Семантика операций
Несколько слов об операциях, перечисленных в таблице (всего их получилось что-то около пятидесяти). Смысл некоторых из них будет проясняться в дальнейшем при изучении массивов, структур и указателей; здесь же мы вкратце расскажем об операциях, относящихся в основном к арифметике.
Арифметические операции
К арифметическим мы отнесем те операции, которые перечислены в таблице под рубриками “Мультипликативные” и “Аддитивные”. Нужно сказать, что только эти операции (да и то за исключением взятия по модулю) имеет смысл применять к вещественным операндам (типам float, double и long double). Для таких операндов все обстоит вполне понятным и конвенциональным образом; это обычные умножение, деление, сложение и вычитание.
Операция взятия по модулю применяется только к целочисленным операндам (char, short, int. long) и дает остаток от деления первого операнда на второй. Специальной операции деления нацело в С нет — для него применяется обычная операция деления (/). Если оба операнда ее являются целыми, то результат этой операции также будет целым, равным частному от деления с остатком первого операнда на второй.
В качестве предостережения заметим, что это свойство деления в С часто бывает источником ошибок даже у довольно опытных программистов. Предположим, некто хочет вычислить объем шара и, не долго думая, пишет, переводя известную формулу на язык С:
volume = 4/3 * Pi * r*r*r;
Все операции в выражении правой части имеют одинаковый приоритет, и оценка выражения производится в последовательности слева направо. На первом шаге производится деление 4/3, но это будет делением нацело с результатом, равным 1. Эта единица преобразуется далее в вещественное 1.0 (возведение типа, описанное ниже), а дальше все идет как положено. Коэффициент в формуле, таким образом, получается равным 1.0 вместо ожидаемого 1.333...
Операции присваивания
Операция присваивания (=) не представляет особых трудностей. При ее выполнении значением переменной в левой части становится результат оценки выражения справа. Как уже говорилось, эта операция сама возвращает значение, что позволяет, например, написать:
а = b = с = someExpression;
После исполнения такого оператора все три переменных а, b, с получат значение, равное someExpression. Что касается остальных десяти операций присваивания, перечисленных в таблице, то они просто служат для сокращенной нотации присваивании определенного вида. Например,
s += i;
эквивалентно
s = s + i;
Другими словами, оператор вроде
х *= 10;
означает “присвоить переменной х ее текущее значение, умноженное на 10”.
Присваивание — единственная операция, меняющая содержимое одного из своих операндов (если не считать специальные операции инкремента и декремента, описанные ниже).
Приведение типа
Если в операторе присваивания тип результата, полученного при оценке выражения в правой части, отличен от типа переменной слева, компилятор выполнит автоматическое приведение типа (по-английски typecast или просто cast) результата к типу переменной. Например, если оценка выражения дает вещественный результат, который присваивается целой переменной, то дробная часть результата будет отброшена, после чего будет выполнено присваивание. Ниже показан и обратный случай приведения:
int p;
double pReal = 2.718281828;
p = pReal; // p получает значение 2
pReal = p; // pReal теперь равно 2.0
Возможно и принудительное приведение типа, которое выполняется посредством операции приведения и может применяться к любому операнду в выражении, например:
р = рО + (int)(pReal + 0.5); // Округление pReal
Следует иметь в виду, что операция приведения типа может работать двояким образом. Во-первых, она может производить дейсгвительное преобразование данных, как это происходит при приведении целого типа к вещественному и наоборот. Получаются совершенно новые данные, физически отличные от исходных. Во-вторых, операция может никак не воздействовать на имеющиеся данные, а только изменять их интерпретацию. Например, если переменную типа short со значением -1 привести к типу unsigned short, то данные останутся теми же самыми, но будут интерпретироваться по-другому (как целое без знака), в результате чего будет получено значение 65535.
Смешанные выражения
В арифметическом выражении могут присутствовать операнды различных типов — как целые, так и вещественные, а кроме того, и те и другие могут иметь различную длину (short, long и т. д.), в то время как оба операнда любой арифметической операции должны иметь один и тот же тип. В процессе оценки таких выражений компилятор следует алгоритму т. н. возведения типов, который заключается в следующем.
На каждом шаге оценки выражения выполняется одна операция и имеются два операнда. Если их тип различен, операнд меньшего “ранга экстенсивности” приводится к типу более “экстенсивного”. Под экстенсивностью понимается диапазон значений, который поддерживается данным типом. По возрастанию экстенсивности типы следуют в очевидном порядке:
char short
int, long
float
double
long double
Кроме того, если в операции участвуют знаковый и без знаковый целочисленные типы, то знаковый операнд приводится к без знаковому типу. Результат тоже будет без знаковым. Во избежание ошибок нужно точно представлять себе, что при этом происходит, и при необходимости применять операцию приведения, явно преобразующую тот или иной операнд.
Некоторые считают (я даже встречал это в книгах), что в выражении все операнды заранее приводятся к наиболее экстенсивному типу, а уж потом производится оценка. Это, конечно, не так. Возведение типов выполняется последовательно для каждой текущей пары операндов. (См. пример в замечании к параграфу “Арифметические операции”.)
Логические операции и операции отношения
В языке С нет специального логического или булева типа данных. Для представления логических значений используются целочисленные типы. Нулевое значение считается ложным (false), любое ненулевое — истинным (true).
Операции отношения служат для сравнения (больше — меньше) или проверки на равенство двух числовых операндов. Операции возвращают “логическое” значение, т. е. ненулевое целое в случае, если условие отношения удовлетворяется, и нулевое в противном случае.
Логические операции и отношения мы рассмотрим подробнее, когда будем обсуждать управляющие структуры С.
Поразрядные операции и сдвиги
Эти операции применяются к целочисленным данным. Последние рассматриваются просто как набор отдельных битов.
При поразрядных операциях каждый бит одного операнда комбинируется (в зависимости от операции) с одноименным битом другого, давая бит результата. При единственной одноместной поразрядной операции — отрицании (~) — биты результата являются инверсией соответствующих битов ее операнда.
При сдвиге влево биты первого операнда перемещаются влево (в сторону старших битов) на заданное вторым операндом число позиций. Старшие биты, оказавшиеся за пределами разрядной сетки, теряются; справа результат дополняется нулями.
Результат сдвига вправо зависит от того, является ли операнд знаковым или без знаковым. Биты операнда перемещаются вправо на заданное число позиций. Младшие биты теряются. Если операнд — целое со знаком, производится расширение знакового бита (старшего), т. е. освободившиеся позиции принимают значение 0 в случае положительного числа и 1 — в случае отрицательного. При без знаковом операнде старшие биты заполняются нулями.
Сдвиг влево эквивалентен умножению на соответствующую степень двойки, сдвиг вправо — делению. Например,
aNumber = aNumber <<4;
умножает aNumber на 16.
Инкремент и декремент
Операции инкремента (++) и декремента (--) соответственно увеличивают или уменьшают свой операнд (обязательно переменную) на единицу. Они изменяют значение самой переменной, т. е. являются скрытыми присваиваниями. Иногда эти операции применяют в качестве самостоятельного оператора:
i++; или ++i;
И то и другое эквивалентно
i = i + 1;
Но эти операции могут использоваться и в выражениях:
sum - sum + х * --i;
Инкремент и декремент реализуются в двух формах: префиксной (++i) и постфиксной (i--). Префиксные операции выполняются перед тем, как будет производиться оценка всего выражения. Все постфиксные операции выполняются уже после оценки выражения, в которое они входят.
Условная операция
Условная операция (? :) позволяет составить условное выражение, т. е. выражение, принимающее различные значения в зависимости от некоторого условия. Эта операция является трехместной. Если ее условие (первый операнд) истинно, оценкой выражения будет второй операнд; если ложно — третий. Классический пример:
max_ab = b > b? а : b;
Запятая
Помимо того, что запятая в С служит разделителем различных списков (как в списке параметров функции), она может использоваться и как операция. Запятая в этом качестве также является разделителем, но обладает некоторыми дополнительными свойствами.
Везде, где предполагается выражение, может использоваться список выражений, возможно, заключенный в скобки (так как операция-запятая имеет наинизший приоритет). Другими словами,
Выражение1, выражение2[, ...]
также будет выражением, оценкой которого является значение последнего элемента списка. При этом операция-запятая гарантирует, что оценка выражений в списке будет производиться по порядку слева направо. Вот два примера с операцией-запятой:
i++, j++;
// Значение выражения
// игнорируется.
res = (j = 4, j += n, j++);
// res присваивается n + 4.
// j равно n + 5.
Операция-запятая применяется довольно редко, обычно только в управляющих выражениях циклов.
