лекции_1 / Операции

Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ": www.intuit.ru Нина Калинина, Нина Костюкова Лекция 3. Операции

Основные операции

Рассмотрим способы обработки данных - для этого язык Си имеет широкий набор возможностей. Основные арифметические операции: сложения, вычитания, умножения, деления. Операции в языке Си применяются для представления арифметических действий. Например, выполнение операции + приводит к сложению двух величин, стоящих слева и справа от этого знака. Рассмотрим операции =, +, -, *, /. В языке Си нет операции возведения в степень.

Операция присваивания "="

В языке Си знак равенства не означает "равно". Он означает операцию присваивания некоторого значения. С помощью оператора

year=2004;

переменной c именем year присваивается значение 2004, т.е. элемент слева от знака = - это имя переменной, а элемент справа - ее значение. Мы называем символ = операцией присваивания . В этой операции действие выполняется справа налево.

Возможно, различие между именем переменной и ее значением покажется незначительным? В таком случае давайте рассмотрим следующий оператор:

i=i+1;

C математической точки зрения это бессмыслица. Если вы прибавляете единицу к конечному числу, результат не может быть равен исходному числу. Но как оператор присваивания данная строка имеет вполне определенный смысл, который можно выразить, например, такой фразой. Взять значение переменной с именем i, к нему прибавить 1, а затем присвоить новое значение переменной с именем i.

Оператор вида

2004=year;

на языке Си не имеет смысла, поскольку 2004 - число. Мы не можем присвоить константе какое-то значение; ее значением является она сама. Поэтому, помните, что элемент, стоящий слева от знака =, всегда должен быть именем переменной. Операнд - это то, над чем выполняются операции. Например, можно описать процесс "поедания" картошки как применения операции "поедание" к операнду "картошка".

Операция присваивания в языке Си представляется более интересной, чем в большинстве других языков. Рассмотрим простую программу:

/* таблица результатов по шахматам */ main( )

{

int l, m, n; n=m=l=165; printf("l m n\n");

printf("Счет первой партии %4d %8d %8d\n", l, m, n);

}

Присваивания выполняются справа налево: сначала переменная l получает значение 165, затем переменная m и наконец n. В языке Си имеется несколько других операций присваивания, которые отличаются от описанной операции. Их мы рассмотрим попозже.

Представим еще один пример простой программы:

/* использование операции присваивания */ main( )

{

/* переменные number, ouzo, cost инициализируются конкретными значениями*/ int number=5;

float ouzo=13.5; int cost=31000;

printf("number ouzo cost\n"); printf("number=%d ouzo=%f cost=%d\n",

number, ouzo, cost);

}

Операция сложения: +

Выполнение операции + приводит к сложению двух величин, стоящих слева и справа от этого знака. Например, в результате работы оператора

printf("%d", 100 + 65);

на печать будет выведено число 165, а не выражение 100+65. Операнды могут быть как переменными, так и константами. Операция + называется "бинарной", или "диадической". Эти названия отражают тот факт, что она имеет дело с двумя операндами.

Пример: i=j+2;

Переменной i присваивается значение переменной j плюс 2.

Операция вычитания: -

Выполнение операции вычитания приводит к вычитанию числа, расположенного справа от знака -, из числа, стоящего слева от этого знака. Оператор

n = 163.00 - 100.00;

присваивает переменной n значение 63.00.

Операция изменения знака: -

Знак минус используется для указания или изменения алгебраического знака некоторой величины. Например, в результате выполнения последовательности операторов

teg = -15;

get = -teg;

переменной get будет присвоено значение 15. Когда знак используется подобным образом, данная операция называется "унарной". Такое название указывает на то, что она имеет дело только с одним

операндом.

Пример:

x = -x;

Операция изменяет алгебраический знак x.

Операция умножения: *

Операция умножения обозначается знаком *. При выполнении оператора

z = 3 * x

значение переменной x умножается на 3, и результат присваивается переменной z.

Операция деления: /

В языке Си символ / указывает на операцию деления. Величина, стоящая слева от этого знака, делится на величину, расположенную справа от этого знака. Например, в результате выполнения оператора

l = 126.0 / 2.0;

переменной l будет присвоено значение 63.0. Над данными целого типа операция деления производится не так, как над данными с плавающей точкой: в первом случае результат будет целым числом, а во втором - числом с плавающей точкой. В языке Си принято правило, согласно которому дробная часть у результата деления целых чисел отбрасывается. Это действие называется "усечением".

Рассмотрим пример, как выполняется усечение и чем деление целых чисел отличается от деления чисел

сплавающей точкой:

main( )

{

printf("деление целых: 5/4 это %d \n", 5/4); printf("деление целых: 6/3 это %d \n", 6/3); printf("деление целых: 7/4 это %d \n", 7/4);

printf("деление чисел с плавающей точкой: 7./4. это %2.2f \n", 7./4.); printf("смешанное деление: 7./4 это %2.2f \n", 7./4);

}

Последний пример на использование смешанных типов, т.е. деление вещественного числа на целое. Язык Си менее строго подходит к подобным вопросам, и позволяет выполнять такие операции.

! Смешения типов следует избегать!

Результат выполнения указанной программы:

деление целых: 5/4 это 1

деление целых: 6/3 это 2

деление целых: 7/4 это 1

деление чисел с плавающей точкой: 7./4. это 1.75

смешанное деление: 7./4 это 1.75

В результате деления целых чисел происходит отсечение дробной части. Когда мы смешиваем целые числа и числа с плавающей точкой, результат будет таким же, как если бы оба операнда были числами с плавающей точкой. В этом случае перед делением целое преобразуется в число с плавающей точкой. Для того чтобы понять, что происходит в тех случаях, когда в одном операторе используется несколько операций, рассмотрим порядок выполнения операций. Совершенно очевидно, что изменение порядка выполнения действий может приводить к различным результатам. В языке Си каждой операции назначается уровень старшинства. Умножение и деление имеют более высокий уровень, чем сложение и вычитание, поэтому они выполняются первыми. Если же две операции имеют один и тот же уровень старшинства, они выполняются в том порядке, в котором присутствуют в операторе. Для большинства операций обычный порядок - слева направо. Операция = является исключением из этого правила. Многие программисты предпочитают представлять порядок вычислений с помощью дерева выражений. Например, выражение

(a+b)*c

будет выглядеть так:

*

/\

+ c

a b

Мы можем составить таблицу правил описанных нами операций. В дальнейшем мы приведем таблицу, где содержатся правила, относящиеся ко всем операциям языка Си.

Таблица 1.1. Операции в порядке уменьшения уровня старшинства

Операции Порядок вычисления

+ - (вычитание) слева направо

=справа налево

Дополнительные операции

В языке Си имеется около сорока операций. Те операции, которые мы рассмотрели, являются наиболее общеупотребительными. Рассмотрим еще три операции, наиболее используемые программистами.

Операция деления по модулю: %

Эта операция используется в целочисленной арифметике. Ее результатом является остаток от деления целого числа, стоящего слева от знака операции, на число, расположенное справа от нее. Например, 63%5, читается как 63 по модулю 5, имеет значение 3, т.к. 63=12*5+3.

Врезультате выполнения оператора minutes=time%60;

переменной minutes будет присвоено значение остатка от деления time на 60.

Операция увеличения: ++

Операция увеличения осуществляет следующее простое действие: она увеличивает значение своего операнда на единицу. Существуют две возможности использования данной операции: первая, когда символы ++ находятся слева от переменной ( операнда ), - "префиксная" форма, и вторая, когда символы ++ стоят справа от переменной, - "постфиксная" форма. Эти две формы указанной операции различаются между собой только тем, в какой момент осуществляется увеличение операнда. Префиксная форма изменяет значение операнда перед тем, как операнд используется. Постфиксная форма изменяет значение после того как операнд использовался.

Впримере, j=i++;

переменной j сначала присваивается значение i, затем значение переменной i увеличивается на

1.

Операция уменьшения: --

Каждой операции увеличения соответствует некоторая операция уменьшения, при этом вместо символов ++ мы используем --. Когда символы -- находятся слева от операнда - "префиксная" форма операции уменьшения. Если символы -- стоят справа от операнда - это "постфиксная" форма операции уменьшения.

В соответствии с принятым в языке Си порядком вычислений операции увеличения и уменьшения имеют очень высокий уровень старшинства. Только круглые скобки обладают более высоким приоритетом. Поэтому выражение a/b++ означает (a)/(b++), а не (a/b)++.

!Не применяйте операции увеличения или уменьшения к переменной, присутствующей в более чем одном аргументе функции. Не применяйте операции увеличения или уменьшения к переменной, которая входит в выражение более одного раза.

Перечень операций языка Си

Рассмотрим множество операций языка Си. Описанные операции входят в это множество. Язык Си отличается их большим разнообразием. В этом разделе будет обсуждаться их семантика. Каждая операция характеризуется уровнем приоритета и порядком, в котором эти операции выполняются - слева направо или справа налево. Если все операции выражения имеют один и тот же уровень приоритета, то значение выражения вычисляется слева направо в соответствии с порядком выполнения операций. Все операции с одним и тем же уровнем приоритета имеют один и тот же порядок. Однако, если в выражении имеются операции с различными уровнями приоритета, то сначала выполняются операции с наивысшим уровнем приоритета, затем - следующего за ним приоритета и так далее в порядке убывания приоритета. Операции одного уровня приоритета выполняются в последовательности, указанной их порядком.

Операции, уровень приоритета которых равен 1

Операции вызова функции, индексирования и выбора. В качестве операций языка Си рассматриваются также скобки в вызове функции, квадратные скобки для индексирования массивов, точка и стрелка вправо для выбора компонентов структуры или объединения. Уровень этих операторов равен 1, все операции выполняются слева направо.

Операция вызова функции: ( )

Пример 1:

fe(e1, e2,...,en);

Вызов функции fe с аргументами e1, e2, ..., en. Значением этого выражения является значение, которое возвращает функция.

Пример 2:

x = sqrt (y);

Операция индексирования массива: []

Синтаксис:

array [2]

Значением выражения является третий элемент массива.

Присвоение значения 26 одиннадцатому элементу массива записывается таким образом:

array[10]=26;

Первый элемент массива описывается выражением array[0] (более подробно о массивах описано в лекции 12).

Операция выбора компонентов структуры или объединения: .

Синтаксис:

struct.element

Значением этого выражения является элемент element структуры struct или объединения (см. лекцию 14). Оператор:

struct.element=1963;

присваивает значение 1963 этому элементу.

Операция выбора компонентов структуры с указателем: ->

Синтаксис:

my_birthday->day,

my_birthday - указатель на структуру. Оператор:

Операции, уровень приоритета которых равен 2

Унарные операции. Для унарных операций требуется только один операнд ; эти операции либо префиксные, либо постфиксные. Операция sizeof имеет два варианта: префиксная операция и унарная операция.

Операция косвенной ссылки: *

Это указатель на любой тип T, кроме void. Тип результата T. Использование:

*pe

Значением выражения является переменная, адресуемая указателем pe. Пример 1:

*ptr=c;

Пример 2:

*fpe;

Значением выражения является функция, адресуемая указателем fpe. Пример 3:

fpe=*funcname;

(*fpe)(arg1, arg2);

Операция получения адреса: &

У этой операции тип операнда есть переменная любого типа, кроме void. Тип результата - указатель на Т.

Использование:

&v

Значением выражения является адрес переменной v. Пример:

myptr=&n;

Операция отрицания: -

Тип операнда - арифметический. Тип результата: unsigned, long, double, int.

Операция логического отрицания: !

Тип операнда - арифметический или указатель. Тип результата - int. Если операнд равен 0, то результат равен 1 и наоборот.

Пример:

if(!good) printf("not good");

Операция дополнения до 1: ~

Тип операнда - интегральный. Тип результата: int, long, unsigned. Пример:

opposite=~mask;

Тип операнда - арифметический или указатель. Тип результата: int, unsigned, long, double, указатель. Значение операнда увеличивается, и становится новым значением операнда. Значение указателя увеличивается на величину указываемого объекта, значения других операндов увеличиваются на единицу.

Операция увеличения, постфиксная: ++

Тип операнда - арифметический или указатель. Тип результата: int, unsigned, long, double, указатель. Значение операнда увеличивается, но возвращается старое значение операнда. Значение указателя увеличивается на величину указываемого объекта, другие операнды увеличиваются на единицу.

Использование:

iv++

Увеличение iv на 1. Значением этого выражения является значение iv до увеличения.

Пример:

j=i++;

Использование:

pv++;

Увеличение указателя pv на 1, так что он будет указывать на следующий объект того же типа. Значением этого выражения является значение pv до увеличения.

Пример:

*ptr++=0;

Присвоить значение 0 переменной, на которую указывает ptr, затем увеличить значение указателя ptr так, чтобы он указывал на следующую переменную того же типа.

Операция уменьшения: --

Тип операнда - те же, что и для ++. Тип результата - те же, что и для ++.

Использование:

--iv

Уменьшение iv на 1. Значением этого выражения является значение iv после уменьшения.

Пример: i=--j;

Операция уменьшения (постфиксная): --

Тип операнда - те же, что и для ++ (постфиксная).

Использование: iv--

Уменьшение iv на 1. Значением этого выражения является значение iv до уменьшения.

Пример: j=i--;

Операция определения требуемой памяти в байтах: sizeof

Пример:

n=sizeof(arname)/sizeof(int);

Число элементов в массиве целых чисел, определяемое как число байт в массиве, поделенное на число байт, занимаемых одним элементом массива.

Операции, уровень приоритета которых равен 3

Мультипликативные операции. Порядок выполнения мультипликативных операций - слева направо.

Операция умножения: *

Тип операндов - арифметический. Тип результатов: int, unsigned, long, double.

Использование:

ae1*ae2

Произведение значений ae1*ae2.

Пример:

z=35*5;

Операция деления: /

Тип операндов - арифметический. Тип результата - int, unsigned, long, double.

Использование: ae1/ae2

Частное от деления ae1 на ae2. Пример:

i=j/7;

Операция получения остатка: %

Тип операндов - интегральный. Тип результата int, unsigned, long. Знак остатка машиннозависим.

Использование:

ae1%ae2

Остаток от деления по модулю. Пример:

j=i%2;

Если i четное число, то j равно нулю.

Операции, уровень приоритета которых равен 4

Уровень приоритета аддитивных операций равен 4. Выполняются эти операции слева направо.

Операция сложения: +

Тип операндов:

1.арифметический;

2.один операнд указатель, другой - интегрального типа; оба операнда не могут быть указателями.

Тип результата: int, unsigned, long, double, указатель. Перед сложением значение целого операнда умножается на величину элемента данных, тип которых соответствует типу указателя.

Использование:

ae1+ae2

Сумма значений ae1 и ae2.

Пример 1:

i=i+100;

Первоначальное значение i увеличивает на 100.

Пример 2:

last=arname+arsize-1;

Присваивает переменной last адрес последнего элемента массива arname.

Операция вычитания: -

Тип операндов:

1.арифметический;

2.один операнд - указатель, другой - интегрального типа;

3.операнды - указатели одного типа.

Впервом случае тип результата: int, unsigned, long, double. Во втором случае тип результата - указатель. До вычитания значение целого операнда умножается на величину элемента данных, тип которых соответствует типу указателя. В третьем случае тип результата - int. Результат - число

объектов, отделенных двумя указателями.

Арифметические действия с указателями. Арифметические действия с указателями отличаются от арифметических действий с обычными целыми значениями, и определяются следующим образом. Предположим, что i является целым выражением, а указатели p и q указывают на элементы типа Т. Сложение значения i и p эквивалентно сложению числа ячеек памяти в байтах, занятых i элементами типа Т. Аналогично определяется операция вычитания. Результат вычитания двух указателей типа Т является не разностью значений двух указателей, а числом элементов типа Т, размещенных между ячейками, ссылки на которые обеспечиваются указателями. Никакие другие арифметические действия с указателями не допускаются. Вычитание указателей имеет смысл только для указателей, ссылающихся на элементы одного и того же массива, поскольку только в этом случае разность адресов элементов массива всегда равна произведению целого значения на величину элемента.

Использование:

ae1-ae2

Разность значений ae1 и ae2.

Пример 1:

i=j-100;

Использование:

pe-ie

Адрес переменной типа pe, меньше на ie адреса, заданного указателем pe.

Пример 2:

first=last-arsize+1;

Использование:

pe1-pe2

Число переменных типа pe в диапазоне от pe2 до pe1.

Пример 3:

arsize=last-first;

Операции, уровень приоритета которых равен 5

Уровень приоритета операций сдвига равен 5. Порядок выполнения операций - слева направо.

Операция сдвига влево: <<

Тип операнда - интегральный. Тип результата - такой же, как у левого операнда. Правый операнд преобразуется к типу int. Левый операнд сдвигается на число разрядов, равное значению правого операнда. Освобождающие разряды заполняются нулями.

Использование:

ie1<<ie2

Двоичное представление ie1 сдвигается влево на ie2 разрядов, освобождающие разряды заполняются нулями.

Пример:

four=x<<2;

Операция сдвига вправо: >>

Тип операнда - интегральный. Тип результата - такой же, как у левого операнда. Правый операнд преобразуется к типу int. Левый операнд сдвигается на число разрядов, равное значению правого операнда. Сдвиг будет логическим сдвигом, если левый операнд имеет тип unsigned.

Использование:

ie1>>ie2

Двоичное представление ie1 сдвигается вправо на ie2 разрядов. Сдвиг вправо может быть арифметическим (т. е. освобождающиеся слева разряды заполняются значениями знакового разряда) или логическим в зависимости от реализации, однако гарантируется, что сдвиг вправо целых чисел без знака будет логическим и освобождающиеся слева разряды будут заполняться нулями.

Пример:

x=x>>3;

Операции, уровень приоритета которых равен 6

Уровень приоритета операций отношения равен 6. Выполняются эти операции слева направо.

Операция меньше: <

Тип операндов - арифметический или указатель. Тип результата - int.

Использование:

ae1<ae2

Истина, если ae1 меньше, чем ae2.

Пример:

if(x<0) printf("negative");

Операция больше: >

Тип операндов - арифметический или указатель. Тип результата - int.

Использование:

ae1>ae2