Операции языка Cи

Кафедра: Автоматика и информационные технологии



















ОПЕРАЦИИ ЯЗЫКА СИ




Содержание



ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦИЙ

Таблица приоритетов операций

Комментарии к операциям

Правила преобразований типов

В выражениях

В присваиваниях

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ

Основные арифметические операции

Операции присваивания.

Логические операции и операции инкремента.

Поразрядные операции.	

Отношения и условия

Выполнение операций и их приоритеты

Основные типы данных	

Приведение целых и вещественных типов

Приведение целых и вещественных выражений

ОТВЕТЫ К ЗАДАНИЯМ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК




Характеристики операций



Операция – это элементарная конструкция, которая возвращает некоторый результат. В отличие от операций, операторы – синтаксические конструкции, управляющие ходом выполнения программы. Основные операторы: условные переходы и циклы.

По количеству аргументов операции бывают унарные, бинарные и имеется одна тернарная операция «Условие».

Если одна и та же операция встречается в выражении несколько раз, то говорят о лево-ассоциативных и право-ассоциативных операциях. В первом случае данная операция выполняется слева направо, во втором – справа налево.



Таблица приоритетов операций

Операции, расположенные в таблице выше, имеют больший приоритет. 



Таблица 1

№ операции

Группа операций

Обозначение операции

Название операции

Название на сленге

Ассоциативность



первичные

()

круглые скобки

1. () [] -> :: .







[]

индексация

Квадратные скобки







->

Обращение к элементу структуры по указателю на структурную переменную

стрелка







::

Разрешение видимости

Четвероточие







.

Обращение к элементу структуры по имени структурной переменной

Точка





унарные

!

Логическое отрицание

Восклицательный знак

←





~

Побитовое инвертирование

Тильда

←





++

Автоматический инкремент ++х;

Отложенный инкремент х++

Плюс-плюс

←





--

Автоматический декремент --х;

Отложенный декремент х--

Минус-минус

←





-

Обращение знака

Минус

←





+

Подтверждение знака

плюс

←





(тип)

Явное приведение типа



←





*

Разыменование указателя

Звездочка

←





&

Взятие адреса

Амперсанд

←





sizeof

Размер в байтах аргумента

sizeof

←





new

Операция выделения динамической памяти

new

←





delete

Операция освобождения динамической памяти

delete

←



мультипликативные

*

умножение

умножение







/

деление

деление







%

Деление по модулю

процент





аддитивные

+

-

Сумма

разность

Сложение

Разность





сдвиги

<<

Побитовый сдвиг влево

Меньше-меньше







>>

Побитовый сдвиг вправо

больше-больше





отношения

<

<=

>

>=

Меньше

Меньше равно

Больше

Больше равно







Сравнение

==

Сравнение на равенство









!=

Сравнение на неравенство

3. .* ->*





поразрядные

&

Побитовое «И»

амперсанд







^

Побитовое взаимоисключающее «ИЛИ»

крышка







|

Побитовое «ИЛИ»

Побитовое «ИЛИ»





логические

&&

Логическое «И»

«И»







||

логическое «ИЛИ»

«ИЛИ»





Условие

?:

Условное выражение

Вопросительный знак

←



присваивания

=

Присваивание

Равно

←





*= /= %= += -= &= ^= |= <<= >>=

Комбинированные присваивания

Умножить равно и т.д.

←



запятая

,

запятая

запятая





Ассоциативность «слева направо» означает группировку операций таким образом: запись A1 @ A2 @ A3 означает ((A1 @ A2) @ A3).

Ассоциативность «справа налево» обрабатывает запись A1 @ A2 @ A3 как (A1 @ (A2 @ A3)).



Комментарии к операциям

1. () – самая сильная операция. Выражение (2*(4+5)) равно 18.

2. [] индексирует элементы массивов. А[3][6] – в третьей строке шестой элемент. Индексация начинается с нуля, то есть А[0][0] – начальный элемент массива.

3. Операция -> используется с указателями на структурные переменные и на объекты классов. Например,

struct Pixel

{

int x, y;

char col;

};



Pixel A, *ptr;

ptr = &A;

ptr->x = 100;

4. Операция :: применятся для обращения к глобальным переменным, скрытым локальными переменными.

int x = 2;

void main()

{

int x=5;

printf(“%d”, x + ::x); // 7

}

5. Операция “точка” используется с структурными переменными и над объектами классов. Например,

Pixel A;

А.x = 100;

6. В языке Си нет логических констант true и false. Вместо этого все, что не ноль считается истинным, а ноль любого типа считается ложью. При этом представителем истины является 1. 



Таблица 2.

Таблица истинности операции логического отрицания

x

ноль

не ноль

!x

1

0



7. Побитовое инвертирование применяется только к целым аргументам. Для получения результата аргумент необходимо преобразовать в двоичную систему счисления. Количество разрядов должно соответствовать типу аргумента. 



Таблица 3.

Таблица истинности

x

0

1

~x

1

0



Пример. 

char x = 20, y;

y= ~x;

Так как х = 20 = 000101002, то y = 11101011. Переменная y является знаковой, поэтому ее содержимое компилятор будет интерпретировать как число со знаком, то есть отрицательное. Найдем это число из схемы



y = 1110 1011

+

-y = 0001 0101

= 0000 0000



Так как –y = 21, то y = -21.

8. Автоматический инкремент увеличивает аргумент на единицу. Применяется к любым типам. Операция ++x эквивалентна оператору x = x + 1, но занимает меньше места и удобнее в сложных выражениях. Отложенный инкремент x++ увеличивает аргумент на единицу при следующей встрече этой переменной. Не учитывается ее использование в строках и комментариях. Заметим, что название языка Си++ происходит от этой операции Автор Си++ Б.Страустрап видимо, предполагал, что этот язык на порядок лучше своего предшественника, языка Си.

9. Операция декремента аналогично уменьшает аргумент на единицу.

Пример. int x = 2, y = 4, z;

z = x++ + ++x + y-- + --y;

В результате x = 4, y = 2, z = 2 + 4 + 4 + 3 = 13.

10. Операция –x является стандартной, она не меняет значения x. 

11. Операция +x лишена смысла.

12. Явное преобразование типа не меняет типа своего аргумента и влияет только на тип результата. Запись (int)2.1 вернет число 2. Используется, как правило, при работе с указателями. Для числовых констант применяется неявное преобразование типа. 

13. Операция «звездочка» применяется только к указателю и возвращает переменную, на которую указывает этот указатель. Может находиться в левой части операции присваивания (Lvalue) и в правой части (Rvalue). В первом случае результат операции – сама ячейка, на которую указывает указатель, Во втором случае – содержимое этой ячейки. 

14. Взятие адреса применяется к любому идентификатору, с которым связана область ОЗУ. Возвращает логический адрес самого левого байта памяти, которую занимает этот идентификатор. Это могут быть переменные базовых типов, другие указатели, элементы массивов, структурные переменные. Для определения типа результата этой операции, надо добавить к типу аргумента одну звездочку.

Пример.

int x = 3, y, *px;

px = &x; // указатель px указывает на переменную x

y =* px; // y=3

*px = y+1; // x=4

Типом выражения &y является int*, а тип записи &px это int **.

15. Операция sizeof возвращает размер «чего угодно» в байтах. Например, sizeof(float) = 4, sizeof(20) = 2, для дальних адресов sizeof(float*) = 4.

16. Операция new выделяет динамическую память и введена в языке Си++. Ее аналогом в Си является функция malloc. 

17. Операция delete освобождает динамическую память, выделенную ранее операцией new. Ее аналогом в Си является функция free.
Пример. 

int *pi = new int;

*pi = 100;

delete pi;

18. Умножение * является обычной операцией.

19. Деление / осуществляется обычным образом, если один из аргументов имеет вещественный тип. Если оба аргумента – целые, то операция возвращает только целую часть результата. 

20. Деление % применяется только для двух целых аргументов и возвращает целочисленный остаток от деления. 

Например, 20.0/3 = 6.33333, 20/3 = 6, 20%3 = 2. 

Пример. Имеет место тождество 

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

Пример. Если m – трехзначное целое число abc, то a = m/100, c = m%10, b = m%100/10. 

Мультипликативные операции имеют одинаковый приоритет.

21. Аддитивные операции обычны.

22. Бинарная операция сдвига используется для двух аргументов только целого типа. Левый аргумент надо преобразовать к двоичному виду. Правый аргумент указывает, на сколько бит необходимо произвести сдвиг. 
При сдвиге влево x << y левые биты числа x пропадают, новые биты справа заполняются нулями. Операция x << y равносильна умножению x  2y.

23. При сдвиге вправо x >> y правые биты числа x пропадают, новые биты слева заполняются знаком числа x. Если x отрицательно, то новые биты равны 1, при положительном х новые биты равны 0. Операция x >> y равносильна делению нацело x / 2y.

Пример. 

char x = 20, y = -10;

unsigned char z = 20;

Тогда x >> 2 = 0001 01002 >> 2 = 0000 01012 = 5

x << 2 = 0001 01002 << 2 = 0101 00002 = 80

x << 3 = 0001 01002 << 3 = 1010 00002 = 160 – 256 = -94 – логическая ошибка выхода за диапазон типа char

y >> 3 = 1111 01102 >> 3 = 1111 11102 = -2

z >> 3 = 0001 01002 >> 3 = 0000 00102 = 2

24-26. Операции отношения и сравнения обычны. В случае истины они возвращают 1, при нарушении возвращают 0.

27-29. Побитовые операции применяются для целых аргументов.



Таблица 4.

Таблицы истинности

&

0

1



^

0

1



|

0

1

0

0

0



0

0

1



0

0

1

1

0

1



1

1

0



1

1

1



Пример.

7 & 9 = 0000 0111 & 0001 0001 = 0000 00012 = 1

7 ^ 9 = 0000 0111 ^ 0001 0001 = 0001 01102 = 22

7 | 9 = 0000 0111 | 0001 0001 = 0001 01112 = 23

30-31. Логические операции возвращают 1 (истину) или 0 (ложь).

Компилятор оптимизирует логические выражения таким образом, что если по результату вычисленного подвыражения можно сделать вывод относительно результата всего выражения, то дальнейшее вычисление выражения не выполняется.

Пример.

7 && 9 = 1

32. Операция «Условие» позволяет иногда заменить условный оператор if-else на операцию.

Пример. Максимальное из двух чисел равно max = (x > y) ? x : y; 

Максимальное из трех чисел равно 

max = (x > y) ? ( x > z ? x : z) : ( y > z ? y : z); 

33. Результатом присваивания является значение того, что присвоено левому аргументу. 

34. Комбинированное присваивание x op = y является компактной записью оператора x = x op y. Однако компилятор эту замен не производит. Комбинированное присваивание является отдельной операцией.

35. «Запятая» является, пожалуй, самой экзотической операцией языка Си. Результатом выражения x,y является число y.

Пример. 

x = 2,5; // x = 2, так как присваивание сильнее запятой

x = (2,5); // x = 5

По-видимому, здесь хотели написать x=2.5



Правила преобразований типов

В выражениях

Если операнд имеет тип не int и не double, то сначала приводится: 

		 signed char --> int расширением знакового бита (7)

		 unsigned char --> int дополнением нулями слева

		 short --> int расширением знакового бита (15)

		 unsigned short --> unsigned int дополнением нулями слева

		 enum --> int порядковый номер в перечислимом типе

		 float --> double дробная часть дополняется нулями

Если какой-нибудь операнд имеет тип double, unsigned long, long или unsigned int то и другой операнд приводится к тому же типу. Результат: того же типа.

Если оба операнда имеют тип int, то результат тоже типа int.

При вызове функций их аргументы – тоже выражения, поэтому в них приводятся char,short к int и float к double. Это говорит о том, что аргументы (формальные параметры) функций можно всегда объявлять как int и double вместо char,short и float соответственно. 

Зато спецификатор unsigned является существенным. 

В присваиваниях

op = expr;

Тип выражения expr приводится к типу левой части – op. При этом возможны приведения более "длинного" типа к более "короткому" при помощи усечения, вроде: 

		 int --> char обрубается старший байт.

		 long --> int обрубается старшее слово.

		 float --> int отброс дробной части

		 double --> int и обрубание мантиссы, если не лезет.

		 double --> float округление дробной части.

Вот еще некоторые приведения типов: 

		 signed --> unsigned виртуально (просто знаковый бит

		 unsigned --> signed считается значащим или наоборот).

		 unsigned int --> long добавление нулей слева.

		 int --> long расширение знакового бита.

		 float --> int преобразование внутреннего.

		 int --> float представления: машинно зависимо.

Некоторые преобразования могут идти в несколько стадий, например: 

		 char --> long это

		 char --> int --> long

 char --> unsigned long это

		 char --> int --> unsigned long


Лабораторные задания



Основные арифметические операции

Что напечатает следующая программа?

#include <stdio.h>

main()

{

int x;

x= -3 + 4 * 5 - 6;  printf("%d\n",x);

x= 3 + 4 % 5 - 6;  printf("%d\n",x);

x= -3 * 4 % - 6 / 5 ; printf("%d\n",x);

x= (7 + 6) % 5 / 2 ; printf("%d\n",x);

return 0;

}



Операции присваивания.

Что напечатает следующая программа ?

#include <stdio.h>

#define PRINTX  printf("%d\n",x)

main()

{

int x=2,y,z;

x *= 3 + 2;    PRINTX;

x *= y = z =4 ;  PRINTX;

x = y == z;    PRINTX;

x == (y = z);  PRINTX;

return 0;

}


Логические операции и операции инкремента.

Что напечатает следующая программа ?

#include <stdio.h>

#define PRINT(int)  printf("%d\n",int)

main()

{

int x,y,z;



x=2; y=1; z=0;

x = x && y || z;  PRINT(x);

PRINT(x || ! y && z);

x=y=1;

z = x ++ - 1;    PRINT(x);

PRINT(z);



z += - x ++ + ++ y; PRINT(x);

PRINT(z);



z = x / ++ x;    PRINT(z);

return 0;

}



Поразрядные операции.

Что напечатает следующая программа ?

#include <stdio.h>

#define PRINT(int)  printf("%d\n",int)



main()

{

int x,y,z;

x=03; y=02; z=01;

PRINT( x | y & z );

PRINT( x | y & ~z );

PRINT( x ^ y & ~z );

PRINT( x & y && z );



x=1; y=-1;

PRINT( ! x | x );

PRINT( ~ x | x );

PRINT( x ^ x );



x <<= 3; PRINT(x);

y <<= 3; PRINT(y);

y >>= 3; PRINT(y);



return 0;

}



Отношения и условия

Что напечатает следующая программа ?

#include <stdio.h>

#define PRINT(int)  printf("%d\n",int)

main()

{

int x=1,y=1,z=1;

x += y += z;

PRINT( x < y ? y : x );

PRINT( x < y ? x ++ : y ++ );

PRINT(x);

PRINT(y);

PRINT( z += x < y ? x ++ : y ++);

PRINT(y);

PRINT(z);



x=3; y=z=4;

PRINT( (z >= y >= x) ? 1 : 0);

PRINT( z >= y && y >=x );



return 0;

}



Выполнение операций и их приоритеты

  Что напечатает следующая программа ?

#include <stdio.h>

#define PRINT(x,y,z)  printf("x=%d\t y=%d\t z=%d\n",x,y,z)

main()

{

int x,y,z;



x=y=z=1;

++ x || ++ y && ++ z; PRINT(x,y,z);



x=y=z=1;

++ x && ++ y || ++ z; PRINT(x,y,z);



x=y=z=1;

++ x && ++ y && ++ z; PRINT(x,y,z);



x=y=z=-1;

++ x && ++ y || ++ z; PRINT(x,y,z);

x=y=z=-1;

++ x || ++ y && ++ z; PRINT(x,y,z);



x=y=z=-1;

++ x && ++ y && ++ z; PRINT(x,y,z);

return 0;

}



Основные типы данных

Что напечатает следующая программа?

#include <stdio.h>

#define PRINTd(x)  printf("%d\n",x);//десятичное число со знаком

#define PRINTc(x)  printf("%c\n",x);//символ с ascii-кодом x

#define PRINTo(x)  printf("%o\n",x);//восьмеричное число со знаком

#define PRINTs(x)  printf("%s\n",x);//строковая константа

int  integer =5;

char character='5';

char* string  ="5";

main()

{

PRINTd(string);

PRINTd(character);

PRINTd(integer);

PRINTs(string);

PRINTc(character);

PRINTc(integer=53);

PRINTd( '5'>5 );

{

int sx=-8;

unsigned ux=-8;

PRINTo(sx); PRINTo(ux);

PRINTo( sx>>3 ); PRINTo( ux>>3 );

PRINTd( sx>>3 ); PRINTd( ux>>3 );

}

return 0;

}



Приведение целых и вещественных типов

Что напечатает следующая программа ?

#include <stdio.h>

#define  PRi(x)    printf("i=%.8g\t",(double)x)

#define  PRl(x)    printf("l=%.8g\t",(double)x)

#define  PRf(x)    printf("f=%.8g\t",(double)x)

#define  PRd(x)    printf("d=%.8g\t",(double)x)

#define  NL      putchar('\n')

#define  PRINT4(x1,x2,x3,x4) PRi(x1);PRl(x2);PRf(x3);PRd(x4);NL

main()

{

double d;

float f;

long l;

int i;

i=l=f=d= 100/3;     PRINT4(i,l,f,d);

d=f=l=i= 100/3;     PRINT4(i,l,f,d);

i=l=f=d= 100/3.;     PRINT4(i,l,f,d);

d=f=l=i= (double)100/3; PRINT4(i,l,f,d);

i=l=f=d= (double)(100000/3); PRINT4(i,l,f,d);

d=f=l=i= (double)100000/3; PRINT4(i,l,f,d);  return 0; 

}

Приведение целых и вещественных выражений

Что напечатает следующая программа ?

#include <stdio.h>

#define  NL       putchar('\n')

#define  PR(x)     printf("%g\t",(double)x)

#define  PRINT1(x1)   PR(x1);NL

#define  PRINT2(x1,x2) PR(x1);PR(x2);NL

main(){

double d=3.2 ,x; int   i=2 ,y;

x= ( y= d/i ) *2; PRINT2(x,y);

y= ( x= d/i ) *2; PRINT2(x,y);

y= d *( x= 2.5/d ); PRINT1(y);

x= d *( y= ( (int)2.9 + 1.1 )/d );

PRINT2(x,y);

return 0; 

}



Ответы к заданиям



11  1  0  1

 10  40  1  1

1  1  2  0  3  0  1

3  3	  1  1  1  -1  0  8  -8  -1

3  2 3  3  4  4  4  0  1

x=2 y=1 z=1 	x=2 y=2 z=1

	x=2 y=2 z=2

	x=0 y=-1 z=0

	x=0 y=0 z=-1

	x=0 y=-1 z=-1

175 - младший байт адреса в десятичной форме 	53 5 5 5 1

	sx= 177770

	ux= 177770

sx>>3 = 177777 знак переносится при сдвиге

ux>>3 = 17777  знак не переносится при сдвиге

	-1

	8191

i=33 l=33 f=33 d=33 	i=33 l=33 f=33

 d=33

	i=33 l=33 f=33.333332 d=33.333333

	i=33 l=33 f=33 d=33

	i=-32203 l=33333 f=33333 d=33333

	i=-32203 l=-32203 f=-32203 d=-32203



x=2 y=1 	x=1.6 y=3

	y=2

	x=0  y=0



Дополнительные задания



Напишите выражение для определения суммы 0-го и 3-го битов числа int x.

Напишите выражение для определения количества единиц в числе char х.

Установить в единицу 3-ий и 5-ый биты переменной int x. Сбросить в ноль 9-ый и 13-ый биты переменной int x.

Что напечатает фрагмент программы 

int x=100, y=7, z;

z = (x / y) % 5 * 3;

printf(“%d”, z);

Что напечатает фрагмент программы

int x=10, y=-70, z;

z = x << 3 + y >> 2;

printf(“%d”, z);

Переменная int x содержит четырехзначное натуральное число abcd. С помощью операций / и % найдите цифры a, b, c, d. 	

Найдите с помощью операций «условие» максимальное из трех чисел. Использовать только один оператор в виде max = …… ;

Запишите в виде одного логического выражения принадлежность точки (x, y) уpезанному единичному квадpату









Рис.1.


Библиографический список



		Керниган Б., Ритчи Д., Фьюэр А. Язык программирования Си: Задачи по языку Си. М.: Финансы и статистика, 1985. – 192с.

		Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования Си. М.: Финансы и статистика, 1992. - 272с.

		Подбельский В.В., Фомин С.С. Программирование на языке Си. Учеб. пособие. М.: Финансы и статистика, 2004. 600 с.