Лекция 3. Операторы и выражения¶

Выражения и операторы¶

• Программа строится из операторов.
• Операторы включают в себя выражения.
• Выражение представляет собой комбинацию операций и операндов.
• Выражение имеет некоторое значение (которое можно сохранить в памяти), а оператор значения не имеет.
• У оператора есть некоторый результат (побочный эффект), например повторение действия.

Понятие оператора¶

Существуют операторы преобразования данных и операторы управления работой программы.

Характеристики операций¶

• Ассоциативность (левоассоциативные, правоассоциативные)
• Количество аргументов (унарные, бинарные, тернарные)
• Приоритет
• Префиксная и постфиксная форма (для ++, — —)

Приоритет операций¶

Результат операций¶

В языке Си у операций могут быть следующие результаты:

• Числовая константа, означающая результат присвоения, математического выражения, адрес ячейки памяти.
• Числовая константа, означающая логическое значение (0 - ложь, 1 - истина).
• Ссылка на область памяти.

В Си не имеется встроенного логического типа со значениями true и false, но любое ненулевое целое значение означает истину, а нулевое - ложь.

Арифметические операции¶

Знак / всегда означает деление. Однако если с обеих сторон от этого знака стоят целые величины (константы, переменные или их комбинации), он означает целочисленное деление. Если в результате такого деления получается остаток, С++ его отбрасывает.

Знак % означает выделение остатка при целочисленном делении. Эта операция требует, чтобы с обеих сторон от ее знака стояли целые величины

a = 10/2;       // 5 (остатка нет)
b = 300/100;    // 3 (остатка нет)
c = 10/3;       // 3 (остаток отброшен)
d = 300/165;    // 1 (остаток отброшен)
e = 10%3;       // 1 (остаток)
f = 20/4;       // 5 (остатка нет)

Присваивание¶

Особенностью Си является возможность комбинирования операции присваивания с другими операциями, а также выполнение множественного присваивания.

a=b=c=d=10;
value=15*(a=9-b);

Существуют два класса выражений:

l-value (левостороннее выражение. Может стоять слева от присваивания)

r-value (правостороннее выражение. Может стоять справа от присваивания)

Составное присваивание¶

Эта группа операций позволяет совместить арифметику и присваивание, что дает выразительность и удобочитаемость программам.

Преобразование типов¶

В различных выражениях могут встречаться данные как одного, так и разных типов. Компилятор может выполнять операцию приведения типов по-умолчанию, действуя согласно простого правила: короткие типы приводятся к длинным. Если необходимо изменить стандартное преобразование, то вводят явное приведение типов.

int a=10,b=20;
float c=7.9,d;

d=c+(float)a;        // a приводится к float
b=(int)(d+(float)b); // двойное приведение

Сравнение¶

Операции сравнения являются бинарными и используются для сравнения двух значений

Результатом операции сравнения выступают целые числа 0 и 1. Первое означает ложь, второе - истину.

Не следует путать присваивание = и равенство ==

Логические операции¶

Для создания более сложных выражений из простых существуют логические операции, которые реализуют логическое отрицание, умножение и сложение.

Для логических умножения и сложения действует принцип: если результат первого подвыражения определяет результат всего выражения, то второе и последующие подвыражения не выполняются.

d = (a==b) && printf("Hello\n");

В приведенном примере, если \(a\) равно \(b\) , строка Hello появляется на экране, иначе не появляется.

Значения операций¶

z=(x>y)?1:0;
max=(a>b)?a:b;

Инкремент и декремент¶

Данные операции могум использоваться в префиксной и постфиксной формах. основная разница - изменение приоритета.

Код

int a=0,b=0;
a=++b;

будет эквивалентен следующему

int a=0,b=0;
b=b+1;
a=b;

Код

int a=0,b=0;
a=b++;

будет эквивалентен следующему

int a=0,b=0;
a=b;
b=b+1;

Правила вычислений

1. Постфиксная форма
2. СНАЧАЛА переменная изменяется на 1;
3. и только после этого используется в выражении.
4. Префиксная форма
5. старое значение переменной сохраняется для использования в дальнейшем выражении, в котором встретилась эта переменная;
6. и только ПОСЛЕ этого ее значение СРАЗУ ЖЕ изменяется на 1.

Операции инкремента/декремента¶

Корректные выражения

int x=10;
int y=2;
int z=x++ + --y;
// вывод 11
printf("%d",z);

Некорректные выражения

int y=2,n=3;
// результат может быть разным
int nextnum=(y+n++)*n;
// вывод 4 15 в MS VC++ 2005
printf("%d %d",n,nextnum);

z=++x + x++; // результат не определён
++x++;       // попытка изменить l-value

Что можно сказать о следующей программе?

int main()
{
  int x=10,y=20;
  x++=--y;
  printf("%d %d\n",x,y);
  return 0;
}

pause

Ошибка компиляции: l-value required as left operand of assignment

Неопределенное поведение¶

Пример:

int i = 5;
i = ++i + ++i;

При его выполнении переменная i может принять значения 13 или 14 для C/C++, 13 для Java, PHP и C#, 12 при реализации на LISP.

Неопределенность в языке C/C++ связана с тем, что согласно стандартам С и С++ побочные эффекты (то есть инкремент в данном случае) могут быть применены в любой удобный для компилятора момент между двумя точками следования (см. раздел Дополнительная информация).

Основные алгоритмические конструкции¶

• следование
• ветвление
• цикл

Классификация операторов¶

• простые
• составные

• прочие (оператор-выражение)

Оператор if¶

Простые формы

if(exp1)
   exp2;

if(exp1)
   exp2;
else
   exp3;

if(exp1)
   exp2;
else if(exp3)
   exp4;

Составные формы

if(exp1)
{
  ...
  ...
}
else if (expr2)
{
  ...
  ...
}
else
{
  ...
  ...
}

Примеры if¶

Несколько версий одной и той же программы

int main()
{
   int val;
   printf("Enter a number: ");
   scanf("%d",&val);

   if(val>0)
      puts("You entered a positive number!");
   else if(val<0)
      puts("You entered a negative number!");
   else
      puts("You entered ZERO!");
   return 0;
}

int main()
{
   char mes[]="You entered";
   char numbers[][20]={"a positive number","a negative number","ZERO"};
   int val;
   printf("Enter a number: ");
   scanf("%d",&val);

   if(val>0)
      printf("%s %s!\n",mes,numbers[0]);
   else if(val<0)
      printf("%s %s!\n",mes,numbers[1]);
   else
      printf("%s %s!\n",mes,numbers[2]);

   return 0;
}

int main()
{
   char mes[]="You entered";
   char numbers[][20]={"a positive number", "a negative number","ZERO"};
   int val,choice;
   printf("Enter a number: ");
   scanf("%d",&val);

   if(val>0)
      choice=0;
   else if(val<0)
      choice=1;
   else
      choice=2;

   printf("%s %s!\n",mes,numbers[choice]);
   return 0;
}

int main()
{
   char mes[]="You entered";
   char numbers[][20]={"a positive number", "a negative number","ZERO"};
   int val;
   printf("Enter a number: ");
   scanf("%d",&val);

   printf("%s %s!\n",mes,numbers[val>0?0:(val<0?1:2)]);
   return 0;
}

Удачные/неудачные конструкции¶

if(coord_x>20)
   if(coord_x<30)
      flag=0;
else
   flag=1;


if(coord_x>20)
{
   if(coord_x<30)
      flag=0;
   else
      flag=1;
}

if(coord_x>20)
   if(coord_x<30)
      if(coord_y<40)
         ;
      else
         flag=1;


if(coord_x>20 && coord_x<30)
   flag=0;
else
   flag=1;

Удачные и неудачные конструкции¶

Среди всех приведенных конструкций наиболее удачной следует признать последнюю, так как она лишена нагромождений и воспринимается однозначно.

Если необходимо сравнить значение переменной с набором констант, то лучше отказаться от if в пользу switch

Сложные выражения¶

int coord_x;
int ret,flag;
if((ret=scanf("%d",&coord_x))!=1||(coord_x<0||coord_x>40))
     printf("Error!\n");
else
     printf("flag=%d\n",(coord_x%10>0)?flag=1:flag=0);

Оператор switch¶

switch(exp1)
{
   case const1:
     exp2;
   case const2:
     exp3;
   ...
   default:
     expN;
}

switch(exp1)
{
   case const1:
      exp2;
      break;
   case const2:
      exp3;
      break;
   default:
      expN;
}

int count=0;
int count_a=0;
int count_b=0;
...
switch(ch)
{
   case 'a':
      count_a++;
   case 'b':
      count_b++;
   default:
      count++;
}

switch(ch)
{
   case 'a':
      count_a++;
      break;
   case 'b':
      count_b++;
      break;
   default:
      count++;
}

Вопрос: Чему будут равны значения переменных, если строка: babah!?

Операторы цикла¶

В Си существуют операторы с предусловием и постусловием. Особенность первых состоит в том, что условное выражение находится у них перед телом, так что возможно выполнить тело один раз, а возможно - ни разу. Циклы с постусловием обеспечивают выполнение тела хотя бы один раз, проверочное выражение находится у них после описания тела.

• Циклы с предусловием: while(), for()
• Циклы с постусловием: do..while()

Оператор while¶

while (exp1)
  exp2;

while(exp1)
{
   expr2;
   expr3;
   ...
}

int count=10;
while(count>=0)
{
   puts("Hello!");
   count--;
}

char str[]="A simple string";
int i=0;

while(str[i]!='\0')
   putchar(str[i++]);

char str[]="A simple string";
int i=0;

while(str[i]!=0)
   putchar(str[i++]);


char str[]="A simple string";
int i=0;

while(str[i])
   putchar(str[i++]);

char str[]="A simple string";
int i=0,count=0;

while(str[i])
{
   if(str[i]>='A'&&str[i]<='Z')
      count++;
   i++;
}

Найдите ошибку:

char str[]="A simple string";
int i=0,count=0;

while(str[i])
   if(str[i]>='A'&& str[i++]<='Z')
      count++;

char str[]="A simple string";
int i=0;

while(str[i])
   if(str[i]>='A'&&str[i]<='Z')
      putchar(str[i]+'a'-'A');

char str[]="A simple string";
int len=0;

while(str[len++]);
   printf("String length:%d\n",
           len-1);

Ошибки при организации while¶

В чем состоит ошибка?

int main(){ /* печать фразы 10 раз */
{
   int i;
   while(i < 10){
      printf("%d\n", i+1);
      i++;
   }
}

Оператор do while¶

Это цикл с постусловием. Тело цикла выполняется как минимум 1 раз

do
   exp1;
while(exp2);

do
{
   exp1;
   exp2;
   ...
}
while(exp1);

int val;
do
{
   fflush(stdin);
   printf("Enter a positive number\n");
   scanf("%d",&val);
}
while(val<=0);

Оператор for¶

Формат

for(exp1;exp2;exp3)
   exp4;

for(exp1;exp2;exp3)
{
   exprs;
}

Порядок выполнения

exp1
exp2  ->
exp4
exp3
exp2  ->

int main()
{
   int top=0, bot=0, len;
   char str[256],temp;
   fgets(str,256,stdin);
   len=strlen(str);             // определяем длину введенной строки
   if(str[len-1]=='\n')         // удаляем хвостовой \n
      str[len-1]=0;
   while(str[bot++]);           // bot указывает на символ после \0
   for ( bot-=2; top < bot ; top++, bot--)
   {
      temp=str[top];
      str[top]=str[bot];
      str[bot]=temp;
   }
   puts(str);
   return 0;
}

int main()
{
   const int ROWS=6;
   const int CHARS=6;
   int row;
   char ch;
   for(row=0;row<ROWS;row++)
   {
      for(ch=('A'+row);ch<('A'+CHARS);ch++)
          putchar(ch);
      putchar('\n');
   }
   return 0;
}

Оператор for¶

ABCDEF
BCDEF
CDEF
DEF
EF
F

Спагетти-код¶

Пример спагетти кода на языке BASIC:

10 i = 0
20 i = i + 1
30 IF i <= 10 THEN GOTO 70
40 IF i > 10 THEN GOTO 50
50 PRINT "Программа завершена."
60 END
70 PRINT i; " квадрат = "; i * i
80 GOTO 20

Тоже самое, но без goto:

FOR i = 1 TO 10
    PRINT i; " квадрат = "; i * i
NEXT i
PRINT "Программа завершена."

Оператор break¶

Назначение break - прерывать цикл или тело switch:

/* Распечатываем числа с 1 по 15 и выходим */
int i=1;
for(;;)
{
   printf("%d\n",i);
   if(i==15)
      break;
}

Оператор continue¶

/* Распечатываем нечётные числа  с 1 по 100 */
for(int i=1;i<=100;i++)
{
   if(i%2==0)
      continue;
   printf("%d\n",i);
}