Lekcja 5LEKCJA 5 Wykonywanie prostych operacji Podczas lekcji 4 dowiedzia³eœ siê, w jaki sposób deklarowaæ i wykorzystywaæ zmienne w programach. Wraz ze zwiêkszaniem siê z³o¿onoœci twoich programów bêdziesz w nich wykonywaæ na wartoœciach zmiennych operacje arytmetyczne, takie jak dodawanie, odejmowanie, mno¿enie i dzielenie. Teraz poka¿emy, w jaki sposób mo¿na realizowaæ te operacje przy u¿yciu operatorów arytmetycznych jêzyka C++. Pod koniec tej lekcji bêdziesz rozumieæ nastêpuj¹ce zagadnienia podstawowe: Do realizowania operacji matematycznych w programach s³u¿¹ operatory arytmetyczne C++. Aby operacje arytmetyczne by³y realizowane w sposób jednoznaczny, C++ nadaje operatorom arytmetycznym priorytety. Przy u¿yciu nawiasów w wyra¿eniach arytmetycznych mo¿esz okreœlaæ kolejnoœæ, w jakiej C++ wykonuje operacje. W wielu programach w C++ wykorzystywane s¹ operatory zwiêkszania (++) i zmniejszania (--), które dodaj¹ lub odejmuj¹ jeden od wartoœci zmiennej. Gdy nauczysz siê rozpoznawaæ rozmaite operatory arytmetyczne C++, to przekonasz siê, ¿e realizowanie operacji matematycznych jest bardzo ³atwe! Podstawowe operacje matematyczne Niezale¿nie od tego, co ma za zadanie twój program, zapewne bêdzie dodawaæ, odejmowaæ, mno¿yæ lub dzieliæ pewne wartoœci. Jak siê wkrótce dowiesz, programy mog¹ wykonywaæ operacje arytmetyczne na sta³ych (np. 3 * 5) lub na zmiennych (np. zaplata - wartosc). Tabela 4 wymienia podstawowe operacje matematyczne: Tabela 4. Podstawowe operatory matematyczne jêzyka C++OperatorZnaczeniePrzyk³ad +dodawanierachunek = cena + podatek -odejmowaniereszta = zap³ata - rachunek *mno¿eniepodatek = cena * stawka_podatku /dzieleniesrednia = suma / liczba_elementow Przedstawiony poni¿ej program OPERMAT.CPP wyœwietla wyniki rozmaitych prostych operacji arytmetycznych przy u¿yciu strumienia cout: #include void main (void) { cout << "5 + 7 = " << 5 + 7 << endl; cout << "12 - 7 = " << 12 - 7 << endl; cout << "1.2345 * 2 = " << 1.2345 * 2 << endl; cout << "15 / 3 = " << 15 / 3 << endl; } Przyjrzyjmy siê dok³adnie instrukcjom programu. Zwróæ uwagê na to, ¿e ka¿de wyra¿enie najpierw wystêpuje w cudzys³owie, co sprawia, ¿e program wypisuje je (np. 5 + 7) na ekranie. Nastêpnie program wyœwietla wynik operacji i przechodzi do nowej linii. Gdy skompilujesz i uruchomisz ten program, to bêdziesz mieæ na ekranie komputera nastêpuj¹ce wyjœcie: C:\> OPERMAT 5 + 7 = 12 12 - 7 = 5 1.2345 * 2 = 2.467 15 / 3 = 5 W tym przyk³adzie program wykonywa³ operacje arytmetyczne, u¿ywaj¹c jedynie sta³ych wartoœci. Przedstawiony poni¿ej program MATZMIEN.CPP bêdzie wykonywa³ operacje arytmetyczne na zmiennych: #include void main(void) { float cena = 15.50; //Cena artyku³u float stawka_podatku = 0.06; //Podatek od sprzeda¿y wynosi 6 //procent float zaplacono = 20.00; //Suma jak± klient zap³aci³ float podatek, reszta, rachunek;//Podatek dla artyku³u, reszta i //suma rachunku podatek = cena * stawka_podatku; rachunek = cena + podatek; reszta = zaplacono - rachunek; cout << "Cena Artyku³u: " << cena << " z³.\tPodatek: " << podatek << " z³.\tRachunek: " << rachunek << " z³." << endl; cout << "Reszta dla klienta: " << reszta << " z³." << endl; } W naszym przyk³adzie program u¿ywa jedynie zmiennych rzeczywistych (zmiennoprzecinkowych). Jak widzimy, przypisuje on zmiennym wartoœci przy deklaracjach. Nastêpnie wykonuje operacje arytmetyczne na zmiennych, aby ustaliæ wysokoœæ podatku, wartoœæ rachunku dla artyku³u oraz ile reszty trzeba wyp³aciæ klientowi. Gdy skompilujesz i uruchomisz ten program, dostaniesz na ekranie nastêpuj¹ce wyjœcie: C:\> MATZMIEN Cena Artyku³u: 15.5 z³. Podatek: 0.93 z³. Rachunek: 16.43 z³. Reszta dla klienta: 3.57 z³. Zwiêkszanie wartoœci zmiennej o 1 Przy pisaniu programów typow¹ operacj¹, jak¹ bêdziesz wykonywaæ, bêdzie zwiêkszanie o 1 wartoœci zmiennej ca³kowitej. Na przyk³ad, za³ó¿my, ¿e w swoim programie u¿ywasz zmiennej licznik do przechowywania liczby plików, które program wydrukowa³. Po wydrukowaniu ka¿dego kolejnego pliku program powinien dodawaæ 1 do poprzedniej wartoœci zmiennej licznik. Przy u¿yciu operatora przypisania C++ mo¿na w nastêpuj¹cy sposób zwiêkszaæ o 1 wartoœæ zmiennej licznik: licznik = licznik +1; W naszym przyk³adzie program najpierw nadaje wartoœæ zmiennej licznik, a nastêpnie dodaje do niej jeden. PóŸniej program z powrotem wstawia na licznik wynik dodawania. Przedstawiony poni¿ej program LICZNIK.CPP przy u¿yciu operatora przypisania zwiêksza zmienn¹ licznik (która inicjalnie ma wartoœæ 1000) o 1 (przypisuj¹c zmiennej licznik wynik 1001): #include void main(void) { int licznik = 1000; cout << "Pocz¹tkowa wartoœæ zmiennej licznik: " << licznik << endl; licznik = licznik +1; cout << "Koñcowa wartoœæ zmiennej licznik: " << licznik << endl; } Gdy skompilujesz i uruchomisz ten program, to dostaniesz na ekranie nastêpuj¹ce wyjœcie: C:\> LICZNIK Pocz¹tkowa wartoœæ zmiennej licznik: 1000 Koñcowa wartoœæ zmiennej licznik: 1001 Poniewa¿ zwiêkszanie o jeden wartoœci zmiennej jest typow¹ operacj¹ w programach, jêzyk C++ daje nam do dyspozycji operator zwiêkszania, oznaczany podwójnym plusem (++). Operator zwiêkszania oferuje skrócony sposób dodawania jednego do wartoœci zmiennej. Na przyk³ad obie poni¿sze instrukcje zwiêkszaj¹ o 1 wartoœæ zmiennej licznik: licznik = licznik +1; licznik++; Przedstawiony poni¿ej program OP_ZWI.CPP przy u¿yciu operatora zwiêkszania dodaje 1 do wartoœci zmiennej licznik: #include void main(void) { int licznik = 1000; cout << "Pocz¹tkowa wartoœæ zmiennej licznik: " << licznik << endl; licznik ++ ; cout << "Koñcowa wartoœæ zmiennej licznik: " << licznik << endl; } Program dzia³a dok³adnie w taki sam sposób jak LICZNIK.CPP, który zwiêksza³ wartoœæ zmiennej przy u¿yciu operatora przypisania. Gdy C++ napotyka operator zwiêkszania, to najpierw pobiera wartoœæ zmiennej i dodaje do niej 1, a nastêpnie ponownie umieszcza w tej zmiennej wynik operacji. Ró¿nica miêdzy prefiksowym (przed) a postfiksowym (po) operatorem zwiêkszania Gdy u¿ywasz w swoich programach operatora zwiêkszania, to mo¿esz umieszczaæ go przed lub po zmiennej: ++zmienna; zmienna++; Poniewa¿ pierwszy operator pojawia siê przed zmienn¹, nosi on nazwê prefiksowego operatora zwiêkszania. Analogicznie drugi operator umieszczany za zmienn¹ to postfiksowy operator zwiêkszania. Powinieneœ zrozumieæ ró¿ne traktowanie przez kompilator C++ tych dwóch operatorów. Dla przyk³adu weŸmy nastêpuj¹c¹ instrukcjê przypisania: aktualny_licznik = licznik++; Ta instrukcja nakazuje C++ by przypisa³ zmiennej aktualny_licznik wartoœæ zmiennej licznik. Ponadto postfiksowy operator zwiêkszania instruuje C++ by zwiêkszy³ aktualn¹ wartoœæ zmiennej licznik. Dziêki u¿yciu tutaj operatora postfiksowego powy¿sza instrukcja jest równowa¿na takim dwóm instrukcjom: aktualny_licznik = licznik; licznik = licznik +1; A teraz weŸmy poni¿sz¹ instrukcjê przypisania, u¿ywaj¹c¹ prefiksowego operatora zwiêkszania: aktualny_licznik = ++licznik; W tym przyk³adzie instrukcja przypisania nakazuje C++ aby najpierw zwiêkszy³ wartoœæ licznika, a nastêpnie przypisa³ wynik dodawania zmiennej aktualny_licznik. Dziêki u¿yciu tutaj operatora prefiksowego powy¿sza instrukcja jest równowa¿na takim dwóm instrukcjom: licznik = licznik +1; aktualny_licznik = licznik; Jest bardzo istotne, byœ zrozumia³ prefiksowy i postfiksowy operator zwiêkszania, a tak¿e ró¿nicê miêdzy nimi, poniewa¿ mo¿na je spotkaæ w wielu programach w C++. Przedstawiony poni¿ej program PRE_POST.CPP ilustruje sposób u¿ywania prefiksowego i postfiksowego operatora zwiêkszania: #include void main(void) { int maly_licznik = 0; int duzy_licznik = 1000; cout << "maly_licznik wynosi " << maly_licznik << endl; cout << "maly_licznik++ daje w wyniku " << maly_licznik++ << endl; cout << "koñcowa wartoœæ maly_licznik: " << maly_licznik << endl; cout << "duzy_licznik wynosi " << duzy_licznik << endl; cout << "++duzy_licznik daje w wyniku " << ++duzy_licznik << endl; cout << "koñcowa wartoœæ duzy_licznik: " << duzy_licznik << endl; } Gdy skompilujesz i uruchomisz ten program, dostaniesz na ekranie nastêpuj¹ce wyjœcie: C:\> PRE_POST maly_licznik wynosi O maly_licznik++ daje w wyniku 0 koñcowa wartoœæ maly_licznik: 1 duzy_licznik wynosi 1000 ++duzy_licznik daje w wyniku 1001 koñcowa wartoœæ duzy_licznik: 1001 Ten program stosuje postfiksowy operator zwiêkszania dla zmiennej maly_licznik. Najpierw wyœwietla aktualn¹ wartoœæ tej zmiennej (0), a nastêpnie zwiêksza j¹ o 1. Program stosuje prefiksowy operator zwiêkszania dla zmiennej duzy_licznik. Najpierw wyœwietla aktualn¹ wartoœæ tej zmiennej (1000 + 1), a nastêpnie wynik operacji (1001). Teraz wróæ do edycji programu i zmieñ operator postfiksowy na prefiksowy, a prefiksowy na postfiksowy. Skompiluj i uruchom program. Zauwa¿ w jaki sposób zmiana operatorów wp³ywa na wyjœcie generowane przez program. W C++ jest tak¿e operator zmniejszania Jak ju¿ wiesz, podwójny plus (++) jest operatorem zwiêkszania C++. Analogicznie podwójny minus (--) jest w jêzyku C++ operatorem zmniejszania, który zmniejsza o 1 wartoœæ zmiennej. Tak jak dla operatorów zwiêkszania, C++ daje nam do dyspozycji prefiksowy i postfiksowy operator zmniejszania. Przedstawiony poni¿ej program ZMNILICZ.CPP ilustruje sposób u¿ywania operatora zmniejszania: #include void main(void) { int maly_licznik = 0; int duzy_licznik = 1000; cout << "maly_licznik wynosi " << maly_licznik << endl; cout << "maly_licznik-- daje w wyniku " << maly_licznik-- << endl; cout << "koñcowa wartoœæ maly_licznik: " << maly_licznik << endl; cout << "duzy_licznik wynosi " << duzy_licznik << endl; cout << "--duzy_licznik daje w wyniku " << --duzy_licznik << endl; cout << "koñcowa wartoœæ duzy_licznik: " << duzy_licznik << endl; } Gdy skompilujesz i uruchomisz ten program, dostaniesz na ekranie nastêpuj¹ce wyjœcie: C:\> PRE_POST maly_licznik wynosi O maly_licznik-- daje w wyniku 0 koñcowa wartoœæ maly_licznik: -1 duzy_licznik wynosi 1000 duzy_licznik daje w wyniku 999 koñcowa wartoœæ duzy_licznik: 999 Jak widzimy, prefiksowy i postfiksowy operator zmniejszania maj¹ znaczenie analogiczne jak odpowiadaj¹ce im operatory zwiêkszania, z tym ¿e zmniejszaj¹ one o 1 wartoœæ zmiennej. Inne operatory C++ W tej lekcji koncentrujemy siê na typowych operatorach arytmetycznych C++ i operatorach zwiêkszania i zmniejszania. Analizuj¹c programy w C++ mo¿esz napotkaæ jeden lub wiêcej spoœród operatorów wymienionych w tabeli 5: Tabela 5. Najczêœciej spotykane operatory C++OperatorZnaczenie %Operator modulo. Zwraca resztê z dzielenia. ~Dope³nienie jednoœci. Zamienia zera na jedynki, a jedynki na zera &Binarny operator AND (koniunkcja bitów równych 1) ¦Bitowy operator OR (alternatyw bitów równych 1) ^Bitowy operator XOR (wy³¹czna alternatyw bitów równych 1) <>Przesuniêcie w prawo bitów o podan¹ liczbê pozycji (shift) Znaczenie priorytetów operatorów Przy wykonywaniu w C++ operacji arytmetycznych musisz mieæ na uwadze to, ¿e C++ realizuje te dzia³ania w ustalonej kolejnoœci, która wynika z priorytetów, jakie maj¹ odpowiednie operatory. Na przyk³ad C++ wykonuje mno¿enie przed dodawaniem. Aby lepiej zrozumieæ priorytety operatorów, weŸmy poni¿sze wyra¿enie: wynik = 5 + 2 * 3; W zale¿noœci od tego, w jakim porz¹dku C++ realizuje operacje mno¿enia i dodawania, otrzymamy ró¿ne rezultaty: wynik = 5 + 2 * 3; = 7 * 3; = 21; wynik = 5 + 2 * 3; = 5 + 6; = 11; Aby unikn¹æ nieporozumieñ tego rodzaju, jêzyk C++ przypisuje ka¿demu operatorowi priorytet, który wyznacza, w jakiej kolejnoœci C++ realizuje odpowiednie operacje. Poniewa¿ c++ wykonuje operacje w ustalonej kolejnoœci, to programy realizuj¹ obliczenia w sposób logiczny. W tabeli 6 wymieniono priorytety operatorów C++. Operatory w górnej rubryce maj¹ najwy¿szy priorytet. Operatory przedstawione w ka¿dej rubryce poziomej maj¹ taki sam priorytet. Jeœli przyjrzysz siê tabeli, to zauwa¿ysz, ¿e C++ przypisuje mno¿eniu wy¿szy priorytet ni¿ dodawaniu. Wielu z wymienionych operatorów nigdy nie widzia³eœ, ale na razie nie przejmuj siê tym. Po przeczytaniu tej ksi¹¿ki bêdziesz mieæ doœwiadczenie z nimi wszystkimi i wtedy powinieneœ je rozumieæ. Tabela 6. Priorytety operatorów w C++OperatorNazwaPrzyk³ad ::Widocznoœænazwa_klasy::nazwa_skladowej_klasy ::Widocznoœæ globalna::nazwa_zmiennej .Wybór sk³adowejobiekt.nazwa_skladowej ->Wybór sk³adowejwskaznik->nazwa_skladowej []Indekswskaznik[element] ()Wywo³anie funkcjiwyrazenie(parametry) ()Konstrukcja wartoœcityp (parametry) sizeofRozmiar obiektusizeof wyrazenie sizeofRozmiar typusizeof(typ) ++Postfiksowe zwiêkszaniezmienna++ ++Prefiksowe zwiêkszanie++zmienna --Postfiksowe zmniejszaniezmienna-- --Prefiksowe zmniejszanie--zmienna &Adres zmiennej&zmienna *Zawartoœæ spod adresu*wskaznik newAlokacja pamiêcinew typ deleteZwalnianie pamiêcidelete wskaznik delete[]Zwalnianie pamiêci tablicydelete wskaznik ~Dope³nienie jednoœci~wyrazenie !Przeczenie (NOT)!wyrazenie +Plus unarny+ l -Minus unarny- l ()Konwersja typów(typ) wyrazenie .*Wybór sk³adowejobiekt.*wskaznik ->Wybór sk³adowejObiekt->wskaznik *Mno¿eniewyrazenie * wyrazenie /Dzieleniewyrazenie / wyrazenie %Modulowyrazenie % wyrazenie +Dodawaniewyrazenie + wyrazenie -Odejmowaniewyrazenie - wyrazenie Sterowanie kolejnoœci¹ realizowania operacji przez C++ Jak ju¿ mówiliœmy, C++ przypisuje operatorom ró¿ne priorytety i w ten sposób steruje porz¹dkiem wykonywania obliczeñ. Niestety, mo¿e siê zdarzyæ, ¿e kolejnoœæ, w jakiej C++ realizuje operacje, ró¿ni siê od porz¹dku, w jakim chcesz by by³y one wykonywane. Na przyk³ad, przypuœæmy, ¿e musisz w swoim programie dodawaæ dwie ceny, a nastêpnie mno¿yæ otrzymany rezultat przez stawkê podatku: rachunek = cena_a + cena_b * 1.06; Niestety, w tym przyk³adzie C++ najpierw wykona mno¿enie (cena_b * 1.06), a nastêpnie doda do wyniku wartoœæ zmiennej cena_a. Jeœli twoje programy musz¹ wykonywaæ operacje arytmetyczne w ustalonej kolejnoœci, to mo¿esz umieszczaæ w nawiasie wyra¿enia, które musz¹ byæ wykonane najpierw. Gdy C++ oblicza wyra¿enia, to zawsze najpierw realizuje operacje znajduj¹ce siê w nawiasach. Na przyk³ad, weŸmy nastêpuj¹ce wyra¿enie: wynik = (2 + 3) * (2 + 4); C++ oblicza to wyra¿enie w nastêpuj¹cy sposób: wynik = (2 + 3) * (3 + 4); = (5) * (3 + 4); = 5 * (7); = 5 * 7; = 36; Grupuj¹c w ten sposób wyra¿enia w nawiasach mo¿esz sterowaæ kolejnoœci¹, w jakiej C++ realizuje operacje arytmetyczne. We wczeœniejszym przyk³adzie mo¿esz w swoim programie dodawaæ dwie ceny w nawiasie, tak jak tutaj: rachunek = (cena_a + cena_b) * 1.06; Przy operacjach arytmetycznych uwa¿aj na nadmiar Z lekcji 4 wiesz, ¿e gdy przypisujesz zmiennej liczbê spoza zakresu wartoœci typu zmiennej, to ma miejsce b³¹d nadmiaru. Przy wykonywaniu operacji arytmetycznych musisz mieæ na uwadze b³êdy nadmiaru. Na przyk³ad, poni¿szy program NADM_MAT.CPP mno¿y 200 przez 300 i przypisuje otrzymany wynik zmiennej typu int. Jednak poniewa¿ rezultat mno¿enia (60 000) wykracza poza maksymaln¹ wartoœæ typu int (32767), dostaniemy b³¹d nadmiaru: #include void main(void) { int wynik; wynik = 200 * 300; cout << "200 * 300 = " << wynik << endl; } Gdy skompilujesz i uruchomisz ten program, to dostaniesz na ekranie nastêpuj¹ce wyjœcie: C:\> NADM_MAT 200 * 300 = -5536 Zapamiêtaj Podczas tej lekcji przedstawiliœmy typowe operatory arytmetyczne i zwiêkszania jêzyka C++. Jak siê dowiedzia³eœ, aby zapewniæ, ¿e twoje programy wykonuj¹ operacje w ustalonej kolejnoœci, C++ przypisuje ka¿demu operatorowi priorytet, który steruje porz¹dkiem, w jakim operacje s¹ realizowane. Podczas lekcji 6 nauczysz siê w jaki sposób przy u¿yciu strumienia wejœciowego cin mo¿na wykonywaæ operacje wprowadzania danych z klawiatury. Zanim jednak przejdziemy do lekcji 6 upewnij siê, ¿e opanowa³eœ ju¿ nastêpuj¹ce zagadnienia podstawowe: W C++ operatory +, -, * oraz / oznaczaj¹ dodawanie, odejmowanie, mno¿enie i dzielenie. C++ daje nam do dyspozycji prefiksowy (przed) i postfiksowy (po) operator zwiêkszania, które dodaj¹ jeden do wartoœci zmiennej. C++ daje nam do dyspozycji prefiksowy (przed) i postfiksowy (po) operator zmniejszania, które odejmuj¹ jeden od wartoœci zmiennej. Operatory prefiksowe C++ instruuj¹ C++ by najpierw zwiêksza³ (lub zmniejsza³) wartoœæ zmiennej, a nastêpnie wykorzystywa³ wynik operacji. Operatory postfiksowe C++ instruuj¹ C++ by najpierw wykorzystywa³ wartoœæ zmiennej, a nastêpnie j¹ zwiêksza³ (lub zmniejsza³). Aby zapewniæ, ¿e wyra¿enia bêd¹ obliczane w ustalony sposób, C++ przypisuje ka¿demu operatorowi priorytet, który decyduje o kolejnoœci wykonywania operacji. Jeœli chcesz zmieniæ porz¹dek realizowania operacji arytmetycznych, umieszczaj w nawiasie wyra¿enia, które maj¹ byæ obliczane najpierw. WsteczSpis treœciDalej