Порядок вычисления выражений

У каждой операции имеется приоритет. Если в выражении несколько операций, то первой будет выполнена операция с более высоким приоритетом. Если же операции одного и того же приоритета, они выполняются слева направо.

Например, в выражении

2 + 3 * 6

 

сначала будет выполнено умножение, а затем сложение; соответственно, значение этого выражения – число 20.

В выражении

2 * 3 + 4 * 5

 

сначала будет выполнено умножение, а затем сложение. В каком порядке будет производиться умножение – сначала 2 * 3, а затем 4 * 5 или наоборот, не определено. Т.е. для операции сложения порядок вычисления ее операндов не задан.

В выражении

x = y + 3

 

вначале выполняется сложение, а затем присваивание, поскольку приоритет операции присваивания ниже, чем приоритет операции сложения.

Для данного правила существует исключение: если в выражении несколько операций присваивания, то они выполняются справа налево. Например, в выражении

x = y = 2

 

сначала будет выполнена операция присваивания значения 2 переменной y. Затем результат этой операции – значение 2 – присваивается переменной x.

Ниже приведен список всех операций в порядке понижения приоритета. Операции с одинаковым приоритетом выполняются слева направо (за исключением нескольких операций присваивания).

:: (разрешение области видимости имен)

. (обращение к элементу класса), -> (обращение к элементу класса по указателю), [] (индексирование), вызов функции, ++ (постфиксное увеличение на единицу), -- (постфиксное уменьшение на единицу), typeid (нахождение типа), dynamic_cast static_cast reinterpret_cast const_cast (преобразования типа)

sizeof (определение размера), ++ (префиксное увеличение на единицу), -- (префиксное уменьшение на единицу), ~ (битовое НЕ),! (логическое НЕ), – (изменение знака), + (плюс), & (взятие адреса), * (обращение по адресу), new (создание объекта), delete (удаление объекта), (type) (преобразование типа)

.* ->* (обращение по указателю на элемент класса)

* (умножение), / (деление), % (остаток)

+ (сложение), – (вычитание)

<<, >> (сдвиг)

< <= > >= (сравнения на больше или меньше)

==!= (равно, неравно)

& (поразрядное И)

^ (поразрадное исключающее ИЛИ)

| (поразрядное ИЛИ)

&& (логическое И)

|| (логическое ИЛИ)

= (присваивание), *= /= %= += -= <<= >>= &= |= ^= (выполнить операцию и присвоить)

?: (условная операция)

throw

, (последовательность)

 

Для того чтобы изменить последовательность вычисления выражений, можно воспользоваться круглыми скобками. Часть выражения, заключенная в скобки, вычисляется в первую очередь. Значением

(2 + 3) * 6

 

будет 30.

Скобки могут быть вложенными, соответственно, самые внутренние выполняются первыми:

(2 + (3 * (4 + 5)) – 2)

 

Лекция 5 Операторы

Что такое оператор

Запись действий, которые должен выполнить компьютер, состоит из операторов. При выполнении программы операторы выполняются один за другим, если только оператор не является оператором управления, который может изменить последовательное выполнение программы.

Различают операторы объявления имен, операторы управления и операторы-выражения.

Операторы-выражения

Выражения мы рассматривали в предыдущей лекции. Выражение, после которого стоит точка с запятой, – это оператор-выражение. Его смысл состоит в том, что компьютер должен выполнить все действия, записанные в данном выражении, иначе говоря, вычислить выражение. Чаще всего в операторе-выражении стоит операция присваивания или вызов функции. Операторы выполняются последовательно, и все изменения значений переменных, сделанные в предыдущем операторе, используются в последующих.

a = 1;b = 3;m = max(a, b);

Переменной a присваивается значение 1, переменной b – значение 3. Затем вызывается функция max с параметрами 1 и 3, и ее результат присваивается переменной m.

Как мы уже отмечали, присваивание – необязательная операция в операторе-выражении. Следующие операторы тоже вполне корректны:

x + y – 12; // сложить значения x и y и // затем вычесть 12func(d, 12, x) // вызвать функцию func с // заданными параметрами

Объявления имен

Эти операторы объявляют имена, т.е. делают их известными программе. Все идентификаторы или имена, используемые в программе на языке C++, должны быть объявлены.

Оператор объявления состоит из названия типа и объявляемого имени:

int x; // объявить целую переменную xdouble f; // объявить переменную f типа // doubleconst float pi = 3.1415; // объявить константу pi типа float // со значением 3.1415

Оператор объявления заканчивается точкой с запятой.

Операторы управления

Операторы управления определяют, в какой последовательности выполняется программа. Если бы их не было, операторы программы всегда выполнялись бы последовательно, в том порядке, в котором они записаны.

Условные операторы

Условные операторы позволяют выбрать один из вариантов выполнения действий в зависимости от каких-либо условий. Условие – это логическое выражение, т.е. выражение, результатом которого является логическое значение true (истина) или false (ложь).

Оператор if выбирает один из двух вариантов последовательности вычислений.

if (условие) оператор1else оператор2

Если условие истинно, выполняется оператор1, если ложно, то выполняется оператор2.

if (x > y) a = x;else a = y;

В данном примере переменной a присваивается значение максимума из двух величин x и y.

Конструкция else необязательна. Можно записать:

if (x < 0) x = -x;abs = x;

В данном примере оператор x = -x; выполняется только в том случае, если значение переменной x было отрицательным. Присваивание переменной abs выполняется в любом случае. Таким образом, приведенный фрагмент программы изменит значение переменной x на его абсолютное значение и присвоит переменной abs новое значение x.

Если в случае истинности условия необходимо выполнить несколько операторов, их можно заключить в фигурные скобки:

if (x < 0) { x = -x; cout << "Изменить значение x на противоположное по знаку";}abs = x;

Теперь если x отрицательно, то не только его значение изменится на противоположное, но и будет выведено соответствующее сообщение. Фактически, заключая несколько операторов в фигурные скобки, мы сделали из них один сложный оператор или блок. Прием заключения нескольких операторов в блок работает везде, где нужно поместить несколько операторов вместо одного.

Условный оператор можно расширить для проверки нескольких условий:

if (x < 0) cout << "Отрицательная величина";else if (x > 0) cout << "Положительная величина";else cout << "Ноль";

Конструкций else if может быть несколько.

Хотя любые комбинации условий можно выразить с помощью оператора if, довольно часто запись становится неудобной и запутанной. Оператор выбора switch используется, когда для каждого из нескольких возможных значений выражения нужно выполнить определенные действия. Например, предположим, что в переменной code хранится целое число от 0 до 2, и нам нужно выполнить различные действия в зависимости от ее значения:

switch (code) {case 0: cout << "код ноль"; x = x + 1; break;case 1: cout << "код один"; y = y + 1; break;case 2: cout << "код два"; z = z + 1; break;default: cout << "Необрабатываемое значение";}

В зависимости от значения code управление передается на одну из меток case. Выполнение оператора заканчивается по достижении либо оператора break, либо конца оператора switch. Таким образом, если code равно 1, выводится "код один", а затем переменная y увеличивается на единицу. Если бы после этого не стоял оператор break, то управление "провалилось" бы дальше, была бы выведена фраза "код два", и переменная z тоже увеличилась бы на единицу.

Если значение переключателя не совпадает ни с одним из значений меток case, то выполняются операторы, записанные после метки default. Метка default может быть опущена, что эквивалентно записи:

default:; // пустой оператор, не выполняющий // никаких действий

Очевидно, что приведенный пример можно переписать с помощью оператора if:

if (code == 0) { cout << "код ноль"; x = x + 1;} else if (code == 1) { cout << "код один"; y = y + 1;} else if (code == 2) { cout << "код два"; z = z + 1;} else { cout << "Необрабатываемое значение";}

Пожалуй, запись с помощью оператора переключения switch более наглядна. Особенно часто переключатель используется, когда значение выражения имеет тип набора.:

Операторы цикла

Предположим, нам нужно вычислить сумму всех целых чисел от 0 до 100. Для этого воспользуемся оператором цикла for:

int sum = 0;int i;for (i = 1; i <= 100; i = i + 1) // заголовок цикла sum = sum + i; // тело цикла

Оператор цикла состоит из заголовка цикла и тела цикла. Тело цикла – это оператор, который будет повторно выполняться (в данном случае – увеличение значения переменной sum на величину переменной i). Заголовок – это ключевое слово for, после которого в круглых скобках записаны три выражения, разделенные точкой с запятой. Первое выражение вычисляется один раз до начала выполнения цикла. Второе – это условие цикла. Тело цикла будет повторяться до тех пор, пока условие цикла истинно. Третье выражение вычисляется после каждого повторения тела цикла.

Оператор for реализует фундаментальный принцип вычислений в программировании – итерацию. Тело цикла повторяется для разных, в данном случае последовательных, значений переменной i. Повторение иногда называется итерацией. Мы как бы проходим по последовательности значений переменной i, выполняя с текущим значением одно и то же действие, тем самым постепенно вычисляя нужное значение. С каждой итерацией мы подходим к нему все ближе и ближе. С другим принципом вычислений в программировании – рекурсией – мы познакомимся в разделе, описывающем функции.

Любое из трех выражений в заголовке цикла может быть опущено (в том числе и все три). То же самое можно записать следующим образом:

int sum = 0;int i = 1;for (; i <= 100;) { sum = sum + i; i = i + 1;}

Заметим, что вместо одного оператора цикла мы записали несколько операторов, заключенных в фигурные скобки – блок. Другой вариант:

int sum = 0;int i = 1;for (;;) { if (i > 100) break; sum = sum + i; i = i + 1;}

В последнем примере мы опять встречаем оператор break. Оператор break завершает выполнение цикла. Еще одним вспомогательным оператором при выполнении циклов служит оператор продолжения continue. Оператор continue заставляет пропустить остаток тела цикла и перейти к следующей итерации (повторению). Например, если мы хотим найти сумму всех целых чисел от 0 до 100, которые не делятся на 7, можно записать это так:

int sum = 0;for (int i = 1; i <= 100; i = i+1) { if (i % 7 == 0) continue; sum = sum + i;}

Еще одно полезное свойство цикла for: в первом выражении заголовка цикла можно объявить переменную. Эта переменная будет действительна только в пределах цикла.

Другой формой оператора цикла является оператор while. Его форма следующая:

while (условие) оператор

Условие – как и в условном операторе if – это выражение, которое принимает логическое значение "истина" или "ложь". Выполнение оператора повторяется до тех пор, пока значением условия является true (истина). Условие вычисляется заново перед каждой итерацией. Подсчитать, сколько десятичных цифр нужно для записи целого положительного числа N, можно с помощью следующего фрагмента:

int digits = 0;while (N > 0) { digits = digits + 1; N = N / 10;}

Если число N меньше либо равно нулю, тело цикла не будет выполнено.

Третьей формой оператора цикла является цикл do while. Он имеет форму:

do { операторы } while (условие);

Отличие от предыдущей формы цикла while заключается в том, что условие проверяется после выполнения тела цикла. Предположим, требуется прочитать символы с терминала до тех пор, пока не будет введен символ "звездочка".

char ch;do { ch = getch(); // функция getch возвращает // символ, введёный с // клавиатуры} while (ch!= '*');

В операторах while и do также можно использовать операторы break и continue.

Как легко заметить, операторы цикла взаимозаменяемы. Оператор while соответствует операторатору for:

for (; условие;) оператор

Пример чтения символов с терминала можно переписать в виде:

char ch;ch = getch(); while (ch!= '*') { ch = getch();}

Разные формы нужны для удобства и наглядности записи.

Оператор возврата

Оператор return завершает выполнение функции и возвращает управление в ту точку, откуда она была вызвана. Его форма:

return выражение;

Где выражение – это результат функции. Если функция не возвращает никакого значения, то оператор возврата имеет форму

return;

Оператор перехода

Последовательность выполнения операторов в программе можно изменить с помощью оператора перехода goto. Он имеет вид:

goto метка;

Метка ставится в программе, записывая ее имя и затем двоеточие. Например, вычислить абсолютную величину значения переменной x можно следующим способом:

if (x >= 0) goto positiv;x = -x; // переменить знак xpositiv: // объявление меткиabs = x; // присвоить переменной abs // положительное значение

При выполнении goto вместо следующего оператора выполняется оператор, стоящий после метки positiv. Если значение x положительное, оператор x = - x выполняться не будет.

В настоящее время считается, что оператор goto очень легко запутывает программу.Без него, вообще говоря, можно обойтись, поэтому лучше его не использовать, ну разве что лишь в самом крайнем случае.

Пример:

int fact(int n){ int k; if (n == 1) { k = 1; } else { k = n * fact(n – 1); } return k;}

Это функция вычисления факториала. Первый оператор в ней – это объявление переменной k, в которой будет храниться результат вычисления. Затем выполняется условный оператор if. Если n равно единице, то вычисления факториала закончены, и выполняется оператор-выражение, который присваивает переменной значение 1. В противном случае выполняется другой оператор-выражение.

Последний оператор – это оператор возврата из функции.

 

Лекция 6 Функции

Функции – это основные единицы построения программ при процедурном программировании на языке C++.

Вызов функций

Функция вызывается при вычислении выражений. При вызове ей передаются определенные аргументы, функция выполняет необходимые действия и возвращает результат.

Программа на языке C++ состоит, по крайней мере, из одной функции – функции main. С нее всегда начинается выполнение программы. Встретив имя функции в выражении, программа вызовет эту функцию, т.е. передаст управление на ее начало и начнет выполнять операторы. Достигнув конца функции или оператора return – выхода из функции, управление вернется в ту точку, откуда функция была вызвана, подставив вместо нее вычисленный результат.

Прежде всего, функцию необходимо объявить. Объявление функции, аналогично объявлению переменной, определяет имя функции и ее тип – типы и количество ее аргументов и тип возвращаемого значения.

// функция sqrt с одним аргументом – // вещественным числом двойной точности,// возвращает результат типа double double sqrt(double x);// функция sum от трех целых аргументов// возвращает целое число int sum(int a, int b, int c);

 

Объявление функции называют иногда прототипом функции. После того, как функция объявлена, ее можно использовать в выражениях:

double x = sqrt(3) + 1;sum(k, l, m) / 15;

 

Если функция не возвращает никакого результата, т.е. она объявлена как void, ее вызов не может быть использован как операнд более сложного выражения, а должен быть записан сам по себе:

func(a,b,c);

 

Определение функции описывает, как она работает, т.е. какие действия надо выполнить, чтобы получить искомый результат. Для функции sum, объявленной выше, определение может выглядеть следующим образом:

int sum(int a, int b, int c){ int result; result = a + b + c; return result;}

 

Первая строка – это заголовок функции, он совпадает с объявлением функции, за исключением того, что объявление заканчивается точкой с запятой. Далее в фигурных скобках заключено тело функции – действия, которые данная функция выполняет.

Аргументы a, b и c называются формальными параметрами. Это переменные, которые определены в теле функции (т.е. к ним можно обращаться только внутри фигурных скобок). При написании определения функции программа не знает их значения. При вызове функции вместо них подставляются фактические параметры – значения, с которыми функция вызывается. Выше, в примере вызова функции sum, фактическими параметрами (или фактическими аргументами) являлись значения переменных k, l и m.

Формальные параметры принимают значения фактических аргументов, заданных при вызове, и функция выполняется.

Первое, что мы делаем в теле функции — объявляем внутреннюю переменную result типа целое. Переменные, объявленные в теле функции, также называют локальными. Это связано с тем, что переменная result существует только во время выполнения тела функции sum. После завершения выполнения функции она уничтожается – ее имя становится неизвестным, и память, занимаемая этой переменной, освобождается.

Вторая строка определения тела функции – вычисление результата. Сумма всех аргументов присваивается переменной result. Отметим, что до присваивания значение result было неопределенным (то есть значение переменной было неким произвольным числом, которое нельзя определить заранее).

Последняя строчка функции возвращает в качестве результата вычисленное значение. Оператор return завершает выполнение функции и возвращает выражение, записанное после ключевого слова return, в качестве выходного значения. В следующем фрагменте программы переменной s присваивается значение 10:

int k = 2;int l = 3;int m = 5;int s = sum(k, l, m);

Имена функций

В языке C++ допустимо иметь несколько функций с одним и тем же именем, потому что функции различаются не только по именам, но и по типам аргументов. Если в дополнение к определенной выше функции sum мы определим еще одну функцию с тем же именем

doublesum(double a, double b, double c){ double result; result = a + b + c; return result;}

 

это будет считаться новой функцией. Иногда говорят, что у этих функций разные подписи. В следующем фрагменте программы в первый раз будет вызвана первая функция, а во второй раз – вторая:

int x, y, z, ires;double p,q,s, dres;...// вызвать первое определение функции sumires = sum(x,y,z);// вызвать второе определение функции sumdres = sum(p,q,s);

При первом вызове функции sum все фактические аргументы имеют тип int. Поэтому вызывается первая функция. Во втором вызове все аргументы имеют тип double, соответственно, вызывается вторая функция.

Важен не только тип аргументов, но и их количество. Можно определить функцию sum, суммирующую четыре аргумента:

intsum(int x1, int x2, int x3, int x4){ return x1 + x2 + x3 + x4;}

 

Отметим, что при определении функций имеют значение тип и количество аргументов, но не тип возвращаемого значения. Попытка определения двух функций с одним и тем же именем, одними и теми же аргументами, но разными возвращаемыми значениями, приведет к ошибке компиляции:

int foo(int x);double foo(int x); // ошибка – двукратное определение имени