Краткая сводка операций

<!--StartFragment -->


Операции C++ подробно и систематически описываются в #с.7; прочитайте, пожалуйста, этот раздел. Здесь же приводится краткая сводка и некоторые примеры. После каждой операции приведено одно или более ее общеупотребительных названий и пример ее использования. В этих примерах имя_класса - это имя класса, член - имя члена, объект - выражение, дающее в результате объект класса, указатель - выражение, дающее в результате указатель, выр - выражение, а lvalue - выражение, денотирующее неконстантный объект. Тип может быть совершенно произвольным именем типа (со *, () и т.п.) только когда он стоит в скобках, во всех остальных случаях существуют ограничения.

Унарные операции и операции присваивания правоассоциативны, все остальные левоассоциативны. Это значит, что a=b=c означает a=(b=c), a+b+c означает (a+b)+c, и *p++ означает *(p++), а не (*p)++.

Сводка Операций (часть 1)


:: разрешение области видимости имя_класса :: член
:: глобальное :: имя


-> выбор членауказатель->член
[] индексацияуказатель [ выр ]
() вызов функциивыр (список_выр)
() построение значения тип (список_выр)
sizeof размер объекта sizeof выр
sizeof размер типа sizeof ( тип )


++ приращение послеlvalue++
++ приращение до++lvalue
-- уменьшение послеlvalue--
-- уменьшение до--lvalue
~ дополнение~ выр
! не! выр
- унарный минус - выр
+ унарный плюс + выр
& адрес объекта & lvalue
* разыменование * выр
new создание (размещение) new тип
delete уничтожение (освобождение) delete указатель
delete[] уничтожение вектора delete[ выр ] указатель
() приведение (преобразование типа)( тип ) выр


* умножение выр * выр
/ деление выр / выр
% взятие по модулю (остаток) выр % выр


+ сложение (плюс) выр + выр
- вычитание (минус) выр - выр


В каждой отчерченной части находятся операции с одинаковым приоритетом. Операция имеет приоритет больше, чем операции из частей, расположенных ниже. Например: a+b*c означает a+(b*c), так как * имеет приоритет выше, чем +, а a+b-c означает (a+b)-c, поскольку + и - имеют одинаковый приоритет (и поскольку + левоассоциативен).

Сводка Операций (часть 2)

<< сдвиг влево lvalue << выр
>> сдвиг вправо lvalue >> выр


< меньше выр < выр
<= меньше или равно выр <= выр
> больше выр > выр
>= больше или равно выр >= выр


== равно выр == выр
!= не равно выр != выр


& побитовое И выр & выр


^ побитовое исключающее ИЛИ выр ^ выр


| побитовое включающее ИЛИ выр | выр


&& логическое И выр && выр


|| логическое включающее ИЛИ выр || выр


? : арифметический if выр ? выр : выр


= простое присваивание lvalue = выр
*= умножить и присвоить lvalue = выр
/= разделить и присвоить lvalue /= выр
%= взять по модулю и присвоить lvalue %= выр
+= сложить и присвоить lvalue += выр
-= вычесть и присвоить lvalue -= выр
<<= сдвинуть влево и присвоить lvalue <<= выр
>>= сдвинуть вправо и присвоить lvalue >>= выр
&= И и присвоить lvalue &= выр
|= включающее ИЛИ и присвоить lvalue |= выр
^= исключающее ИЛИ и присвоить lvalue ^= выр


, запятая (последование) выр , выр

Круглые скобки

Скобками синтаксис C++ злоупотребляет; количество способов их использования приводит в замешательство: они применяются для заключения в них параметров в вызовах функций, в них заключается тип в преобразовании типа (приведении к типу), в именах типов для обозначения функций, а также для разрешения конфликтов приоритетов. К счастью, последнее требуется не слишком часто, потому что уровни приоритета и правила ассоциативности определены таким образом, чтобы выражения "работали ожидаемым образом" (то есть, отражали наиболее привычный способ употребления).

Например, значение

if (i<=0 || max

Порядок вычисления

Порядок вычисления подвыражений в выражении не определен.

Например

int i = 1;
v[i] = i++;

может вычисляться или как v[1]=1, или как v[2]=1. При отсутствии ограничений на порядок вычисления выражения может генерироваться более хороший код. Было бы замечательно, если бы компилятор предупреждал о подобных неоднозначностях, но большинство компиляторов этого не делают.

Относительно операций
 

 

, && ||

 


гарантируется, что их левый операнд вычисляется раньше, чем правый. Например, b=(a=2,a=1) присвоит b 3. В этом пункте приводятся примеры использования && и ||. Заметьте, что операция последования , (запятая) логически отличается от запятой, которая используется для разделения параметров в вызове функции. Рассмотрим

f1(v[i],i++); // два параметра
f2( (v[i],i++) ) // один параметр

В вызове f1 два параметра, v[i] и i++, и порядок вычисления выражений-параметров не определен. Зависимость выражения-параметра от порядка вычисления - это очень плохой стиль, а также непереносимо. В вызове f2 один параметр, выражение с запятой, которое эквивалентно i++.

С помощью скобок нельзя задать порядок вычисления. Например, a*(b/c) может вычисляться и как (a*b)/c, поскольку * и / имеют одинаковый приоритет. В тех случаях, когда важен порядок вычисления, можно вводить дополнительную переменную, например, (t=b/c,a*t).

Увеличение и уменьшение

Операция ++ используется для явного выражения приращения вместо его неявного выражения с помощью комбинации сложения и присваивания. По определению ++lvalue означает lvalue+=1, что в свою очередь означает lvalue=lvalue+1 при условии, что lvalue не вызывает никаких побочных эффектов. Выражение, обозначающее (денотирующее) объект, который должен быть увеличен, вычисляется один раз (только). Аналогично, уменьшение выражается операцией --. Операции ++ и -- могут применяться и как префиксные, и как постфиксные. Значением ++x является новое (то есть увеличенное) значение x. Например, y=++x эквивалентно y=(x+=1). Значение x++, напротив, есть старое значение x. Например, y=x++ эквивалентно y=(t=x,x+=1,t), где t - переменная того же типа, что и x.

Операции приращения особенно полезны для увеличения и уменьшения переменных в циклах. Например, оканчивающуюся нулем строку можно копировать так:
 

 


inline void cpy(char* p, const char* q)
{
while (*p++ = *q++) ;
}
 

 


Напомню, что увеличение и уменьшение указателей, так же как сложение и вычитание указателей, осуществляется в терминах элементов вектора, на которые указывает указатель; p++ приводит к тому, что p указывает на следующий элемент. Для указателя p типа T* по определению выполняется следующее:

long(p+1) == long(p)+sizeof(T);

Побитовые логические операции

Побитовые логические операции
 

 


& | ^ ~ >> <<
 

 


применяются к целым, то есть к объектам типа char, short, int, long и их unsigned аналогам, результаты тоже целые.

Одно из стандартных применений побитовых логических операций - реализация маленького множества (вектора битов). В этом случае каждый бит беззнакового целого представляет один член множества, а число членов ограничено числом битов. Бинарная операция & интерпретируется как пересечение, | как объединение, а ^ как разность. Для именования членов такого множества можно использовать перечисление. Вот маленький пример, заимствованный из реализации (не пользовательского интерфейса) :

enum state_value { _good=0, _eof=1, _fail=2, _bad=4}; // хорошо, конец файла, ошибка, плохо

Определение _good не является необходимым. Я просто хотел, чтобы состояние, когда все в порядке, имело подходящее имя. Состояние потока можно установить заново следующим образом:

cout.state = _good;

Hапример, так можно проверить, не был ли испорчен поток или допущена операционная ошибка:

if (cout.state&(_bad|_fail)) // не good

Еще одни скобки необходимы, поскольку & имеет более высокий приоритет, чем |.
Функция, достигающая конца ввода, может сообщать об этом так:

cin.state |= _eof;

Операция |= используется потому, что поток уже может быть испорчен (то есть, state==_bad), поэтому

cin.state = _eof;

очистило бы этот признак. Различие двух потоков можно находить так:

state_value diff = cin.state^cout.state;

В случае типа stream_state (состояние потока) такая разность не очень нужна, но для других похожих типов она оказывается самой полезной. Например, при сравнении вектора бит, представляющего множество прерываний, которые обрабатываются, с другим, представляющим прерывания, ждущие обработки.

Следует заметить, что использование полей  в действительности является сокращенной записью сдвига и маскирования для извлечения полей бит из слова. Это, конечно, можно сделать и с помощью побитовых логических операций, Например, извлечь средние 16 бит из 32-битового int можно следующим образом:

unsigned short middle(int a) { return (a>>8)&0xffff; }

Не путайте побитовые логические операции с логическими операциями:
 

 


&& || !
 

 


Последние возвращают 0 или 1, и они главным образом используются для записи проверки в операторах if, while или for (см. этот пункт). Например, !0 (не ноль) есть значение 1, тогда как ~0 (дополнение нуля) есть набор битов все-единицы, который обычно является значением -1.

Преобразование типа

Бывает необходимо явно преобразовать значение одного типа в значение другого. Явное преобразование типа дает значение одного типа для данного значения другого типа.

Например:

float r = float(1);

перед присваиванием преобразует целое значение 1 к значению с плавающей точкой 1.0. Результат преобразования типа не является lvalue, поэтому ему нельзя присваивать (если только тип не является ссылочным типом).

Есть два способа записи явного преобразования типа: традиционная в C запись приведения к типу (double)a и функциональная запись double(a). Функциональная запись не может применяться для типов, которые не имеют простого имени. Например, чтобы преобразовать значение к указательному типу надо или использовать запись приведения

char* p = (char*)0777;

или определить новое имя типа:

typedef char* Pchar;
char* p = Pchar(0777);

По моему мнению, функциональная запись в нетривиальных случаях предпочтительна. Рассмотрим два эквивалентных примера

Pname n2 = Pbase(n1->tp)->b_name; // функциональная запись
Pname n3 = ((Pbase)n2->tp)->b_name; // запись приведения к типу

Поскольку операция -> имеет больший приоритет, чем приведение, последнее выражение интерпретируется как

((Pbase)(n2->tp))->b_name

С помощью явного преобразования типа к указательным типам можно сымитировать, что объект имеет совершенно произвольный тип.

Например:

any_type* p = (any_type*)&some_object;

позволит работать посредством p с некоторым объектом some_object как с любым типом any_type.

Когда преобразование типа не необходимо, его следует избегать. Программы, в которых используется много явных преобразований типов, труднее понимать, чем те, в которых это не делается. Однако такие программы легче понимать, чем программы, просто не использующие типы для представления понятий более высокого уровня (например, программу, которая оперирует регистром устройства с помощью сдвига и маскирования, вместо того, чтобы определить подходящую struct и оперировать ею). Кроме того, правильность явного преобразования типа часто критическим образом зависит от понимания программистом того, каким образом объекты различных типов обрабатываются в языке, и очень часто от подробностей реализации.

Например:
 

 


int i = 1;
char* pc = "asdf";
int* pi = &i;
i = (int)pc;
pc = (char*)i; // остерегайтесь: значение pc может измениться
// на некоторых машинах
// sizeof(int)

Свободная память

Именованный объект является либо статическим, либо автоматическим см. #2.1.3). Статический объект размещается во время запуска программы и существует в течение всего выполнения программы. Автоматический объект размещается каждый раз при входе в его блок и существует только до тех пор, пока из этого блока не вышли. Однако часто бывает полезно создать новый объект, существующий до тех пор, пока он не станет больше не нужен. В частности, часто полезно создать объект, который можно использовать после возврата из функции, где он создается. Такие объекты создает операция new, а в последствие уничтожать их можно операцией delete. Про объекты, выделенные с помощью операции new, говорят, что они в свободной памяти. Такими объектами обычно являются вершины деревьев или элементы связанных списков, являющиеся частью большей структуры данных, размер которой не может быть известен на стадии компиляции. Рассмотрим, как можно было бы написать компилятор в духе написанного настольного калькулятора. Функции синтаксического анализа могут строить древовидное представление выражений, которое будет использоваться при генерации кода.

Например:
 

 


struct enode {
token_value oper;
enode* left;
enode* right;
};


enode* expr()
{
enode* left = term();


for(;;)
switch(curr_tok) {
case PLUS:
case MINUS:
get_token();
enode* n = new enode;
n->oper = curr_tok;
n->left = left;
n->right = term();
left = n;
break;
default:
return left;
}
}
 

 


Получающееся дерево генератор кода может использовать например так:
 

 


void generate(enode* n)
{
switch (n->oper) {
case PLUS:
// делает нечто соответствующее
delete n;
}
}
 

 


Объект, созданный с помощью new, существует, пока он не будет явно уничтожен delete, после чего пространство, которое он занимал, опять может использоваться new. Никакого "сборщика мусора", который ищет объекты, на которые нет ссылок, и предоставляет их в распоряжение new, нет. Операция delete может применяться только к указателю, который был возвращен операцией new, или к нулю. Применение delete к нулю не вызывает никаких действий.

С помощью new можно также создавать вектора объектов. Например:
 

 


char* save_string(char* p)
{
char* s = new char[strlen(p)+1];
strcpy(s,p);
return s;
}
 

 


Следует заметить, что чтобы освободить пространство, выделенное new, delete должна иметь возможность определить размер выделенного объекта.

Например:
 

 


int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc < 2) exit(1);
char* p = save_string(argv[1]);
delete p;
}
 

 


Это приводит к тому, что объект, выделенный стандартной реализацией new, будет занимать больше места, чем статический объект (обычно, больше на одно слово).

Можно также явно указывать размер вектора в операции уничтожения delete. Например:
 

 


int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc < 2) exit(1);
int size = strlen(argv[1])+1;
char* p = save_string(argv[1]);
delete[size] p;
}
 

 


Заданный пользователем размер вектора игнорируется за исключением некоторых типов, определяемых пользователем .

Операции свободной памяти реализуются функциями:

void operator new(long);
void operator delete(void*);

Стандартная реализация new не инициализирует возвращаемый объект.

Что происходит, когда new не находит памяти для выделения? Поскольку даже виртуальная память конечна, это иногда должно происходить. Запрос вроде

char* p = new char[100000000];

как правило, приводит к каким-то неприятностям. Когда у new ничего не получается, она вызывает функцию, указываемую указателем _new_handler . Вы можете задать указатель явно или использовать функцию set_new_handler().

Например:
 

 


#include


void out_of_store()
{
cerr << "операция new не прошла: за пределами памяти\\n";
exit(1);
}


typedef void (*PF)(); // тип указатель на функцию


extern PF set_new_handler(PF);


main()
{
set_new_handler(out_of_store);
char* p = new char[100000000];
cout << "сделано, p = " << long(p) << "\\n";
}
 

 


как правило, не будет писать "сделано", а будет вместо этого выдавать

операция new не прошла: за пределами памяти

_new_handler может делать и кое-что поумнее, чем просто завершать выполнение программы. Если вы знаете, как работают new и delete, например, потому, что вы задали свои собственные operator new() и operator delete(), программа обработки может попытаться найти некоторое количество памяти, которое возвратит new. Другими словами, пользователь может сделать сборщик мусора, сделав, таким образом, использование delete необязательным. Но это, конечно, все- таки задача не для начинающего.

По историческим причинам new просто возвращает указатель 0, если она не может найти достаточное количество памяти и не был задан никакой _new_handler.

Например
 

 


include


main()
{
char* p = new char[100000000];
cout << "сделано, p = " << long(p) << "\\n";
}
 

 


выдаст

сделано, p = 0

Вам сделали предупреждение! Заметьте, что тот, кто задает _new_handler, берет на себя заботу по проверке истощения памяти при каждом использовании new в программе (за исключением случая, когда пользователь задал отдельные подпрограммы для размещения объектов заданных типов, определяемых пользователем).

 


Опубликовал admin
23 Мар, Вторник 2004г.



Программирование для чайников.