In der Programmierung ist eine Variable ein abstrakter Behälter für einen Wert, der bei der Ausführung eines Computerprogramms auftritt. Im Normalfall wird eine Variable im Quelltext durch einen Namen bezeichnet und hat eine Adresse im Speicher des Computers.

Der durch eine Variable repräsentierte Wert und gegebenenfalls auch die Größe kann – im Unterschied zu einer Konstante – zur Laufzeit des Rechenprozesses verändert werden.

Arten von Variablen

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Wertevariablen und referenziellen Variablen. In einer Wertevariablen wird ein Wert direkt abgelegt, während eine referenzielle Variable als Wert die Speicheradresse des eigentlichen Wertes, einer Funktion oder eines Objektes enthält. Deshalb werden referenzielle Variablen auch als Zeiger bezeichnet.

Beispiele in der Programmiersprache C#

const int i = 3;         // Konstante; keine Variable
int j = 3;               // Wertevariable
object k = (object)3;    // referenzielle Variable auf einen Wert
object o = new object(); // referenzielle Variable auf ein Objekt
object n = null;         // referenzielle Variable auf das null-Objekt (Zeiger auf Speicheradresse 0)
Func<int> f = () => 3;   // referenzielle Variable auf eine Funktion

Verwendung von Variablen

Es lassen sich verschiedene Arten der Verwendung von Variablen unterscheiden:

• Eingabevariablen erhalten Werte, die von außen ins Programm, die Funktion oder Methode eingegeben werden (siehe Parameter).
• Ausgabevariablen enthalten später die Resultate der Rechnung.
• Referenzvariablen (Zeiger) dienen sowohl als Eingangs- als auch Ausgangsvariable. Der Wert kann während der Rechnung verändert werden.
• Hilfsvariablen nehmen Werte auf, die im Verlauf der Rechnung benötigt werden.
• Umgebungsvariablen repräsentieren die äußeren Randbedingungen eines Programms.
• Metasyntaktische Variablen dienen zur bloßen Benennung von Entitäten oder Teilabschnitten des Programmcodes.
• Laufzeitvariablen

Sichtweisen von Variablen

Das Konzept der Variablen wird von Programmiersprachen unterschiedlich interpretiert:

• in einer rein funktionalen Programmiersprache sind Variablen einfach nur Bezeichner, das heißt, sie werden wie im Lambda-Kalkül nur dazu verwendet, die Eingabeparameter für eine Funktion zu bezeichnen. Während der Berechnung eines Funktionswerts ändert sich der Wert der Variablen deshalb nicht. Ein Ausdruck mit Variablen hat stets den gleichen Wert, unabhängig davon, an welcher Stelle im Programm er auftritt. Diese Eigenschaft ist unter dem Begriff referentielle Transparenz bekannt.
• in einer imperativen Programmiersprache kann sich dagegen der Wert einer Variablen während des Programmablaufs ändern. Der gleiche Ausdruck mit Variablen kann deshalb an verschiedenen Stellen des Programms oder zu verschiedenen Zeiten in der Programmausführung ganz unterschiedliche Werte haben.

Dementsprechend definieren verschiedene Programmiersprachen den Begriff der Variablen ganz unterschiedlich. Im Fall von Java heißt es:

In der Sprachdefinition von Scheme heißt es dagegen

Allgemein müssen für eine Variable in einer imperativen Programmiersprache vier Aspekte unterschieden werden:

• der Speicherplatz selbst als Behältnis für Daten,
• die in dem Speicherplatz abgelegten Daten,
• die Adresse des Speicherplatzes und
• der Bezeichner, unter dem der Speicherplatz angesprochen werden kann.

Kompliziert wird die Situation außerdem dadurch, dass unter einem bestimmten Bezeichner an verschiedenen Stellen des Programms oder zu verschiedenen Zeiten in der Programmausführung unterschiedliche Speicherplätze angesprochen sein können und dass es auch anonyme, also namenlose Variablen gibt.

x := x + 1

Typen von Variablen

Mit jeder Variablen in einem Programm ist notwendigerweise ein bestimmter Datentyp (kurz: Typ) verbunden. Dies ist schon allein deshalb notwendig, weil nur der Datentyp festlegt, welche Operationen auf und mit der Variablen sinnvoll und zulässig sind. Der Datentyp einer Variablen kann auch die Speichergröße der Variablen festlegen. In der Regel hat der Programmierer die Möglichkeit, in einer Deklaration diesen Typ festzulegen. In vielen Programmiersprachen ist eine solche explizite Deklaration sogar verpflichtend. Andere Programmiersprachen bieten implizite Deklarationen, die dann verwendet werden, wenn keine expliziten Deklarationen vorhanden sind. So kannte Fortran die Konvention, dass Variablen, deren Namen mit Buchstaben zwischen I und N beginnen, vom Typ INTEGER sind und alle anderen vom Typ REAL, sofern nichts anderes festgelegt wird. Andere Programmiersprachen kennen sogenannte latente Typen. Hier sind Deklarationen nicht nötig, sondern die Maschine erkennt den Typ einer Variablen bei ihrer ersten Verwendung an ihrem Inhalt und führt diesen Typ dann stillschweigend weiter mit. In manchen Programmiersprachen kann der nicht explizit angegebene Typ einer Variablen unter gewissen Voraussetzungen auch vom Compiler mittels Typinferenz anhand anderer Typen, mit denen die Variable in einem Zusammenhang steht, erschlossen werden.

In dynamisch typisierten Programmiersprachen kann sich der Typ einer Variablen erst zur Laufzeit eines Programmes ergeben und auch während der Programmausführung ändern. Folgendes Beispiel in JavaScript illustriert dies:

function show(value) {
    if (typeof value === 'number')
        value += " ist eine Zahl";

    console.log(value);
}

show('Hallo Welt!');
show(42);

Variablen in einer Blockstruktur

Ein wichtiges Konzept von Programmiersprachen ist das Unterprogramm, ob es nun Prozedur, Funktion, Methode oder noch anders heißt. Die allgemeinste Form dieses Konzepts ist der in der Programmiersprache Algol 60 erstmals eingeführte Block. Praktisch alle Programmiersprachen, die dieses Konzept in irgendeiner Form anbieten, erlauben es, dass Blöcke ihre eigenen Variablen besitzen, die sich von den Variablen anderer Blöcke eindeutig unterscheiden lassen. Solche Variablen heißen lokale Variablen. Eine Variable, die im ganzen Programm für alle Blöcke zur Verfügung steht, heißt globale Variable. Die Programmiersprache PHP kennt sogar den Begriff einer superglobalen Variable, die für alle Programme verfügbar sind, die zur selben Zeit von einem PHP-Interpreter bearbeitet werden.

Globale Variablen sind scheinbar bequem, weil sie im ganzen Programm sichtbar sind. Es ist nicht notwendig, sie beim Aufruf einer Funktion als Parameter zu übergeben. Sie werden aber auch leicht zur Fehlerquelle, wenn man zum Beispiel eine globale Variable versehentlich oder sogar bewusst für verschiedene Zwecke benutzt.

Auch kann es passieren, dass man eine lokale Variable mit dem Namen der globalen Variablen verwendet, von dem man annimmt, dass er im Programm bisher noch nicht benutzt wurde. Wenn es diesen Namen aber schon als Variable mit passendem Typ gibt, sofern dieser überhaupt vom Compiler oder vom Laufzeitsystem geprüft wird, dann wird deren Wert unkontrolliert überschrieben und umgekehrt. Ein schwer zu findender Fehler ist oft die Folge.

Erfahrene Entwickler verwenden globale Variablen nur auf modularer Ebene und nur dann, wenn es sich nicht vermeiden lässt.

int x = 0;
int f() { return x; }
int g() { int x = 1; return f(); } /* g() => 0 */

$x = 0;
sub f { return $x; }
sub g { my $x = 1; return f(); }
print g()."\n";

$x = 0;
sub f { return $x; }
sub g { local $x = 1; return f(); }
print g()."\n";

Namenswahl

Die Wahl von Variablennamen bleibt meist dem Programmierer überlassen. Zur Vereinfachung der Nachvollziehbarkeit der Quelltexte empfiehlt es sich, möglichst selbsterklärende Variablennamen oder auch sogenannte sprechende Variablennamen zu verwenden, selbst wenn dies zu recht langen Bezeichnern führt. Namenskonventionen für Variablen verbessern die Lesbarkeit und Wartbarkeit der Quelltexte. Moderne Editoren haben Vorrichtungen, um den Schreibaufwand auch bei langen Variablennamen zu reduzieren. Nach der Kompilierung ist der Programmcode weitgehend oder sogar vollständig unabhängig von den verwendeten Variablennamen.

Initialisierung

Variablen sollten vor ihrer Benutzung initialisiert werden, das heißt, einen definierten Wert zugewiesen bekommen. Dies kann durch die Vergabe von Standardwerten durch das Laufzeitsystem der verwendeten Programmiersprache geschehen oder durch explizite Zuweisung eines Wertes an die Variable.

Bei Programmiersprachen, die nicht automatisch alle verwendeten Variablen initialisieren, sind uninitialisierte Variablen eine Quelle für schwer zu findende Fehler: Da die Variable ohne Initialisierung einen zufälligen Wert enthält, wird auch das Verhalten des Programms unvorhersagbar, so dass es manchmal falsche Ergebnisse liefert oder gar abstürzt. Enthält der für die Variable reservierte Speicherbereich einen scheinbar erwarteten Inhalt aus einem vorhergehenden Programmdurchlauf, so spricht man auch von einer Speicherinterferenz.

Siehe auch

• Attribut (Programmierung)

Weblinks

Einzelnachweise

1. ↑ Festlegen und Löschen von Laufzeitvariablen – ein Beitrag im C++-Community-Forum (die betreffende Seite wurde zuletzt geändert am 10. Juli 2008); mit einem Zitat vom Visual Studio Analyzer, wo es heißt: „Laufzeitvariablen sind Name/Wert-Paare, die von Ereignisabonnenten festgelegt und von Ereignisquellen gelesen werden. Das Verwenden von Laufzeitvariablen hilft beim Sammeln genauer Einzelheiten über bestimmte Ereignisse.“
2. ↑ Tim Lindholm, Frank Yellin: The Java Virtual Machine Specification. Addison-Wesley, 1996: “A variable is a storage location.”
3. ↑ Michael Sperber, William Clinger, R. K. Dybvig, Matthew Flatt, Anton van Straaten: Report on the Algorithmic Language Scheme. Revised (5.97): “Scheme allows identifiers to stand for locations containing values. These identifiers are called variables.”
4. ↑ What’s the difference between dynamic and static (lexical) scoping? Perl FAQ 4.3
5. ↑ N. Gorla, A. C. Benander, B. A. Benander: Debugging Effort Estimation Using Software Metrics. In: IEEE (Hrsg.): IEEE Transactions on Software Engineering. Band 16, Nr. 2, Februar 1990, S. 223–231, doi:10.1109/32.44385 (englisch).