Давыдов В.Г. - Программирование и основы алгоритмизации - 2003

5. Пусть определен массив

±nt

а[ 25

];

Напишите фрагмент Си-программы, который напечатает с новой строки значения элементов массива "а" по пять элементов в строке и по десять позиций на элемент. Решить задачу с помощью цикла while.

6. При каких исходных значениях "А:" приведенный ниже цикл бу­ дет выполняться бесконечно?

±zit	к;
wh±lG(	к < 5 ) к+ + ;

5.ВЫРАЖЕНИЯ И ОПЕРАЦИИ

Вязыках Си/С++ предусмотрен богатый набор операций. В дополнение к традиционным арифметическим, логическим операци­ ям, операциям отношения и присваивания предусмотрены сокра­ щенные версии этих операций, побитовые операции и операции над адресами (указателями). Рассмотрим операции и выражения, ис­ пользующие их, кроме операций над адресами и побитовых опера­ ций, которые будут рассмотрены ниже.

Можно выделить шесть категорий операций:

•ссылки;

•унарные операции;

•бинарные операции;

•тернарные операции;

•присваивания;

•операция "запятая".

Операции ссылки используются, в основном, для доступа к элементам массивов и структур.

Унарные операции воздействуют на одно значение или выра­ жение.

В бинарных операциях участвуют два выражения, а в тернар­ ных - три.

Приоритеты операций в порядке их убывания и порядок вы­ полнения операций с одинаковым приоритетом указаны в табл. 16. Из приведенной таблицы следует, что в особый класс бинарных операций выделены операции присваивания.

Табл. 16. Приоритеты и порядок выполнения операций

Наименование	Знаки операций	Порядок
операций		выпол­
		нения
Разрешение области		Нет
видимости
Ссылочные	[ ] - доступ по индексу: адрес_начала[ выражение ]	Слева -
	или выражение[ адрес_начала ])	направо
	( ) — управление порядком выполнения операций в
	выражении; вызов функции:
	имя_функции( списокпараметров );
	конструирование значения:
	тип(списокпараметров)
	. — выбор члена класса посредством объекта:
	объект, членкласса
	-> - выбор члена класса посредством указателя:
	указатель->член класса

111

Наименование

операций

Унарные

Мультипликативные

бинарные

Аддитивные бинарные

Сдвига бинарные

продолжение табл. 16

Знаки операций	Порядок
	выпол­
	нения
++ - постфиксный инкремент: lvalue++	Нет
— постфиксный декремент: lvalue-
new - динамически создать объект (выделить
динамическую память): new type или
new type( списоквыражений)
delete — уничтожить объект (освободить
динамическую память): delete указа-
гел ьнаобъект
delete[ ] - уничтожить массив объектов:
delete указательнамассивобъектов

++- префиксный инкремент: -ь+lvalue

—префиксный декремент: —lvalue

*- разадресация (разименование): * выражение

&- получение адреса объекта: & lvalue

+- унарный плюс: + выражение

—- унарный минус: - выражение

!- логическое отрицание (not): !выражение '- - поразрядное дополнение: -выражение sizeof - размер в байтах: 812еоГ(объект) или sizeof(THn)

typeidO - идентификация типа времени выполнения: typeid(type)

(type) - приведение типа: (type)выpaжeниe - приведение типа выражения к типу в скобках (старый стиль), выполняется справа-налево

COnst_cast — константное преобразование типа: const_cast<type>(выpaжeниe)

dynamic_cast - преобразование типа с проверкой во время выполнения:

dynamiccast <1уре>(выражение) reinterpret__cast - преобразование типа без проверки: reinteфret_cast<type>(выpaжeниe)

static__cast — преобразование типа с проверкой во время компиляции: static cast<type>(выpaжeниe)

.* - выбор члена класса посредством объекта: объект. *указатель_на_член_класса, выполняется слева-направо

->* - выбор члена класса посредством указателя на объект:

указатель на объект ->* указатель на член класса,

выполняется слева-направо

* - умножение: выражение * выражение			Слева -
/ - деление: выражение / выражение			| направо
% - остаток от деления (деление по модулю):
выражение % выражение
+ - сложение: выражение -^ выражение			Слева -
- - вычитание: выражение - выражение			направо
«	- сдвиг влево: выражение «	выражение	Слева -
»	- сдвиг вправо: выражение »	выражение	направо

112

Продолжение табл. 16

1	Наименование		Знаки операций		Порядок
	операций				выпол­
	Отношения бинарные				нения
		< - меньше: выражение < выражение			Слева —
		> - больше: выражение > выражение			направо
		<= - меньше или равно: выражение <= выражение
	Отношения бинарные	>= - больше или равно: выражение >= выражение			Слева —
		== - равно: выражение == выражение
		!= - не равно: выражение != выражение			направо	|
	Поразрядная "И"	& - поразрядное умножение:			Слева -
	бинарная	выражение & выражение			направо
	Поразрядная	^ - выражение '^ выражение			Слева -
	"ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ				направо
	ИЛИ" бинарная
	Поразрядная	1 - выражение | выражение			Слева -
	"ВКЛЮЧАЮЩЕЕ				направо
	ИЛИ" бинарная				Слева -
	Логическая "И"	&& - логическое умножение:
	бинарная(and)	выражение && выражение			направо
1	Логическая "ИЛИ"	ii - логическое умножение: выражение || выражение			Слева -
	бинарная (or)				направо
	Условная тернарР1ая	?: - выражение ? выражение : выражение			Справа-
					налево
	Простое присваивание	= - lvalue = выражение			Справа —
					налево
	Совмещенное	*= - выражение *= выражение			Справа —
	присваивание	/= - выражение /= выражение			налево
		%= - выражение %= выражение
		+= - выражение += выражение
		-= - выражение -= выражение
		« =	- выражение « =	выражение
		» =	- выражение » =	выражение
		&= - выражение &= выражение
		1= - выражение |= выражение
Генерация исключения		^= - выражение ^= выражение			Нет
		throw - throw выражение
	Запятая	, - выражение , выражение			Слева -
	(последовательность)				направо	|

5.1. Операции ссылки

Порядок выполнения операций (раньше - позже) определяется их приоритетом. Операции с одинаковым приоритетом могут вы­ полняться в порядке их появления в выражении слева - направо или справа - налево. В этом плане операции ссылки после операции раз­ решения области видимости имеют наивысший приоритет и выпол­ няются слева - направо (табл. 16).

Имеются следующие разновидности операций ссылки:

• ссылка на элемент массива [ ];

113

•ссылка на элемент структуры .;

•ссылка на элемент структуры с помощью указателя ->.

Особое место в этой группе занимает операция "()", служащая для управления порядком выполнения операций в выражении. Объ­ ясняется это тем, что данная операция, как и другие операции ссыл­ ки, имеет наивысший приоритет.

Ссылка на элемент массива. Операция предназначена для выделения конкретного элемента массива. Чтобы использовать эту операцию, выражение, называемое индексным и имеющее целое значение, заключают в квадратные скобки и записывают после име­ ни массива:

^define		N100		//	Размер	массива
±nt				arr[ N ]; //	Определение		массива	целого	типа
. . .	агг[	i+2	J	//	из N	элементов		массива
				//	Ссылка	на	элемент
. . .	arrf	12	]	//	Ссылка	на	элемент	массива

Повторно напомним, что у массива, содержащего N элементов, значения индекса изменяются в диапазоне от О до Л^-1. Имя массива, записанное без операции ссылки, означает адрес первого элемента массива:

агг эквивалентно <&агг/" О ]

Алгоритм выполнения ссылки на элемент массива следующий (например, для агг[ i+2 ]):

1. Вычислить значение выражения, которое служит индексом. Пусть, например, результат s = i+2.

2. Преобразовать s в сдвиг в массиве элемента с индексом /+2 относительно начала массива. Для этого следует умножить s на раз­ мер отдельного элемента массива:

shift = S '* s±zeof( ±nt )

	3.	Вычислить адрес элемента массива по формуле:
adr	=	arr+shift	= arr+s*slzeof	(int)	= &arr	[ 0] -hs'^slzeof	(int)
	Эта функция		получила название		функции	индексации.	В	ней
агг	= 8сагг[ О ] означает адрес первого элемента массива (адрес							на­
чала массива).
	4.	Извлечь значение, находящееся по этому адресу.
	Нетрудно заметить, что для доступа к элементам одномерного

массива нужно выполнить довольно много работы - одно умножение

114

и одно сложение. Поэтому работа с массивом по сравнению со ci^- лярными объектами происходит существенно медленнее и это сле­ дует иметь в виду.

Получим функцию индексации для двумерного массива. Дву­ мерный массив (в математике его называют матрицей) располагает­ ся в оперативной памяти по строкам - сначала располагаются эле­ менты первой строки матрицы в порядке возрастания индексов и адресов оперативной памяти, затем - второй строки и т.д.

#define

N10

//

Строчный

размер

матрицы

(массива)

#define

М 9

//

Столбцовый

размер

массива

//

Определение

двумерного

массива

short

±nt

two_arr[

N ][

М

]/

//

Функция

индексации

для

элемента

массива

two__arr[i]

[j] :

//

1.

Вычисляем

значения

индексных

выражений,

указанных

в

//

квадратных

скобках

(в

данном

случае

этого

не требуется) .

//

2.

Вычисляем

сдвиг

указанного

элемента

относительно

начала

//

массива

shift

= (i*M+j)

*s±zeo£(shoirb

int) .

//

3,

Тогда

функция

индексации,

дающая

адрес

оперативной

//

памяти,

по

которому

находится

элемент

массива

//

two__aгг

[i ] [j ] ,

имеет следующий

вид:

(i*M+j)

//

adr

= two_arr-hshift

=

8ctwo_arr[0]

[0] +

//

*3±zeof(

short

i n t

; .

Для доступа к элементам двумерного массива вычислительной работы еще больше - на каждый элемент два умножения и два сло­ жения. Поэтому для повышения быстродействия надо избегать ис­ пользования массивов вообще и особенно массивов высокой раз­ мерности.

Ссылка на элемент структуры. Ссылка на элемент структу­ ры осуществляется с помощью операции, обозначаемой точкой. Вы­ ражение

current .stip (см. подразд. 3.9.3 о структурах)

представляет значение элемента stip структуры current. Так как структуры могут быть вложенными, то вложенность распространя­ ется и на ссылку на элемент структуры. Например,

bigstr.smallstr.elem

представляет элемент elem структуры smallstr^ которая, в свою оче­ редь, является элементом структуры bigstr.

Операция ссылки на элемент структуры с помощью указателя выглядит следующим образом:

115

STUDENT__INFO	s_data,	//		Структура
	*ps_data	=	&s__data;		на эту же структуру
		//	Указатель
. . . s_data.stlp	/* эквивалентно			*/	ps__data->stlp

5.2. Унарные операции

Приоритет унарных операций ниже, чем операций ссылок и выполняются они справа налево (см. табл. 16). Унарные операции представлены в табл. 17.

Табл.17. Унарные операции

-	Инвертирование знака
f	Логическое отрицание
++ —	Увеличение, уменьшение
sizeo/{ имя типа )	Размер в байтах
(спецификация типа)выражение	Преобразование типа
~	Поразрядная инверсия (обсуждается ниже в
& *	разделе "Поля битов и побитовые операции")
	Адресация, разадресация (обсуждается ниже
	в разделе "Указатели")

Унарный минус. Является обычной арифметической операци­ ей изменения знака и может использоваться в выражении любого арифметического типа.

При использовании операции "-" тип результирующего значе­ ния тот же, что и тип операнда, над которым выполняется операция.

Логическое отрицание. Операция отрицания "!" изменяет значение "истина" на значение "ложь", а значение "ложь" - на значе­ ние "истина". Напомним, что значению "истина" соответствует не­ нулевое целое значение, а значению "ложь" - нуль.

Увеличение и уменьшение. Операции "++" и "—" могут пред­ шествовать операнду (префиксные операции) или следовать за ним (постфиксные операции). Эти операции соответственно добавляют или вычитают единицу из значения операнда и присваивают ему по­ лученный результат:

		X	=	X	-h	1;	/'^	эквивалентно	*•/	++х;
		у	=	у	-	1;	/*	эквивалентно	V	--у;
X	=	X	+	1;			/*	эквивалентны		= arrf	-h-i-x 7/
а	=	а г г		[	X	];

116

а	=	arr	[ X ];	/* эквивалентны	*/	а = arr [ к + + ];
к	=	к	+ 1;

При использовании "++" и "—" тип результирующего значения тот же, что и тип операнда, над которым выполняется операция.

Преобразование	типа. В языке	предусмотрено средство для
явного изменения типа выражения:
(	спецификация_типа	)выражение

"Спецификациятипа" может быть любым служебным словом, задающим спецификацию типа, например, int, short, long, float и т.д.

int

1

=

11000,

w =

4;

long

a;

//

Если целое

занимает 2

байта

(разрядность

процессора

16

//

бит),

то

здесь

возникает

ошибка при

умножении:

//

=

1

44000

>

32767.

Как

быть?

а

"^ w;

) (

1

* W ) ;

//

И

здесь

возникает

ошибка

при

а

=

(

long

а

=

(

long

)1

*

w;

//

умножении:

44000

> 32 767

//

Так

правильно!

Другим распространенным примером использования автома­ тического преобразования типа является преобразование типов ар­ гументов при вызове библиотечных функций языка Си. И еще одно важное замечание. В вызовах таких функций аргументы с типом float автоматически преобразуются к типу double, а аргументы с ти­ пом char преобразуются к типу int.

Операция sizeof Операция выполняется на этапе компиляции программы и дает константу, которая равна числу байтов, требуе­ мых для хранения в памяти данного объекта. Объектом может быть имя переменной, массива, структуры или просто спецификация ти­ па. Применение этой операции демонстрировалось выше.

Пример.

±пЬ	count,	iarrayl	10	];	) / sizeof	( ±nt
for( count	= 0; count	< slzeof(		larray			)	;
count++	)	= %d\n",		count,	iarrayl	count	]	) ;
printf(	"iarray[%d]

Применение операции sizeof всюду, rjxQ это возможно, счита­ ется хорошим стилем программирования.

117

5.3. Бинарные операции

п р и о р и т е т и порядок выполнения бинарных операций пред­ ставлены в табл. 16. Бинарные операции воздействуют на два выра­ жения:

выражение Ыпор выражение

Здесь Ыпор - одна из бинарных операций, приведенных в табл.

18.	Табл. 18. Бинарные операции
, /, %	Умножение, деление, взятие остатка от деления целого на целое
	Сложение, вычитание
»	Операции сдвига (обсуждаются в разделе "Поля битов и побитовые
	операции")
	Больше, меньше
	Больше или равно
	Меньше или равно
	Равно
&, м	Не равно
	Поразрядные логические операции (обсуждаются в разделе "Поля битов
	и побитовые операции")
&&,	Логическое И, логическое ИЛИ

Арифметические		операции:	"*", "/", "%", "+" и "-". Эти опе­
рации задают обычные действия над операндами					арифметического
типа. Операция "%" означает получение				остатка	от деления одного
г^елого числа на другое:
1	% j	дает значение	i -	( i/j )	* j
Примеры.	12 % 6 дает О, 13 % 6 дает			1, 3 % 6 дает 3 и т.д.

Если арифметическая операция или операция отношения со­ держит операнды различных типов, то компилятор выполняет авто­ матическое преобразование их типов, если замена типов явно не указана. Такое преобразование производится путем "продвижения"

значений операндов к "наибольшему" типу:
long	double	(наибольший			тип)
		double
		float
	unsigned		long	int
		long	int
	unsigned		int
		int
unsigned.	char	или unsigned			short	int
ciiax- или	short	int	(наименьший			тип)

118

Алгоритм выполнения очередной бинарной арифметической операции ("*", "/", "+", "-") или операции отношения ("<", ">", ">=", "<=", "==", "!=") состоит в следующем.

1. Если один операнд имеет тип long double, то и второй опе­ ранд преобразуется к типу long double и выполняется операция. Иначе производится переход к п. 2.

2.Все операнды с типом float преобразуются к типу double и производится переход к п. 3.

3.Если один операнд имеет тип double, то и второй операнд преобразуется к этому же типу и выполняется операция. Иначе вы­ полняется п. 4.

4.Если один операнд имеет тип unsigned long int, то и второй операнд преобразуется к этому же типу и выполняется операция. Иначе выполняется п. 5.

5.Если один операнд имеет тип long int, то и второй операнд преобразуется к этому же типу и выполняется операция. Иначе вы­ полняется п. 6.

6.Если один операнд имеет тип unsigned int, то и второй опе­ ранд преобразуется к этому же типу и выполняется операция. Иначе выполняется п. 7.

7.Если операнды имеют тип unsigned char и/или unsigned short int, то они преобразуются к типу unsigned int и выполняется опера­ ция. Иначе выполняется п. 8.

8.Если операнды имеют тип char и/или short int, то они пре­ образуются к типу int и выполняется операция.

Далее по такому же алгоритму выполняется следующая из пе­ речисленных выше арифметических операций и операций отноше­ ний.

Результат арифметической операции имеет такой же тип, как и тип операндов после преобразования. Результат операции отноше­ ния всегда имеет тип int (О - "ложь", "нет" и 1 - "истина", "да").

И еще раз повторим важное замечание. В вызовах функций ар­ гументы с типом float автоматически преобразуются к типу double, а аргументы с типом char преобразуются к типу int.

Операции отношения. Приоритеты и порядок выполнения операций отношения "<", ">", "<=", ">=", == и "!=** указаны в табл. 16. Операция "==" выполняет проверку на равенство, а операция "!=" - проверку на неравенство. Смысл остальных операций отноше­ ния очевиден.

Запись операции отношения имеет вид:

операнд!

операция__отношения

опера нд2

119