Семакин И.Г., Шестаков А.П. Основы программирования

Подождите немного. Документ загружается.

Именованные константы (константные

переменные).

Как и в

Паскале, в программе на Си/Си++ могут использоваться имено-

ванные константы. Употребляемое для их определения служебное

слово const принято называть

квалификатором

доступа.

Квали-

фикатор const указывает на то, что данная величина не может

изменяться

течение всего времени работы программы.

частно-

сти,

она не может располагаться в левой части оператора присва-

ивания. Примеры описания константных переменных:

const float pi=3.14159;

const int iMIN=l, iMAX=1000;

Определение констант на стадии препроцессорнои обработки

про-

граммы.

Еще одной возможностью ввести именованную констан-

ту является использование препроцессорнои директивы #def ine

в следующем формате:

#define <имя константы> <значение константы>

Например:

#define iMIN l

#define iMAX 1000

Тип констант явно не указывается и определяется по форме

записи. В конце директивы не ставится точка с запятой.

На стадии препроцессорнои обработки указанные имена заме-

няются на соответствующие значения. Например, если в програм-

ме присутствует оператор

X=iMAX-iMIN;

то в результате препроцессорнои обработки он примет вид:

Х=1000-1;

При этом идентификаторы iMAX и iMIN не требуют описания

внутри программы.

Константы перечисляемого

типа.

Данное средство языка по-

зволяет определять последовательность целочисленных именован-

ных констант. Описание перечисляемого типа начинается со слу-

жебного слова enum, а последующий список констант заключает-

ся в фигурные скобки. Например:

enum {A,B,C,D};

В результате имени

будет сопоставлена константа 0, имени

—

константа 1, с

—

D —

з. По умолчанию значение первой

константы равно нулю.

Для любой константы можно явно указать значение. Например:

enum {A=10,B,C,D};

180

В результате будут установлены следующие соответствия: А=10,

B=ll, C=12, D=13.

Возможен и такой вариант определения перечисления:

enum {A=10,B=20,C=35,D=100};

Если перечисляемому типу дать имя, то его можно использо-

вать в описании переменных. Этот вариант аналогичен использо-

ванию перечисляемого типа данных в Паскале (см. разд. 3.4). На-

пример:

enum metal {Fe,Co,Na,Cu,Zn};

metal Metl,Met2;

Здесь идентификатор metal становится именем типа. После та-

кого описания в программе возможны следующие операторы:

Metl=Na; Met2=Zn;

4.4.

Операции и выражения

Во всех языках программирования под выражением подразумева-

ется конструкция, составленная из констант, переменных, знаков

операций, функций, скобок. Выражение определяет порядок вычис-

ления некоторого значения. Если это числовое значение, то такое

выражение называют арифметическим.

Вот

несколько примеров ариф-

метических выражений, записанных по правилам языка Си:

a+b 12.5-z 2*(X+Y)

х++ x+++b --n*2 n*=l

Три первых выражения имеют традиционную форму для язы-

ков программирования высокого уровня, поэтому их смысл оче-

виден. Следующие четыре выражения специфичны для языка Си.

Опишем набор операций, используемых в Си, а также правила

записи и вычисления выражений. Напомним, что операция, при-

меняемая к одному операнду, называется унарной, а операция с

двумя операндами — бинарной.

Арифметические операции. К арифметическим операциям отно-

сятся:

- вычитание или унарный минус;

+ сложение или унарный плюс;

* умножение;

/ деление;

% деление по модулю (аналог Mod в Паскале);

++ унарная операция увеличения на единицу (инкремент);

унарная операция уменьшения на единицу (декремент).

Все операции, кроме деления по модулю, применимы к лю-

бым числовым типам данных. Операция

применима только к

целым числам.

181

Рассмотрим особенности выполнения операции деления. Если

делимое

делитель — целые

числа,

то и результат — целое

число.

этом случае операция / действует аналогично Div в Паскале. На-

пример, значение выражения 5/3 будет равно 2, а при вычисле-

нии 1/5 получится 0.

Если хотя бы один из операндов имеет вещественный

тип,

то и

ре-

зультат будет

вещественным.

Например, операции 5./3,

5./3.,

5/3.

дадут вещественный результат

1.6666.

Операции инкремента

декремента могут применяться только

переменным

и не могут

—

к константам и выражениям. Операция

увеличивает

значение

переменной на

единицу,

операция

—

умень-

шает значение переменной на единицу. Оба знака операции могут

записываться как перед операндом (префиксная форма), так и

после операнда (постфиксная форма), например: ++х или х++,

--а или а--. Три следующих оператора дают один и тот же ре-

зультат:

х=х+1;

++х; х++

Различие проявляется при использовании префиксной и пост-

фиксной форм в выражениях. Проиллюстрируем это на примерах.

Первый пример:

а=3;

Ь=2;

с=а++*Ь++;

результате выполнения переменные получат следующие зна-

чения: а =4, Ь

3, с= 6.

Второй пример:

а=3;

Ь=2;

с=++а*++Ь;

Результаты будут такими: а

4, Ь

3, с

12.

Объяснение

следующее:

при использовании постфиксной формы

операции ++ и - - выполняются

после

того,

как значение перемен-

ной было использовано в выражении, а префиксные операции

— до

использования. Поэтому

первом примере значение переменной с

вычислялось как произведение 3 на 2, а во втором

—

как произве-

дение 4 на 3.

По убыванию старшинства арифметические операции распо-

ложены в следующем порядке:

++,

- (унарный минус)

*, Л %

Одинаковые по старшинству операции выполняются в порядке

слева направо. Как и в Паскале, для изменения порядка выполне-

ния операций в выражениях могут применяться круглые скобки.

182

Операции отношения. В Си используется тот же набор операций

отношения, что и в Паскале. Следует лишь обратить внимание на

различие в записи операций «равно» и «не равно».

< меньше,

<= меньше или равно,

> больше,

>= больше или равно,

равно,

!= не равно.

Как уже говорилось раньше, в стандарте Си нет логического

типа данных. Поэтому результатом операции отношения является

целое число: если отношение истинно

—

то 1, если ложно

—

то 0.

Примеры отношений:

а<0,

101>=105, 'а'=='А\ 'а'!='А'

Результатом второго и третьего отношений будет 0 — ложь;

результат четвертого отношения равен

1 —

истина; результат пер-

вого отношения зависит от значения переменной а.

Логические операции. Три основные логические операции в языке

Си записываются иначе, чем в Паскале.

! операция отрицания (НЕ),

конъюнкция, логическое умножение (И),

| | дизъюнкция, логическое сложение (ИЛИ).

Правила их выполнения определяются таблицей истинности

(см.

табл. 3.5).

Например, логическое выражение, соответствующее системе

неравенств 0 <х<

в программе на Си запишется в виде следую-

щего логического выражения:

х>0 && х<1

Обратите внимание на то обстоятельство, что здесь не понадо-

бились круглые скобки для выделения операций отношения. В от-

личие от Паскаля, где операции отношения имеют самый низкий

приоритет, в Си операции отношения старше конъюнкции и дизъ-

юнкции. По убыванию приоритета логические операции и опера-

ции отношения расположены в следующем порядке:

> < >= <=

Помимо рассмотренных в Си имеются

поразрядные

логические

операции. Эти операции выполняются над каждой парой соответ-

ствующих двоичных разрядов внутреннего представления операн-

дов.

Их еще называют

битовыми

логическими операциями. Знаки

битовых логических операций:

183

& поразрядная конъюнкция (И),

| поразрядная дизъюнкция (ИЛИ),

поразрядное исключающее ИЛИ,

~ поразрядное отрицание (НЕ).

Битовые логические операции вместе с операциями поразряд-

ного сдвига влево (<<) и вправо (>>) позволяют добраться до

каждого бита внутреннего кода. Чаще всего такие действия прихо-

дится выполнять в системных программах. В данном пособии мы

их рассматривать не будем.

Операция присваивания. То, что присваивание в Си является

операцией, а не оператором, оказывается, наверное, самой боль-

шой неожиданностью для знатоков Паскаля. А между тем это дей-

ствительно

так!

Знак операции присваивания =. Следствием отме-

ченного факта является то, что присваивание, как любой другой

знак операции, может несколько раз входить в выражение. На-

пример:

а=ю=с=х+у;

Присваивание имеет самый низкий приоритет (ниже только у

операции «запятая»). Кроме того, операция присваивания — пра-

воассоциативная. Это значит, что несколько подряд расположен-

ных присваиваний выполняются справа налево. Поэтому в приве-

денном выше выражении первой выполнится операция сложе-

ния, затем переменной с присвоится значение суммы, затем это

значение присвоится переменной

и в конце — переменной а.

В языке Си имеются дополнительные операции присваивания,

совмещающие присваивание с выполнением других операций. Среди

них: +=, -=, /=, *=, %=. Приоритет у них такой же, как и у

простого присваивания. Примеры использования этих операций:

а+=2 эквивалентно а=а+2,

х-=а+ь эквивалентно х=х-(а+Ь),

р/=10 эквивалентно р=р/Ю,

m*=n эквивалентно m=m*n,

г%=5 эквивалентно

г=г%5.

Заметим, что вместо выражения а=а+2 предпочтительнее пи-

сать в программе а+=2, поскольку второе выражение будет вы-

числяться быстрее.

Операция явного преобразования типа (операция «тип»). Приме-

нение этой операции имеет следующий формат:

(имя_типа) операнд

Операндом могут быть константа, переменная, выражение. В

результате значение операнда преобразуется к указанному типу.

Примеры использования преобразования типа:

(long)8,

(float)1,

(int)x%2

184

По поводу последнего выражения заметим, что приоритет опе-

рации «тип» выше деления (и других бинарных арифметических

операций), поэтому сначала значение переменной х приведется к

целому типу (отбросится дробная часть), а затем выполнится де-

ление по модулю.

Следующий фрагмент программы иллюстрирует одну из прак-

тических ситуаций, в которой потребовалось использовать преоб-

разование типа:

float с;

int a=l, b=2;

с=(float)a/b;

В результате переменная с получит значение 0,5. Без преобразо-

вания типа ее значение стало бы равно 0.

Операция

sizeof.

Эта операция имеет две формы записи:

sizeof(тип) и sizeof(выражение)

Результатом операции является целое число, равное количе-

ству байтов, которое занимает в памяти величина явно указан-

ного типа или величина, полученная в результате вычисления

выражения. Последняя определяется также по типу результата

выражения. Хотя по форме записи это похоже на функцию, од-

нако sizeof является именно операцией. Ее приоритет выше,

чем у бинарных арифметических операций, логических опера-

ций и отношений. Примеры использования операции:

sizeof(int)

sizeof (1)

sizeof (0.1)

sizeof(1L)

sizeof(char)

sizeof('a')

результат

—

результат

—

результат

—

результат

—

результат

—

результат

—

•2

•8

•2

Операция «запятая». Эта необычная операция используется для

связывания нескольких выражений в одно. Несколько выражений,

разделенных запятыми, вычисляются последовательно слева на-

право. В качестве результата такого совмещенного выражения при-

нимается значение самого правого выражения. Например, если

переменная х имеет тип int, то значение выражения (х=3, 5*х)

будет равно 15, а переменная х примет значение 3.

Операция «условие ?:». Это единственная операция, которая име-

ет три операнда. Формат операции:

выражение1 ? выражение2 : вьгражениеЗ

Данная операция реализует алгоритмическую структуру ветв-

ления. Алгоритм ее выполнения следующий: первым вычисляется

значение выражения 1, которое обычно представляет собой неко-

185

торое условие. Если оно истинно, т. е. не равно 0, то вычисляется

выражение 2 и полученный результат становится результатом опе-

рации. В противном случае в качестве результата берется значение

выражения 3.

Пример 1. Вычисление абсолютной величины переменной X

можно организовать с помощью одной операции:

Х<0 ? -X : X;

Пример 2. Выбор большего значения из двух переменных а и

Ь:

тах=(а<=Ь)?Ь:а;

Пример 3. Заменить большее значение из двух переменных а и b

на единицу:

(a>b)?a:b=l;

Правила языка в данном случае позволяют ставить условную

операцию слева от знака присваивания.

Операции ( ) и [ ]. В языке Си круглые и квадратные скобки

рассматриваются как операции, причем эти операции имеют наи-

высший приоритет. Их смысл будет раскрыт позже.

Подведем итог всему разговору об операциях Си/Си++, сведя

их в общую табл. 4.2 и расположив по рангам. Ранг операции

—

это

порядковый номер в ряду приоритетов. Чем больше ранг, тем

ниже приоритет. В таблице отражено еще одно свойство опера-

ций — ассоциативность. Если одна и та же операция, повторя-

ющаяся в выражении несколько раз, выполняется в порядке

расположения слева направо, то она называется левоассоциа-

тивной; если выполняется справа налево, то операция правоас-

социативная. В таблице эти свойства отображены стрелками влево

и вправо. Некоторые операции, присутствующие в таблице, пока

не обсуждались.

Таблица 4.2

Приоритеты (ранги) операций

Ранг

Операции

( ) [ ] -> •

!-+-++ — & * (тип) sizeof

(унарные)

* / % (мультипликативные бинарные)

+ - (аддитивные бинарные)

<< >>> (поразрядного сдвига)

< <= >= > (отношения)

Ассоциатив-

ность

—>

<—

—>

—»

186

Окончание табл. 4.2

Ранг

Операции

= =

! =

(отношения)

& (поразрядная конъюнкция «И»)

(поразрядное исключающее «ИЛИ»)

| (поразрядная дизъюнкция «ИЛИ»)

&& (конъюнкция «И»)

I | (дизъюнкция «ИЛИ»)

?: (условная)

= *= /= %= += -= &=

= |= << =

>>=

, («запятая»)

Ассоциатив-

ность

—>

—»

—>

<—

-»

Приведение типов при вычислении выражений. Практически во

всех языках программирования высокого уровня работает ряд об-

щих правил записи выражений:

• все символы, составляющие выражение, записываются в стро-

ку (нет надстрочных и подстрочных символов);

• в выражении проставляются все знаки операций;

• при записи выражения учитываются приоритеты операций;

• для влияния на последовательность операций используются

круглые скобки.

Некоторые специфические особенности записи выражений на

Си были описаны выше при рассмотрении операций языка.

В процессе вычисления выражений с разнотипными операнда-

ми производится автоматическое преобразование типов величин.

Знание программистом правил, по которым происходят эти пре-

образования, предупреждает некоторые ошибки в записи выра-

жений. Суть правил преобразования при выполнении бинарных

операций сводится к следующему:

• преобразование не выполняется, если оба операнда имеют

одинаковый тип;

• при разных типах операндов происходит приведение величи-

ны с младшим типом к старшему типу (кроме операции присваи-

вания);

• при выполнении операции присваивания величина, полу-

ченная в правой части, преобразуется к типу переменной, сто-

ящей слева от знака =.

Старшинство типов друг по отношению к другу определяется

по следующему принципу: старший тип включает в себя все зна-

чения младшего типа как

подмножество.

Вещественные (плаваю-

щие) типы являются старшими по отношению к целым. В свою

187

очередь, внутри каждой из этих групп иерархия типов устанавли-

вается в соответствии с указанным принципом. Целые типы по

возрастанию старшинства расположены в таком порядке:

char—»shot->int—>long

Порядок старшинства вещественных типов следующий:

float-»double—>long double

Следует иметь в виду, что при преобразовании целой величи-

ны к плавающему типу может произойти потеря точности (вместо

1 получится 0,999).

Следующий пример иллюстрирует порядок выполнения опе-

раций и происходящие преобразования типов при вычислении

выражения (рис. 43, цифры вверху — порядок операций).

char ch; int i; float f;

double d; long double r;

ch * 2

char int

4 2 5 3

+ ( i - 0.5 ) + ( f + d )

int float float double

int

int int float float double double

\ / \ / \ /

int float double

long double

••-

double

long double

double

Рис.

Упражнения

Определить тип константы:

а) 315; б) -32.4; в) 102408; г) 3.7Е57;

е) 0x24; ж) 2.6L; з) 70700U; и) '5';

В программе объявлена переменная: int п=ю.

результаты вычислений следующих выражений:

д) 0315;

к)

'\121\

Определить

188

а) п++; б)++п; в) п%2; г) n/З; д) n/3.;

е) ++п+5; ж) 5+п++; з) (float) n/4;

и) sizeof (п); к) sizeof (1.*п).

Координаты точки на плоскости заданы переменными Хи Y.

Записать следующие условия в форме логических выражений:

а) точка лежит в первой четверти координатной плоскости;

б) точка лежит на оси X;

в) точка лежит на одной из осей;

г) точка лежит в первой или второй четверти внутри единич-

ной окружности;

д) точка лежит на единичной окружности в третьей или чет-

вертой четверти;

е) точка лежит внутри кольца с внутренним радиусом

и вне-

шним радиусом 2 во второй или четвертой четверти.

программе объявлена переменная: float x=2. Какое значе-

ние получит переменная х в результате вычисления следующих

выражений?

а) х+=2; б) х/=Ю; в) х*=(х+1); г) х+=х+=х+=1.

Определить значения выражений для трех вариантов объяв-

ления переменной х: 1) float х=1.; 2) float х=10.; 3) int x=l.

а) х>1?2*х:х; б) х/5==2?5:х/10; в) х>0&&х<=1?1:0.

4.5. Линейные программы на Си/Си++

Структура

программы.

Общая структура программы на Си/Си++

директивы_препроцессора

определение_функции_1

определение_функции_2

определение_функции_Ы

Среди функций обязательно присутствует главная функция с

именем main. Простейшая программа содержит только главную

функцию и имеет следующую структуру:

директивы_препроцессора

void main()

{ определения_объектов;

ислолняемые_операторы;

}

Пока мы будем составлять только простейшие программы та-

кого вида. Рассмотрим все необходимые средства языка для со-

ставления линейных вычислительных программ.

качестве опор-

189