Dando continuidade à série de artigos sobre linguagem C, me permitam falar dos tipos de dados. Bem, C é uma linguagem de tipagem estática, ou seja, uma vez que você tenha definido um objeto como sendo de um tipo, este objeto permanece deste tipo até o fim da sua vida. Antes de seguir adiante, um parênteses.
“Objeto” neste contexto não é uma instância de uma classe. C não é orientado ao objeto. Aqui, quando falo “objeto” me refiro a um elemento da linguagem que é algo pronto para ser utilizado, como uma constante, uma variável ou uma função. A literatura trata estes elementos da linguagem como “objetos” e achei por bem manter a nomenclatura, por mais que possa causar confusão.
Parênteses fechado, vamos adiante. Como eu disse, C é uma linguagem de tipagem estática. Existem dois conceitos importantes que preciso apresentar antes de seguir adiante. O primeiro é a declaração. Quando você declara algo você quer dizer como este algo deverá ser usado. Se este algo for uma função, declará-la diz ao compilador o que é que ela recebe como parâmetro e o que ela pode retornar. O segundo conceito é a definição. Quando você define algo, você diz para o compilador o que é que este algo faz. Portanto, quando você define uma função você está, na verdade, escrevendo o código do corpo desta função.
Mesmo as variáveis podem sofrer desta distinção. Ao declarar uma variável, você pode deixar para definí-la posteriormente. Isto leva o nome bonito de forward definition. Me lembrem de voltar a isto depois.
Bom, temos basicamente dois tipos de dados em C: os tipos integrais e os tipos estruturados. Os tipos integrais são tipos simples, que suportam apenas um único valor de cada vez. Os tipos estruturados permitem armazenar vários valores diferentes no mesmo lugar, permitindo que seu programa trabalhe com estruturas complicadas de dados através de uma única variável.
Entre os tipos integrais, temos os seguintes:
int, float, double, char. Apesar de parecer um contra-senso, char é um tipo
numérico que acumula valores de 1 byte, ou seja, números de -128 a +127, podendo
ser de 0 a 255 se for utilizado um modificador de tipo.
Os modificadores de tipo para os tipos numéricos são: unsigned, long. O
primeiro declara um tipo numérico sem sinal e o segundo um tipo longo.
Normalmente ambos são usados para tipos inteiros.
Os tipos estruturados permitidos em C são as estruturas e os vetores. As estruturas são tipos compostos que permitem que valores de tipos distintos sejam agrupados em um único lugar. Os vetores permitem que vários valores do mesmo tipo sejam armazenados no mesmo lugar. Os vetores podem ser unidimensionais ou multidimensionais. A literatura normalmente se refere aos vetores, de forma mais acertada na minha opinião, como matrizes.
Existe um tipo integral do qual não falei que é, na verdade, um caso especial de números inteiros: as enumerações. As enumerações, em C, são conjuntos limitados de valores que podem ser usados como constantes. C permite que somente números inteiros sejam usados como membros de uma enumeração.
Uma variável é um objeto dentro do seu programa que armazena um determinado valor de um determinado tipo temporariamente. É temporário pois quando o seu programa sai da memória, o valor de qualquer variável se perde. Assim, podemos começar a ver exemplos de declarações de variáveis.
int x; /* x é uma variável inteira com sinal */
unsigned y; /* y é uma variável inteira sem sinal */
long z; /* z é uma variável inteira longa */
char name[11]; /* name é um vetor de char, com 11 posições */
struct {
char name[41];
unsigned age;
unsigned char married;
} record; /* record é uma estrutura de dados */
Strings
Nos exemplos eu criei alguns vetores de char . Como eu disse, char é um tipo
numérico inteiro. O fato de char ocupar apenas um único byte tem um sentido
importante: quando foi criada, a linguagem C não precisava tratar com encodings
complexos como o Unicode. O padrão era a codificação ASCII que cabia em apenas
um único byte.
Assim, toda e qualquer cadeia de caracteres poderia ser descrita como uma
sequência de números variando de 0 a 255. Assim, uma string em C é, na verdade,
um vetor de char , sendo que o último caractere de uma string precisa ser,
necessariamente, o valor 0 (0x0 em hexadecimal ou ‘\0’ como um literal char).
Isto significa dizer que C não tem suporte nativo a unicode. Se você precisa processar unicode, deverá usar uma biblioteca externa. A linguagem define somente a manipulação de caracteres baseados em codificação de 1 byte.
Bem, strings em C são vetores de caracteres terminados com um caractere zero. Isto permite que a string não tenha limitação quanto ao seu tamanho. Pode ser de qualquer tamanho. A quantidade de caracteres de uma string é a contagem de caracteres diferentes de zero que existem na string.
Ponteiros
Impossível falar de strings e matrizes sem falar de ponteiros. Este é o tipo de dado que mais causa confusão a quem está aprendendo C: os ponteiros. O ponteiro, na verdade, é um número inteiro, sem sinal. O que é armazenado no ponteiro é um endereço de memória. E aqui cabe outro parênteses.
Tudo o que pertence ao seu programa é armazenado, temporariamente, em algum lugar da memória do seu computador. A memória pode ser física ou virtual. A memória física é a memória de facto, ou seja, é um chip projetado especificamente para armazenar informações temporariamente. A memória virtual é criada pelo sistema operacional e é armazenada em disco. Ou seja, o disco é usado como memória.
O tamanho de um ponteiro depende do tamanho máximo do registrador de endereçamento da CPU. Atualmente, o tamanho do ponteiro é de 64 bits (8 bytes) nas CPUs modernas.
Normalmente o ponteiro refere-se à memória que existe dentro dos limites do seu programa. Como os sistemas operacionais trabalham, atualmente, em modo protegido, é impossível para um programa tentar acessar um endereço que não pertença ao seu próprio programa, a não ser que se trate de memória compartilhada — um conceito existente no unix.
A ideia por detrás do ponteiro é bem simples: ele funciona como uma referência a algum objeto do seu programa. O ponteiro tem este nome por que ele aponta para um endereço de memória onde está informação. Por exemplo:
int a = 10;
int *b = &a;
A variável a é um número inteiro que é inicializado com o valor 10. A variável
b é um ponteiro que referencia um valor inteiro e que está inicializado com o
endereço de a. O operador &, como você já deve ter imaginado, extrai o
endereço de memória onde a está armazenado.
Se traduzirmos este trecho de código para o bom português, o que queremos dizer ali é o seguinte:
Declare a variável "a" como inteira com sinal e defina seu valor como 10;
Declare a variável "b" como ponteiro para um inteiro com sinal e defina seu valor para o endereço de memória onde "a" está armazenado.
Isto quer dizer que se acessarmos o conteúdo do endereço de memória armazenado
em b, conseguiremos ver o valor 10 lá dentro, pois b agora é uma
referência para a. Se mudarmos o conteúdo da memória para onde b aponta,
mudamos o valor de a:
*b = 25;
Como você já pode ter imaginado, o operador * é usado para olhar dentro da
memória para onde b aponta. A atribuição acima faz com que o conteúdo da
memória para onde b aponta seja alterado para 25. Como b aponta para o
endereço de a, o que estamos fazendo, efetivamente, é mudando o valor dentro
de a.
Se você conseguiu seguir o raciocínio até aqui e entendeu que b é uma
referência que é realizada através do endereço de memória da variável a, você
conseguiu aprender o conceito mais complicado da linguagem C.
A ideia de referência é melhor percebida quando trabalhamos com parâmetros de função. Os parâmetros de função podem ser passados por referência. Neste caso, se a função alterar o valor destes parâmetros dentro dela, estes novos valores são transmitidos para as variáveis usadas como parâmetro para chamar a função.
Não existem tipos de dados além destes em C. Dicionários, listas, arrays extensíveis, stacks, filas, tabelas de hash, sets, multisets e outros tipos não são definidos pela linguagem. Caso precise de uma estrutura de dados como estas você tem duas opções: ou escreve o algoritmo ou usa uma biblioteca de terceiros que as implemente.
Até Aqui
Apresentei de forma sucinta os principais conceitos relacionados aos tipos de dados. Este artigo não tem a intenção de ser um tratado sobre o assunto, mas uma rápida introdução. O mais complicado que apresentei foi o ponteiro. Tentei usar uma forma mais direta com explicações mais abrangentes para que o conceito seja totalmente compreendido.
Vou finalizar por aqui pois já foi informação demais. Em outro artigo falarei dos aliases de tipo e das declarações forward.