Программная инженерия. 1 курс 1 семестр / Лекции / L-05.Operatoriinstrykciiivirajeniya

Существует целый слой выразительных средств языка –

средства обработки данных.

Это – набор элементарных действий (операций) и их сочетаний (выражений), который позволяет изменять значения переменных.

К ним относятся:

традиционные операции над переменными

(например, арифметические, логические, поразрядные);

присваивание;

ввод-вывод;

вызов процедур и функций.

Для начала – немного терминологии:

Операция – элементарное действие по обработке данных (по работе с переменными);

Операнд – переменная, константа, выражение, участвующие в операции;

Унарная операция – операция с одним операндом;

Бинарная операция – операция с двумя операндами;

Выражение – элемент синтаксиса с описанием последовательности выполнения операций и их операндов, в котором результат одной операции является операндом другой.

Особенности операций в Си:

их многочисленность;

к операциям относятся такие действия, которые в других языках программирования считаются операторами (например, присваивание);

все они имеют очень «компактный» синтаксис, т.е. при пропуске или добавлении лишнего символа одна операция превращается в другую.

Все это требует внимательного и осознанного отношения к

операциям в Си.

Перечислим их особенности:

операции разбиты на 16 групп по приоритетам их выполнения;

внутри каждой группы задается направление выполнения операции для последовательности операций одного приоритета. Для большинства из них имеет место естественное направление слева направо. Однако для операций присваивания, условной операции и унарных операций, у которых знак (символ) операции находится перед операндом (слева), направление операций противоположное - справа налево;

большинство операций совместимо по результатам. Это значит, что результат любой операции может быть операндом любой другой операции, то есть их можно комбинировать между собой как угодно, даже в самых «диких» сочетаниях;

в Си отсутствует понятие логического (булевого) типа «истиналожь»;

в некоторых операциях возможно изменение значений участвующих в ней операндов;

Программа:

Операторы; …;

Выражения…

Операнды, Операции, Скобки…

Переменные, Константы, Выражения

2

Знаки операций

Для формирования и последующего вычисления выражений используются операции.

Для изображения одной операции в большинстве случаев используется несколько символов.

В табл. справа приведены все знаки операций, определенные стандартом языка.

Операции в таблице разбиты на группы в соответствии с их

рангами.

За исключением операций "[ ]", "( )" и "?:", все знаки операций распознаются компилятором как отдельные лексемы.

В зависимости от контекста одна и та же лексема может обозначать разные операции, то есть один и тот же знак операции может употребляться в различных выражениях и по– разному интерпретироваться в зависимости от контекста.

Например,

бинарная операция & – это поразрядная конъюнкция,

унарная операция & – это операция получения адреса.

Операции ранга 1 имеют наивысший приоритет.

Операции одного ранга имеют одинаковый приоритет, и если их в выражении несколько, то они выполняются в соответствии с правилом ассоциативности либо слева направо (→), либо справа налево (←).

Если один и тот же знак операции приведен в таблице дважды (например, знак *), то первое появление (с меньшим по номеру, то есть старшим по приоритету, рангом) соответствует унарной операции, а второе – бинарной.

Арифметические выражения в языке Си играют существенно более важную роль, чем в Паскале:

в Си присутствует такая нетривиальная вещь, как

адресная арифметика ;

привычное присваивание, которое в Паскале было оператором, в Си совершенно неожиданно оказывается операцией и может, как следствие, быть частью арифметического выражения.

особенность Си — операция присваивания, а не оператор присваивания, как в большинстве языков программирования представляет собой выражение, и это выражение имеет значение

— оно равно тому значению, которое было только что присвоено, то есть занесено в переменную слева от присваивания:

В языке Си используются четыре унарные операции, имеющие самый высокий приоритет, их часто называют первичными.

Первичные операции

Операция доступа к полям структур и объединений при помощи идентификаторов «.» – точка

Операция доступа к полям структур и объединений при помощи указателей «–>» – стрелка

Операция [ ] индексации, используемая при декларации массива и обращении к его элементам

Операция ( ) обращения к функции

Арифметические операции

Обозначения арифметических операций

%остаток от деления целочисленных операндов со знаком первого операнда

– деление «по модулю»

Деление, для int операндов происходит с отбрасыванием остатка

Операндами традиционных арифметических операций

(+ – * /) могут быть константы, переменные, обращения к возвращающим значения функциям, элементы массивов,

операции + , –

Операции * , / , % обладают высшим приоритетом над операциями +, – , поэтому при записи сложных выражений нужно использовать общепринятые математические правила - использовать круглые скобки.

5

Для изображения одноместных префиксных и постфиксных операций используются следующие символы:

& операция получения адреса операнда (ранг 2);

* операция обращения по адресу, то есть раскрытия ссылки,

иначе операция разыменования (доступа по адресу к значению того объекта, на который указывает операнд). Операндом должен быть указатель (ранг 2);

– (унарный минус), изменяет знак арифметического операнда

(ранг 2);

+ (унарный плюс), введен для симметрии с унарным минусом

(ранг 2);

поразрядное инвертирование внутреннего двоичного кода целочисленного аргумента – побитовое отрицание (ранг 2);

! логическое отрицание (НЕ) значения операнда (ранг 2).

Применяется к скалярным операндам. Целочисленный результат 0 (если операнд ненулевой, то есть истинный) или 1 (если операнд нулевой, то есть ложный).

Таким образом: !1 равно 0; !2 равно 0; !(–5) равно 0; !0 равно 1;

++ увеличение на единицу (инкремент или автоувеличение – ранг 2); имеет две формы:

префиксная операция – увеличение значения операнда на 1 до его использования. Ассоциативность справа в соответствии со стандартом;

постфиксная операция – увеличение значения операнда на 1 после его использования. Ассоциативность слева в соответствии со стандартом.

Операнд для операции ++ (и для операции --) не может быть константой либо произвольным выражением.

Записи ++5 или 84++ будут неверными.

++(j+k) - также неверная запись.

Операндами унарных операций ++ и -- должны быть всегда модифицируемые именующие выражения (L-value, left value, l- значение, леводопустимое выражение).

Термины «леводопустимое выражение» и «l-значение» происходят от объяснения действия операции присваивания E = D, в которой операнд E слева от знака операции присваивания может быть только модифицируемым l-значением.

Примером модифицируемого l-значения служит имя переменной, которой выделена память.

Таким образом, l -значение – ссылка на область памяти, значение которой доступно изменениям;

-- уменьшение на единицу (декремент или автоуменьшение - ранг 2) - унарная операция, операндом которой должно быть леводопустимое выражение, то есть не константа и не выражение:

префиксная операция - уменьшение на 1 значения операнда до его использования;

постфиксная операция - уменьшение на 1 значения операнда после его использования;

sizeof операция (ранг 2) вычисления размера (в байтах) для объекта того типа, который имеет операнд. Разрешены два формата операции:

sizeof выражение;

sizeof (тип);

sizeof не вычисляет значения выражения, а только определяет его тип, для которого затем вычисляется размер.

Делятся на следующие группы:

аддитивные;

мультипликативные;

сдвигов;

поразрядные;

операции отношений;

логические;

присваивания;

выбора компонента структурированного объекта;

операция «запятая»;

скобки в качестве операций.

Аддитивные операции:

+ бинарный плюс - сложение арифметических операндов или сложение указателя с целочисленным операндом (ранг 4);

– бинарный минус - вычитание арифметических операндов или вычитание указателей (ранг 4).

Мультипликативные операции:

* умножение операндов арифметического типа (ранг 3);

/ деление операндов арифметического типа (ранг 3).

При целочисленных операндах абсолютное значение результата округляется до целого.

Например, 20/3 равно 6; -20/3 равно -6; (-20)/3 равно -6;

20/(-3) равно -6;

% получение остатка от деления целочисленных операндов

(деление по модулю - ранг 3). При неотрицательных операндах остаток положительный. В противном случае остаток определяется реализацией.

Например:

13%4 = 1, (-13)%4 = -1; 13%(-4) = +1, а (-13)%(-4) = -1.

При ненулевом делителе для целочисленных операндов всегда выполняется соотношение:

(a/b)*b + a%b = a.

Операции сдвига:

Операции сдвига (определены только для целочисленных операндов). Формат выражения с операцией сдвига:

операнд_левый операция_сдвига операнд_правый

<< сдвиг влево битового представления значения левого целочисленного операнда на количество разрядов, равное значению правого целочисленного операнда (ранг 5);

>> сдвиг вправо битового представления значения левого целочисленного операнда на количество разрядов, равное значению правого целочисленного операнда (ранг 5).

Поразрядные операции (на битовом уровне):

& поразрядная конъюнкция (И) битовых представлений значений целочисленных операндов (ранг 8);

| поразрядная дизъюнкция (ИЛИ) битовых представлений значений целочисленных операндов (ранг 10);

^ поразрядное исключающее ИЛИ битовых представлений

значений целочисленных операндов (ранг 9). Результат выполнения операций сдвига и поразрядных

операций:

4<<2 = 16; Напомню, что двоичный код для 4 равен 100, для 5 - это 101, для 6 - это 110 и т. д. При сдвиге влево на две позиции код 100 становится

Операции отношений (сравнения):

< меньше, чем (ранг 6);

> больше, чем (ранг 6);

<= меньше или равно (ранг 6);

>= больше или равно (ранг 6);

== равно (ранг 7);

!= не равно (ранг 7).

Операнды операций отношений должны быть

арифметического типа или могут быть указателями.

Результат целочисленный: 0 (ложь) или 1 (истина).

Последние две операции (операции сравнения на равенство) имеют более низкий приоритет по сравнению с остальными операциями отношений.

Таким образом, выражение (x < B == A < x) есть 1 тогда и только тогда, когда значение x находится в интервале от A до B и A<B. (Вначале вычисляются x < B и A < x, а к результатам применяется операция сравнения на равенство ==.)

Логические бинарные операции:

&& конъюнкция (И) арифметических операндов или отношений (ранг 11). Целочисленный результат 0 (ложь) или

1(истина);

|| дизъюнкция (ИЛИ) арифметических операндов или отношений (ранг 12). Целочисленный результат 0 (ложь) или

1(истина).

(Вспомним о существовании унарной операции отрицания '!'.)

Результаты отношений и логических операций:

3<5 = 1; 3>5 = 0;

3==5 равняется 0; 3!=5 равняется 1;

3!=5 || 3==5 равняется 1; 3+4>5 && 3+5>4 && 4+5>3 равняется 1.

Операции присваивания (ранг 14):

В качестве левого операнда в операциях присваивания может использоваться только модифицируемое именующее выражение (L-значение), то есть ссылка на некоторую именованную область памяти, значение которой доступно изменениям.

Перечислим операции присваивания, отметив, что существуют одна простая операция присваивания и ряд составных операций:

= простое присваивание: присвоить значение выраженияоперанда из правой части операнду левой части.

Пример: P = = 10.3 - 2*x;

*= присваивание после умножения: присвоить операнду левой части произведение значений обоих операндов.

P *= 2 эквивалентно P = P * 2;

/= присваивание после деления: присвоить операнду левой ча-

сти частное от деления значения левого операнда на значение правого.

P /= 2.2 - d эквивалентно P = P / (2.2 - d);

%= присваивание после деления по модулю: присвоить операнду левой части остаток от целочисленного деления значения левого операнда на значение правого операнда.

N %= 3 эквивалентно N = N % 3;

Операции сравнения в языке Си

Общий вид операций отношений

Операнд_1 Знак операции Операнд_2

В языке Си нет логического типа данных.

Результат операции отношения имеет значение 1, если отношение истинно (true), или 0 – в противном случае, т.е. – ложно (false).

Следовательно, операция отношения может использоваться в любых арифметических выражениях.

Указанные операции выполняют сравнение значений первого операнда со вторым.

Операндами могут быть любые арифметические выражения

и указатели.

Значения арифметических выражений перед сравнением

вычисляются и преобразуются к одному типу

Пример:

y > 0 , x == y , x != 2

Операндами (выражениями) логических операций могут быть любые скалярные типы.

Ненулевое значение операнда трактуется как «истина», а нулевое – «ложь».

Результатом логической операции, как и в случае операций отношения, может быть 1 или 0.

x = 10;

! (x > 0) 0

9

Операции присваивания (ранг 14, продолжение):

+= присваивание после суммирования: присвоить операнду левой части сумму значений обоих операндов.

A += B эквивалентно A = A + B;

-= присваивание после вычитания: присвоить операнду левой части разность значений левого и правого операндов.

X -= 4.3 - Z эквивалентно X = X - (4.3 - Z);

<<= присваивание после сдвигов разрядов влево: присвоить целочисленному операнду левой части значение, полученное сдвигом влево его битового представления на количество разрядов, равное значению правого целочисленного операнда.

Например, a <<= 4 эквивалентно a = a << 4;

>>= присваивание после сдвигов разрядов вправо:

присвоить целочисленному операнду левой части значение, полученное сдвигом вправо его битового представления на количество разрядов, равное значению правого целочисленного операнда.

Например, a >>= 4 эквивалентно a = a >> 4;

&= присваивание после поразрядной конъюнкции:

присвоить целочисленному операнду левой части значение, полученное поразрядной конъюнкцией (И) его битового

представления с битовым представлением целочисленного операнда правой части.

e &= 44 эквивалентно e = e & 44;

|= присваивание после поразрядной дизъюнкции:

присвоить целочисленному операнду левой части значение, полученное поразрядной дизъюнкцией (ИЛИ) его битового представления с битовым представлением целочисленного операнда правой части.

a |= b эквивалентно a = a | b;

^= присваивание после исключающего поразрядного «ИЛИ»:

присвоить целочисленному операнду левой части значение, полученное применением поразрядной операции исключающего ИЛИ к битовым представлениям значений обоих операндов.

z ^= x + у эквивалентно z = z ^ (x + y)

Обратите внимание, что для всех составных операций присваивания форма присваивания E1 op= E2 эквивалентна E1 = E1 op (E2), где op - обозначение операции.

Операции выбора компонентов структурированного объекта:

. (точка) - прямой выбор (выделение) компонента структурированного объекта, например объединения или структуры

(ранг 1).

Формат применения операции:

имя_структурированного_объекта . имя_компонента

-> - косвенный выбор (выделение) компонента структури-

рованного объекта, адресуемого указателем (ранг 1).

При использовании операции требуется, чтобы с объектом был связан указатель (указателям посвящена отдельная тема).

В этом случае формат применения операции имеет вид:

указатель_на_структурированный_объект -> имя_компонента

Так как операции выбора компонентов структурированных объектов используются со структурами и объединениями, то необходимые пояснения и примеры приведем позже, введя перечисленные понятия и, кроме того, аккуратно определив указатели.