Выполнение простых операций

Из урока 4 вы узнали, как объявлять и использовать переменные в своих программах. По мере усложнения программ вы будете выполнять арифметические операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление, над значениями, содержащимися в переменных. Данный урок описывает, как использовать арифметические операторы C++ для выполнения этих операций. К тому времени, когда вы закончите изучение данного урока, вы освоите следующие основные концепции:

После того как вы научитесь распознавать разные арифметические операторы C++, вы поймете, что выполнять математические операции очень легко!

ОСНОВНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

Независимо от назначения большинство ваших программ на C++ будут складывать, вычитать, умножать или делить. Вы узнаете, что ваши программы могут выполнять арифметические операции с константами (например, 3*5) или с переменными (например, payment — total). Таблица 5.1 перечисляет основные математические операции C++:

Таблица 5.1. Основные математические операции С++

Операция

Назначение

Пример

+

Сложение

total = cost + tax;

-

Вычитание

change = payment - total;

*.

Умножение

tax = cost * tax_rate;

/

Деление

average = total / count;

Следующая программа SHOWMATH.CPP использует cout для вывода реультата нескольких простых арифметических операций:

#include <iostream.h>

void main(void)

{
   cout << "5 + 7 = " << 5 + 7 << endl;
   cout << "12 - 7 = " << 12 - 7 << endl;
   cout << "1.2345 * 2 = " << 1.23.45 * 2 << endl;
   cout << "15 / 3 = " << 15 / 3 << endl;
}

Посмотрите внимательно на операторы программы. Обратите внимание, что каждое выражение сначала появляется в кавычках, которые обеспечивают вывод символов (например, 5 + 7 =) на экран. Затем программа выводит результат операции и символ новой строки. Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на вашем экране появится следующий вывод:

С:\> SHOWMATH <ENTER>

5 + 7 = 12

12 - 7 = 5

1.2345 * 2 = 2.469

15 / 3 = 5

В данном случае программа выполняла арифметические операции, используя только постоянные значения. Следующая программа MATHVARS.CPP выполняет арифметические операции, используя переменные:

#include <iostream.h>

void main(void)

{
   float cost =15.50; // Стоимость покупки
   float sales_tax = 0.06; // Налог на продажу 6%
   float amount_paid = 20.00; // Деньги покупателя
   float tax, change, total; // Налог на продажу, сдача покупателю и общий счет
   tax = cost * sales_tax;
   total = cost + tax;
   change = amount_paid - total;
   cout << "Стоимость покупки: $" << cost << "\tHaлor: $" << tax << "\tОбщий счет: $" << total << endl;
   cout << "Сдача покупателю: $" << change << endl;
}

В данном случае программа использует только переменные с плавающей точкой. Как видите, программа присваивает значения переменным при объявлении. Далее программа выполняет арифметические операции над переменными для определения налога на продажу, общего счета и сдачи покупателю. Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на вашем экране появится следующий вывод:

С:\> MATHVARS <ENTER>

Стоимость покупки: $15.5 Налог: $0.93 Общий счет: $16.43

Сдача покупателю: $3.57

УВЕЛИЧЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ НА 1

Обычной операцией, которую вы будете выполнять при программировании, является прибавление 1 к значению целой переменной. Например, предположим, что ваша программа использует переменную с именем count, чтобы сохранить данные о количестве напечатанных файлов. Каждый раз, когда программа печатает файл, 1 будет добавляться к текущему значению count. Используя оператор присваивания C++, ваша программа может увеличивать значение count, как показано ниже:

count = count + 1;

В данном случае программа сначала выбирает значение count, а затем добавляет к нему единицу. Далее программа записывает результат сложения обратно в переменную count. Следующая программа INTCOUNT.CPP использует оператор присваивания для увеличения переменной count (которая первоначально содержит значение 1000) на единицу (присваивая переменной результат 1001):

#include <iostream.h>

void main(void)

{
   int count = 1000;
   cout << "начальное значение count равно" << count << endl;
   count = count + 1;
   cout << "конечное значение count равно" << count << endl;
}

Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на вашем экране появится следующий вывод:

С:\> INCCOUNT <ENTER>

начальное значение count равно 1000

конечное значение count равно 1001

Так как увеличение значения переменной представляет собой обычную операцию в программах, в C++ есть операция увеличения — двойной знак плюс (++). Операция увеличения обеспечивает быстрый способ прибавления единицы к значению переменной. Следующие операторы, например, увеличивают значение переменной count на 1:

count = count + 1; count++;

Следующая программа INC_OP.CPP использует операцию увеличения для наращивания значения переменной count на 1:

#include <iostream.h>

void main(void)

{
   int count = 1000;
   cout << "начальное значение count равно " << count << endl;
   count++;
   cout << "конечное значение count равно " << count << endl;
}

Эта программа работает так же, как INCCOUNT.CPP, которая использовала оператор присваивания для увеличения значения переменной. Когда C++ встречает операцию увеличения, он сначала выбирает значение переменной, добавляет к этому значению единицу, а затем записывает результат обратно в переменную.

Представление о префиксной (до) и постфиксной (после) операциях увеличения

При использовании операций увеличения ваши программы могут размещать оператор увеличения до или после переменной, как показано ниже:

++variable; variable++;

Так как первый оператор появляется до переменной, он называется префиксным оператором увеличения. Аналогично этому, второй оператор появляется после переменной и называется постфиксным оператором увеличения. Вам необходимо знать, что C++ трактует эти два оператора по-разному. Например, рассмотрим следующий оператор присваивания:

current_count = count++;

Этот оператор присваивания указывает C++ присвоить текущее значение count переменной current_count. В дополнение к этому постфиксный оператор увеличения заставляет C++ увеличить текущее значение count. Использование постфиксного оператора в этом случае делает показанный выше оператор эквивалентным следующим двум операторам:

current_count = count;

count = count + 1;

Теперь рассмотрим следующий оператор присваивания, который использует префиксный оператор увеличения:

current_count = ++count;

В этом случае оператор присваивания указывает C++ сначала увеличить значение count, а затем присвоить результат переменной current_count. Использование префиксного оператора увеличения делает показанный выше оператор эквивалентным следующим двум операторам:

count = count + 1;

current_count = count;

Важно освоить префиксную и постфиксную операции увеличения, так, как они будут встречаться вам в большинстве программ на C++. Следующая программа PRE_POST.CPP иллюстрирует использование префиксной и постфиксной операций увеличения:

#include <iostream.h>

void main(void)

{
   int small_count = 0;
   int big_count = 1000;
   cout << "small_count равно " << small_count << endl;
   cout << "small_count++ производит " << small_count++ << endl;
   cout << "конечное значение small_count равно " << sniall_count << endl;
   cout << "big_count равно " << big_count << endl;
   cout << "++big_count производит " << ++big_count << endl;
   cout << "конечное значение big_count равно " << big_count << endl;
}

Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на вашем экране появится следующий вывод:

С:\> PRE_POST <ENTER>

small_count равно 0

small_count++ производит 0

конечное значение small_count равно 1

big_count равно 1000

++big_count производит 1001

конечное значение big_count равно 1001

С переменной small_count программа использует постфиксную операцию увеличения. В результате программа выводит текущее значение переменной (0), а затем увеличивает его на 1. С переменной big_count программа использует префиксную операцию увеличения. В результате программа сначала увеличивает значение переменной (1000 + 1), а затем выводит результат (1001). Найдите время, чтобы отредактировать эту программу, и сначала измените постфиксную операцию на префиксную, а затем префиксную на постфиксную. Откомпилируйте и запустите программу, обращая внимание на то, как изменение операции изменяет вывод.

С++ обеспечивает также операции уменьшения

Как вы уже знаете, двойной знак плюс (++) представляет собой оператор увеличения C++. Подобным образом двойной знак минус (--) соответствует оператору уменьшения C++, который уменьшает значение переменной на 1. Как и в случае с операцией увеличения, C++ поддерживает префиксный и постфиксный операторы уменьшения. Следующая программа DECCOUNT.CPP иллюстрирует использование оператора уменьшения C++:

#include <iostream.h>

void main(void)

{
   int small_count = 0;
   int big_count = 1000;
   cout << "small_count равно " << small_count << endl;
   cout << "small_count-- производит " << small_count-- << endl;
   cout << "конечное значение small_count равно " “ small_count << endl;
   cout << "big_count равно " << big_count << endl;
   cout << "--big_count производит " << --big_count << endl;
   cout << "конечное значение big_count равно " << big_count << endl;
}

Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на вашем экране появится следующий вывод:

С:\> DECCOUNT <ENTER”

small_count равно 0

small_count-- производит 0

конечное значение small_count равно -1

big_count равно 1000

—big_count производит 999

конечное значение big_count равно 999

Как видите, префиксный и постфиксный операторы уменьшения C++ работают так же, как и соответствующие операторы увеличения, с той лишь разницей, что они уменьшают значение переменной на 1.

ДРУГИЕ ОПЕРАТОРЫ С++

В этом уроке описаны обычные арифметические операции C++, а также операции увеличения и уменьшения. В программах на C++ вы можете встретить одну или несколько операций, перечисленных в табл. 5.2:

Таблица 5.2. Операции C++, которые вы можете встретить в программах.

Операция

Функция

%

Взятие по модулю или остаток; возвращает остаток целочисленного деления

~Дополнение; инвертирует биты значений
&Побитовое И
|Побитовое включающее ИЛИ
^ Побитовое исключающее ИЛИ
<<Сдвиг влево; сдвигает биты значения влево на указанное количество разрядов
>> Сдвиг вправо; сдвигает биты значения вправо на указанное количество разрядов

СТАРШИНСТВО ОПЕРАЦИЙ

При выполнении арифметических операций в C++ необходимо знать, что C++ выполняет операции в определенном порядке, основанном на старшинстве операций. Например, операция умножения выполняется до сложения. Чтобы лучше понять старшинство операций, рассмотрите следующие выражения:

result =5+2*3;

В зависимости от порядка, в котором C++ выполняет умножение и сложение, результат будет разным:

result =5+2*3;
=7*3;
= 21;
result =5+2*3;
=5+6;
= 11;

Чтобы избежать путаницы, C++ присваивает каждой операции приоритет, который определяет порядок выполнения операций. Так как C++ выполняет операции в определенном порядке, то и ваши программы будут проводить арифметические вычисления соответствующим образом.

Таблица 5.3 перечисляет старшинство операций C++. Операции, находящиеся в верхней части, имеют более высокий приоритет. Операции внутри каждой части имеют одинаковый приоритет. Если вы рассмотрите таблицу, то увидите, что в C++ умножение имеет более высокий приоритет, чем сложение. Вы не знакомы со многими операциями, представленными в таблице. В настоящее время не думайте об этих операциях. К концу изучения этой книги вы сможете использовать (и понять) каждую из них!

Таблица 5.3. Старшинство операций в C++.

Операция

Имя

Пример

:: Разрешение области видимости classname::classmember_name

::

Глобальное разрешение

::variable_name

.

Выбор элемента

object.member_name

->

Выбор элемента

pointer->membername

[]

Индексация

pointer[element]

()

Вызов функции

expression(parameters)

()

Построение значения

type(parameters)

sizeof

Размер объекта

sizeof expression

sizeof

Размер типа

sizeof(type)

++

Приращение после

variable++

++

Приращение до

++variable

--

Уменьшение после

variable--

--

Уменьшение до

-- variable

&

Адрес объекта

&variable

*

Разыменование

*pointer

new

Создание (размещение)

new type

delete

Уничтожение (освобождение) delete pointer

delete[]

Уничтожение массива

delete pointer

~

Дополнение

~expression

!

Логическое НЕ

! expression

+

Унарный плюс

+1

-

Унарный минус

-1

()

Приведение

(type) expression

.*

Выбор элемента

object.*pointer

->

Выбор элемента

object->*pointer

*

Умножение

expression * expression

/

Деление

expression / expression

%

Взятие по модулю

expression % expression

+

Сложение (плюс)

expression + expression

-

Вычитание (минус)

expression expression

Управление порядком, в котором C++ выполняет операции

Как вы уже знаете, C++ назначает операциям различный приоритет, который и управляет порядком выполнения операций. К сожалению, иногда порядок, в котором C++ выполняет арифметические операции, не соответствует порядку, в котором вам необходимо их выполнить. Например, предположим, что вашей программе необходимо сложить две стоимости и затем умножить результат на налоговую ставку:

cost = price_a + price_b * 1.06;

К сожалению, в этом случае C++ сначала выполнит умножение (price_b * 1.06), а затем прибавит значение price_a.

Если ваши программы должны выполнять арифметические операции в определенном порядке, вы можете заключить выражение в круглые скобки. Когда C++ оценивает выражение, он сначала всегда выполняет операции, сгруппированные в круглых скобках. Например, рассмотрим следующее выражение:

result =(2+3)* (3+4);

C++ вычисляет данное выражение в следующем порядке:

result = (2 + 3) * (3 + 4);
= (5) * (3 + 4);
= 5 * (7);
=5*7;
= 35;

Подобным образом группируя выражения внутри круглых скобок, вы можете управлять порядком, в котором C++ выполняет арифметические операции. Аналогично предыдущему примеру, ваша программа может сложить две стоимости внутри круглых скобок, как показано ниже:

cost = (price_a + price_b) * 1.06;

СЛЕДИТЕ ЗА ОШИБКАМИ ПЕРЕПОЛНЕНИЯ ПРИ АРИФМЕТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ

Из урока 4 вы узнали, что, если вы присваиваете переменной значение, которое не входит в диапазон значений для данного типа переменной, возникает ошибка переполнения. При выполнении арифметических операций необходимо помнить о возможности возникновения ошибок переполнения. Например, следующая программа MATHOVER.CPP умножает 200 на 300 и присваивает результат переменной типа int. Однако, поскольку результат умножения (60000) превышает наибольшее возможное значение для типа int (32767), возникает ошибка переполнения:

#include <iostream.h>

void main(void)

{
   int result;
   result = 200 * 300;
   cout << "200 * 300 = " << result << endl;
}

Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на экране появится следующий вывод:

С:\> MATHOVER <ENTER>

200 * 300 = -5536

ЧТО ВАМ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

В данном уроке вы изучали обычные арифметические операции и операции приращения C++. Чтобы программы корректно выполняли арифметические вычисления, C++ назначает каждой операции приоритет, который управляет порядком выполнения операций. Из урока 6 вы узнаете, как использовать входной поток с именем cin для выполнения операций ввода с клавиатуры. До изучения урока 6 убедитесь, что вы освоили следующее:

  1. C++ использует операторы +,- , * и / для сложения, вычитания, умножения и деления.
  2. C++ обеспечивает префиксные (до) и постфиксные (после) операции увеличения, которые прибавляют единицу к значению переменной.
  3. C++ обеспечивает префиксную (до) и постфиксную (после) операции уменьшения, которые вычитают единицу из значения переменной.
  4. Префиксные (до) операции указывают C++ сначала увеличить (или уменьшить) значение переменной, а затем использовать это значение.
  5. Постфиксные (после) операции указывают C++ сначала использовать значение переменной, а затем увеличить (или уменьшить) его.
  6. Чтобы гарантировать, что выражения выполняются корректно, C++ назначает каждой операции приоритет, управляющий порядком выполнения операций.
  7. Если вам нужно управлять порядком выполнения арифметических операций, используйте круглые скобки. C++ всегда вычисляет сначала выражение в скобках.
Математика Двойные интегралы Учимся программировать на языке C++Сетевой уровень Управление доступом У каждого хоста и маршрутизатора в Интернете есть IP-адрес