M_CI_3

Лабораторна робота № 3.

(2 години)

Вирази. Оператори.

Мета роботи: здобуття знань та практичних навичок роботи з виразами різних типів: арифметичними, логічними та порозрядними.

3. Теоретичнi вiдомостi.

Оператори служать основними елементами, з яких будується програма на мові Сі, а більшу частину операторів складають вирази. Тому спочатку потрібно розглянути вирази.

Вирази представляють собою деяку комбінацію операцій та операндів. Операндами є ті елементи виразу, над якими виконуються операції. Ними можуть бути: константи, змінні (прості змінні, елементи масивів, поля структур та об’єднань, покажчики). Найпростіший вираз складається із одного операнда, і це може служити відправним пунктом для побудови більш складних виразів.

Всім змінним відповідають області пам`яті, з яких можна прочитати і в які можна записати їх значення. Ліводопустимим називається такий вираз, який дозволяє як зчитувати значення об`єкту, який він визначає, так і змінювати його. Назва походить від того, що ліводопустимий вираз може використовуватись в лівій частині виразу присвоєння. Відповідно, праводопустимий вираз може використовуватись тільки в правій частині виразу присвоєння.

Ліводопустимі вирази:

Імена змінних, описані як арифметичні, покажчики, перераховуючі або об`єднання;

Вирази в круглих дужках, причому тоді і тільки тоді коли вираз є ліводопустимим;

Вираз, який визначає поле (expr.field), причому якщо expr теж є ліводопустимим;

Вираз, який задає непрямий вибір поля (expr−>field);

Непрямий вираз *expr.

Наступні об`єкти ніколи не можуть бути ліводопустимими:

Ім`я функції;

Ім`я масиву (але елемент масиву або посилання на нього є ліводопустимим);

Константа перераховуючого типу;

Виклик функції.

Мова Сі має сім типів операцій. Далі ми розглянемо арифметичні і логічні операції, операції відношень, заперечення, інкременту та декременту а також порозрядні операції.

3.1. Арифметичні операції.

Операнди, які можуть брати участь в арифметичних операціях повинні мати скалярні типи (цілі та дійсні). Результат операції має той же тип.

Приклад 3.1

1:#include <stdio.h>

2:#include <stdlib.h>

3:

29

4:main()

5:{

6:double fredegrees, credegrees;

7:char answer[128];

8:

9:printf("Перетворення градусів по Фаренгейту в градуси по Цельсію\n\n");

10:printf("Градуси по Фаренгейту?: ");

11:gets(answer);

12:fredegrees = atof(answer);

13:credegrees = ((fredegrees - 32.0) * 5.0) / 9.0;

14:printf("Градуси по Цельсію = %f\n ", credegrees);

15:return 0;

16:}

До пріоритетів ми повернемося після розгляду всіх операцій.

3.2. Операції відношень.

Операнди, які можуть брати участь в операціях повинні мати скалярні типи (цілі та дійсні). Результат операції має логічний тип. Логічними значеннями є Істина (True) та

Фальш (False).

Окремого логічного типу в мові Сі не існує. Замість нього використовується тип int, істини – 1, фальші – 0.

Не плутайте операцію рівності == з операцією присвоєння = .

3.3. Логічні операції.

Операнди, які можуть брати участь в операціях повинні мати логічні типи. Результат операції має теж логічний тип.

Логічні операції && та || об`єднують вирази відношень у відповідності до правил логічних І та АБО. Приклади:

1:(A < B) && (B < C)

2:(A < B) || (B < C)

Складні логічні вирази обраховуються раціональним способом. Наприклад, якщо при обрахуванні виразу

1: (A <= B) && (B <= C)

30

16:}

Якщо ви введете, наприклад, значення 8, то програма виведе:

3.4. Порозрядні операції.

Таблиця 3.4

3.4.1. Відображення значень у двійковому форматі.

Функції Сі (наприклад printf()) відображають значення в будь-яких форматах, але двійкового вони не підтримують. Приведена далі функція display_bits() (розміщена, наприклад, у файлі "SHOW_BIT.C") дозволяє виконати виведення значень у двійковому форматі:

Файл "SHOW_BIT.C"

Програма, яка буде включати файл "SHOW_BIT.C ", повинна включати файл <stdio.h>.

3.4.2. Порозрядний операція І.

Приведений приклад програми пояснює дію операції І.

Приклад: 3.3

1:#include <stdio.h>

2:#include "Show_bit.c"

3:

4: void display_bits(unsigned n);

5:

6:main()

7:{

8:unsigned v1, v2, v3;

9:clrscr();

10:printf("Введіть два цілих числа: , (наприклад: 1021 15)");

11:scanf("%u%u ",&v1, &v2);

12:v3 = v1 & v2;

14:printf("\nAND %5u %5#06x ", v2 ,v2); to_bin(v2);

15:printf("\n=================================\n");

32

17:return 0;

18:}

Примітка: символ - це пробіл в тексті програми

В таблиці 3.5 приведено правила, за якими діє порозрядний операція І. . Зверніть увагу на директиву в другому рядку. За допомогою цього засобу можна підключити до своєї програми файл show_bit.c, в якому знаходиться функція display_bits().

Таблиця 3.5

Примітка: А, В та С - значення розряду. Переносу в старший розряд немає.

Програма виведе:

1021 0x03fd 0000001111111101 AND 15 0x000f 0000000000001111

======================================

13 0x000d 0000000000001101

Число 15 в двійковому форматі дорівнює 1111 (без ведучих нулів). Це число (15) називається маскою, а те, що стоїть перед ним і з`єднане знаком порозрядної операції, - операндом. Розряди значення, які відповідають 1 в масці, попадають в результат, а розряди, які відповідають 0, обнуляються в результаті.

3.4.2.Порозрядна операція АБО.

Втаблиці 3.6 приведено дію порозрядної операції АБО.

Таблиця 3.6 Порозрядна операція АБО

Примітка: А, В та С - значення розряду. Переносу в старший розряд немає.

Приведена нижче програма демонструє дію порозрядної операції АБО.

Приклад: 3.4

1:#include <stdio.h>

2:#include "show_bit.c"

3:

4: void display_bits(unsigned n);

5:

6:main()

7:{

8:unsigned v1, v2, v3;

9:printf("\nВведіть два цілих числа, наприклад: 1021 15\n");

10:scanf("%u%u",&v1,&v2);

11:v3 = v1 | v2;

13:printf("\nOR %5u %#06x ",v2, v2); display_bits(v2);

14:printf("\n=================================\n ");

33

16:return 0;

17:}

Результат роботи програми:

1021 0x03fd 0000001111111101 OR 15 0x000f 0000000000001111

=================================

1023 0x03ff 0000001111111111

Як видно, результат в двійковому форматі має всі встановлені в "1" розряди превинного числа (1021), плюс нові одиничні розряди із маски (15). Таким чином одиниці із маски будуть включені в значення результату для будь-якого значення операнда.

Нульові розряди маски дозволяють попасти в результат перевинним розрядам операнда.

3.4.2. Порозрядна операція заперечення еквівалентності (eXclusive OR).

Ця операція має такі назви: заперечення еквівалентності, додавання по модулю два. A XOR B істинне тоді і тільки тоді, коли значення A і B не співпадають.

В таблиці 3.7 приведено дію порозрядної операції XOR.

Таблиця 3.7. Порозрядна операція заперечення еквівалентності

Приклад: 3.5

1:#include <stdio.h>

2:#include "e:\c_pp\show_bit.c"

3:

4: void display_bits(unsigned n);

5:

6:main()

7:{

8:unsigned v1, v2, v3;

9:printf("\nВведіть два цілих числа, наприклад: 1021 15\n");

10:scanf("%u%u",&v1,&v2);

11:v3 = v1 ^ v2;

13:printf("\nXOR %5u %#06x ",v2, v2); display_bits(v2);

14:printf("\n=================================");

Результат роботи програми після введення двох чисел 45000 і -1 буде мати вигляд (поскільки число -1, як знакове 16-ти бітне має вигляд : 0xffff, і такий же вигляд має і беззнакове v2, яке приймає значення 65535).

двійковому представленні всі нулі операнда перетворяться в одиниці результату і навпаки.

34

Тобто, всі біти операнду перемкнуться на протилежні. Якщо тепер в якості операнда взяти

нижче.

Приклад: 3.6

1:#include <stdio.h>

2:#include "e:\c_pp\show_bit.c"

3:

4: void display_bits(unsigned n);

5:

6:main()

7:{

8:unsigned v1, v2, v3;

9:printf("\nВведіть два цілих числа, наприклад: 1021 15\n");

10:scanf("%u%u",&v1,&v2);

11:v3 = v1 << v2;

13:printf("\n<< %5u %#06x ",v2, v2); display_bits(v2);

14:printf("\n=================================");

1730x00ad 0000000010101101

<<3 0x0003 0000000000000011

=================================

1384 0x0568 0000010101101000

В двійковому представлені зсув бітів вліво на В розрядів еквівалентно множенню первинного значення на 2В (це справедливо і для інших систем числення). Така операція множення є найшвидшою операцією множення на 2n, де n - ціле число.

35

Приклад: 3.7

1:#include <stdio.h>

2:#include "e:\c_pp\show_bit.c"

3:

4: void display_bits(unsigned n);

5:

6:main()

7:{

8:unsigned v1, v2, v3;

9:printf("\nВведіть два цілих числа, наприклад: 1021 15\n");

10:scanf("%u%u",&v1,&v2);

11:v3 = v1 >> v2;

13:printf("\n>> %5u %#06x ",v2, v2); display_bits(v2);

14:printf("\n=================================");

15:printf("\n %5u %#06x ", v3 ,v3); display_bits(v3);

16:return 0;

17:}

Програма виведе:

89 0x0059 0000000001011001 >> 3 0x0003 0000000000000011

=================================

11 0x000b 0000000000001011

3.4.5. Доповнення до одиниці.

Операція порозрядного доповнення до одиниці, представлена символом ~ (в математиці - тильда), перемикає всі біти операнда з 1 на 0, і навпаки з 0 на 1. Доповнення до 1 - це унарна операція. Унарна операція ~ може використовуватись для порозрядного заперечення

двійкових значень. Приклад:

A = ~ B;

Приведена нижче програма демонструє дію операції ~.

Приклад: 3.8

1:#include <stdio.h>

2:#include "e:\c_pp\SHOW_BIT.C"

3:

4: void display_bits(unsigned n);

5:

36

6:main()

7:{

8:unsigned v1, v2;

9:printf("\nВведiть цiле число:\n");

10:scanf("%u",&v1);

11:v2 = ~ v1;

12: printf("\n

13:printf("\n================================== ");

14:printf("\nCOMP %5d %#06x ", v2 ,v2);display_bits(v2);

15:return 0;

16:}

Доповнення до одиниці є двійковою логічною операцією і має два основних призначення: інвертування значень "істина" та "фальш", а також перетворення від`ємних значень в додатні і навпаки. Якщо при виконанні програми ввести -45, то результат

виконання програми буде таким:

-45 0xffd3 1111111111010011

=====================================

Якщо тепер до результату 44 додати 1, то ми одержимо 45, тобто додатне число. При введенні числа 45 ми одержимо такий результат:

45 0x002d 0000000000101101

====================================

COMP -46 0xffd2 1111111111010010

Додавши 1 ми одержимо -45. Таким чином, для перетворення від`ємних чисел в додатні, і навпаки, необхідно до аргументу застосувати операцію доповнення до одиниці, а потім до результату додати 1 (звідси і назва операції). Дія цієї операції еквівалентна операції заперечення еквівалентності над операндом з використанням в якості маски значення 1111111111111111 (або 65535 в десятковій і FFFF В шістнадцятковій системах числення відповідно).

При введенні "0" ми одержимо:

0 0х0000 0000000000000000

==================================

COMP -1 0xffff 1111111111111111

При введенні "-1" ми одержимо:

-1 0xffff 1111111111111111

==================================

Як бачимо, ~0 є "істина" (будь-яке ненульове значення), але застосування цієї операції до довільного не нульового значення, не завжди дає "фальш" ("0").

3.5 Операції присвоєння.

Про праводопустимі та ліводопустимі вирази ми вже говорили. Два операнди: ліводопустимий та праводопустимий та знак операції "=", є виразом присвоєння. І цей вираз має значення. Тому вираз присвоєння є ліводопустимим. Тобто вираз:

C = A = B;

правильний. Так можна ініціювати кілька змінних однакового типу однаковими константами:

C = A = B = 45;

37

3.5.1. Скорочені операції присвоєння.

Звична операція присвоєння

A = A + 45;

не є раціонально побудованою. В цьому виразі є два звертання до змінної А, що потребує подвійного обчислення адреси змінної А (один раз для знаходження значення змінної, другий - для запису значення виразу А + В).

Попередній вираз можна записати так:

A += 45;

Такий запис операції присвоєння допоможе компілятору генерувати більш раціональний код. Скорочений запис вказує компілятору взяти значення 45 додати до нього значення змінної А і запам`ятати його знову таки в змінній А.

Далі приведено повний перелік операцій присвоєння:

*=, /=, +=, -=, %=, <<=, >>=, &=, ^= i |=.

Кожен з них дозволяє звести символічний запис виразу (псевдокод)

3.6.Пріоритети операцій.

Вскладних виразах операції з більш високим пріоритетом виконуються раніше операцій

збільш низьким пріоритетом (таблиця 3.8). Одні операції виконуються зліва - направо, інші справа - наліво. Ця властивість називається асоціативністю.

Для того, щоб не запам`ятовувати пріоритети, потрібно використовувати круглі дужки. Їх кількість не впливає на швидкість виконання операцій, а програма стає більш зрозумілою.

Таблиця 3.8. Пріоритети операцій

38