Переменная имеет ряд фундаментальных свойств в таком языке, как C:
- Имя
- Тип
- Сфера
- Продолжительность жизни
- Местоположение
- Ценность
В вашем исходном коде местоположение (5) является концептуальным, и на это местоположение ссылается его название (1). Таким образом, объявление переменной используется для создания местоположения и пространства для значения (6), а в других строках источника мы ссылаемся на это местоположение и значение, которое оно содержит, называя переменную в некотором выражении.
Упрощенное только после того, как компилятор переведет вашу программу в машинный код, местоположение (5) - это место в памяти или регистре ЦП, а любые выражения исходного кода, ссылающиеся на переменную, преобразуются в последовательности машинного кода, ссылающиеся на эту память или регистр процессора.
Таким образом, когда перевод завершен и программа работает на процессоре, имена переменных фактически забываются в машинном коде, а инструкции, сгенерированные компилятором, относятся только к назначенным местоположениям переменных (а не к их имена). Если вы отлаживаете и запрашиваете отладку, местоположение переменной, связанной с именем, добавляется к метаданным для программы, хотя процессор все еще видит инструкции машинного кода, используя местоположения (а не эти метаданные). (Это чрезмерное упрощение, так как некоторые имена содержатся в метаданных программы для целей связывания, загрузки и динамического поиска - все же процессор просто выполняет инструкции машинного кода, которые ему сообщаются для программы, и в этом машинном коде имена имеют были преобразованы в местах.)
То же самое относится и к типу, области действия и времени жизни. Сгенерированные компилятором инструкции машинного кода знают машинную версию местоположения, в которой хранится значение. Другие свойства, например тип, скомпилированы в переведенный исходный код в виде специальных инструкций, которые обращаются к расположению переменной. Например, если рассматриваемая переменная представляет собой 8-разрядный байт со знаком против 8-разрядного байта без знака, то выражения в исходном коде, которые ссылаются на переменную, будут преобразованы, скажем, в загрузку байтов со знаком по сравнению с загрузкой байтов без знака, по мере необходимости, чтобы соответствовать правилам языка (C). Тип переменной, таким образом, кодируется в переводе исходного кода в машинные инструкции, которые командуют ЦПУ, как интерпретировать расположение памяти или регистров ЦП каждый раз, когда он использует местоположение переменной.
Суть в том, что мы должны сообщить процессору, что делать, с помощью инструкций (и других инструкций) в наборе команд машинного кода процессора. Процессор очень мало помнит о том, что он только что сделал или ему сказали - он только выполняет данные инструкции, и задача программиста на компиляторе или языке ассемблера состоит в том, чтобы дать ему полный набор последовательностей команд для правильной манипуляции с переменными.
Процессор напрямую поддерживает некоторые фундаментальные типы данных, такие как byte / word / int / long signature / unsigned, float, double и т. Д. Процессор, как правило, не будет жаловаться или возражать, если вы поочередно рассматриваете ту же область памяти как подписанную или unsigned Например, хотя это обычно будет логическая ошибка в программе. Задача программирования - инструктировать процессор при каждом взаимодействии с переменной.
Помимо этих фундаментальных примитивных типов, мы должны кодировать вещи в структурах данных и использовать алгоритмы для манипулирования ими в терминах этих примитивов.
В C ++ объекты, участвующие в иерархии классов для полиморфизма, имеют указатель, обычно в начале объекта, который ссылается на специфичную для класса структуру данных, которая помогает с виртуальной диспетчеризацией, приведением и т. Д.
Таким образом, процессор иначе не знает и не помнит предполагаемое использование мест хранения - он выполняет инструкции машинного кода программы, которые сообщают ему, как манипулировать памятью в регистрах ЦП и основной памяти. Программирование, таким образом, является задачей программного обеспечения (и программистов) осмысленно использовать хранилище и предоставлять согласованный набор инструкций машинного кода процессору, который добросовестно выполняет программу в целом.
