $, aby C# vedel, že v zložených zátvorkách má očakávať premenné a nejedná sa o bežný text:

int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b;
Console.WriteLine($"When we add up {a} and {b}, we get {c}");
Console.ReadKey();

Výstup programu:

Konzolová aplikácia
When we add up 10 and 20, we get 30

Táto funkcionalita je podporovaná iba v nových verziách C# a zatiaľ ju nepodporuje náš online kompiler.

Podobne môžeme namiesto premennej vložiť aj výraz. Takáto funkcionalita sa nám často hodí pri výpise. Skúsme si tiež rovno sčítať čísla priamo vo výraze:

int a = 10;
int b = 20;
Console.WriteLine($"When we add up {a} and {b}, we get {a + b}");
Console.ReadKey();

Výstup programu:

Konzolová aplikácia
When we add up 10 and 20, we get 30

PadLeft() a PadRight()

Ako posledný si spomenieme metódy, ktoré nám k textu naopak medzery pridajú Na čo je to dobré? Predstavme si, že máme 100 premenných a budeme ich chcieť usporiadať do tabuľky. Text upravíme pomocou metódy PadRight() s parametrom šírky stĺpca, teda napr. 20 znakov. Pokiaľ bude mať text len 12 znakov, vypíše sa zaň 8 medzier, aby mal veľkosť 20. Podobne metóda PadLeft() by vypísala 8 medzier pred neho. Keďže zatiaľ nemáme znalosti na vytvorenie takejto tabuľky, budeme si metódy len pamätať a vyskúšame si ich ďalej v C# kurze.

Vlastnosť Length

Posledná, ale najdôležitejšia vlastnosť (pozor, nie metóda) je Length, teda dĺžka. Vracia celé číslo, ktoré predstavuje počet znakov v reťazci. Za vlastnosti nepíšeme zátvorky, pretože nemajú parametre.

{CSHARP_CONSOLE}
Console.WriteLine("Type in your name:");
string name = Console.ReadLine();
Console.WriteLine("Your name is {0} characters long.", name.Length);
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Je toho ešte veľa na vysvetľovanie a existujú ďalšie dátové typy, ktoré sme neprebrali.

V nasledujúcom cvičení, Riešené úlohy k 4. lekcii C# .NET, si precvičíme nadobudnuté skúsenosti z predchádzajúcich lekcií.