В любой программе требуется производить вычисления. Для вычисления значений используются выражения, которые состоят из операндов, знаков операций и скобок. Операнды задают данные для вычислений. Операции задают действия, которые необходимо выполнить. Каждый операнд является, в свою очередь, выражением или одним из его частных случаев, например, константой или переменной. Операции выполняются в соответствии с приоритетами. Для изменения порядка выполнения операций используются круглые скобки.Рассмотрим составные части выражений и правила их вычисления.
Переменные
Переменная — это именованная область памяти, в которой хранятся данные определенного типа. У переменной есть имя и значение. Имя служит для обращения к области памяти, в которой хранится значение. Во время выполнения программы значение переменной можно изменять. Перед использованием любая переменная должна быть описана.
Пример описания целой переменной с именем а и вещественной переменной х:
int a; float x;
Общий вид оператора описания переменных:
[класс памяти] [const] тип имя [инициализатор];
Рассмотрим правила задания составных частей этого оператора.
- Необязательный класс памяти может принимать одно из значений auto, extern, static и register. О них рассказывается чуть ниже.
- Модификатор const показывает, что значение переменной изменять нельзя. Такую переменную называют именованной константой, или просто константой.
- При описании можно присвоить переменной начальное значение, это называется инициализацией. Инициализатор можно записывать в двух формах — со знаком равенства: = значение или в круглых скобках: ( значение )
Константа должна быть инициализирована при объявлении. В одном операторе можно описать несколько переменных одного типа, разделяя их запятыми.
Примеры:
short int а = 1; // целая переменная а
const char С = ‘С’ ; // символьная константа С
char s, sf = ‘f’ ; // инициализация относится только к sf
char t (54);
float с = 0.22, x(3), sum;
Если тип инициализирующего значения не совпадает с типом переменной, выполняются преобразования типа по определенным правилам.
Описание переменной, кроме типа и класса памяти, явно или по умолчанию задает ее область действия. Класс памяти и область действия зависят не только от собственно описания, но и от места его размещения в тексте программы.
Область действия идентификатора — это часть программы, в которой его можно использовать для доступа к связанной с ним области памяти. В зависимости от области действия переменная может быть локальной или глобальной.
Если переменная определена внутри блока (напомню, что блок ограничен фигурными скобками), она называется локальной, область ее действия — от точки описания до конца блока, включая все вложенные блоки. Если переменная определена вне любого блока, она называется глобальной и областью ее действия считается файл, в котором она определена, от точки описания до его конца.
Класс памяти определяет время жизни и область видимости программного объекта (в частности, переменной). Если класс памяти не указан явным образом, он определяется компилятором исходя из контекста объявления.
Время жизни может быть постоянным (в течение выполнения программы) и временным (в течение выполнения блока).
Областью видимости идентификатора называется часть текста программы, из которой допустим обычный доступ к связанной с идентификатором областью памяти. Чаще всего область видимости совпадает с областью действия. Исключением является ситуация, когда во вложенном блоке описана переменная с таким же именем. В этом случае внешняя переменная во вложенном блоке невидима, хотя он и входит в ее область действия. Тем не менее к этой переменной, если она глобальная, можно обратиться, используя операцию доступа к области видимости ::.
Классы памяти переменных
Для задания класса памяти используются следующие спецификаторы:
auto — автоматическая переменная. Память под нее выделяется в стеке и при необходимости инициализируется каждый раз при выполнении оператора, содержащего ее определение. Освобождение памяти происходит при выходе из блока, в котором описана переменная. Время ее жизни — с момента описания до конца блока. Для глобальных переменных этот спецификатор не используется, а для локальных он принимается по умолчанию, поэтому задавать его явным образом большого смысла не имеет.
extern — означает, что переменная определяется в другом месте программы (в другом файле или дальше по тексту). Используется для создания переменных, доступных во всех модулях программы, в которых они объявлены (Если переменная в том же операторе инициализируется, спецификатор extern игнорируется).
static — статическая переменная. Время жизни — постоянное. Инициализируется один раз при первом выполнении оператора, содержащего определение переменной. В зависимости от расположения оператора описания статические переменные могут быть глобальными и локальными. Глобальные статические переменные видны только в том модуле, в котором они описаны.
register — аналогично auto, но память выделяется по возможности в регистрах процессора. Если такой возможности у компилятора нет, переменные обрабатываются как auto.
int а; //1 глобальная переменная а
int main(){
int b; // 2 локальная переменная b
extern int x; //3 переменная x определена в другом месте
static int с; // 4 локальная статическая переменная с
а = 1; //5 присваивание глобальной переменной
int а; // 6 локальная переменная а
а = 2; //7 присваивание локальной переменной
::а = 3; //8 присваивание .глобальной переменной
return 0;
}
int x = 4; // 9 определение и инициализация х
В этом примере глобальная переменная а определена вне всех блоков. Память под нее выделяется в сегменте данных в начале работы программы, областью действия является вся программа. Область видимости — вся программа, кроме строк 6-8, так как в первой из них определяется локальная переменная с тем же именем, область действия которой начинается с точки ее описания и заканчивается при выходе из блока. Переменные b и с — локальные, область их видимости — блок, но время жизни различно: память под b выделяется в стеке при входе в блок и освобождается при выходе из него, а переменная с располагается в сегменте данных и существует все время, пока работает программа.
Если при определении начальное значение переменных явным образом не задается, компилятор присваивает глобальным и статическим переменным нулевое значение соответствующего типа. Автоматические переменные не инициализируются.
Имя переменной должно быть уникальным в своей области действия (например, в одном блоке не может быть двух переменных с одинаковыми именами).
СоветНе жалейте времени на придумывание подходящих имен. Имя должно отражать смысл хранимой величины, быть легко распознаваемым и, желательно, не содержать символов, которые можно перепутать друг с другом, например, 1, l (строчная L) или I (прописная i). Для разделения частей имени можно использовать знак подчеркивания. Не давайте переменным имена, демонстрирующие знание иностранного слэнга — ведь «как вы лодку назовете, так она и поплывет». Как правило, переменным с большой областью видимости даются более длинные имена (желательно с префиксом типа), а для переменных, вся жизнь которых проходит на протяжении нескольких строк исходного текста, хватит и одной буквы с комментарием при объявлении.
Описание переменной может выполняться в форме объявления или определения. Объявление информирует компилятор о типе переменной и классе памяти, а определение содержит, кроме этого, указание компилятору выделить память в соответствии с типом переменной. В C++ большинство объявлений являются одновременно и определениями. В приведенном выше примере только описание 3 является объявлением, но не определением.
Переменная может быть объявлена многократно, но определена только в одном месте программы, поскольку объявление просто описывает свойства переменной, а определение связывает ее с конкретной областью памяти.
Выражения в C++
Как уже говорилось выше, выражения состоят из операндов, знаков операций и скобок и используются для вычисления некоторого значения определенного типа. Каждый операнд является, в свою очередь, выражением или одним из его частных случаев — константой или переменной.
Примеры выражений:
(а + 0.12)/6
х && у || !z
(t * sin(x)-1.05e4)/((2 * к + 2) * (2 * к + 3))
Операции выполняются в соответствии с приоритетами. Для изменения порядка выполнения операций используются круглые скобки. Если в одном выражении записагю несколько операций одинакового приоритета, унарные операции, условная операция и операции присваивания выполняются справа палево, остальные — слева направо. Например, а = b = с означает [ccie_cpp]а = (Ь = с), а а + b + с означает (а + Ь) + с. Порядок вычисления подвыражений внутри выражений не определен: например, нельзя считать, что в выражении (sin(x + 2) + cos(y + 1)) обращение к синусу будет выполнено раньше, чем к косинусу, и что х + 2 будет вычислено раньше, чем y+1.
Результат вычисления выражения характеризуется значением и типом. Например, если а и b — переменные целого типа и описаны так:
int а = 2, b = 5;
то выражение а + b имеет значение 7 и тип 1nt, а выражение а = b имеет значение, равное помещенному в переменную а (в данному случае 5) и тип, совпадающий с типом этой переменной. Таким образом, в C++ допустимы выражения вида а = b = с: сначала вычисляется выражение b = с, а затем его результат становится правым операндом для операции присваивания переменной а.
В выражение могут входить операнды различных типов. Если операнды имеют одинаковый тип, то результат операции будет иметь тот же тип. Если операнды разного типа, перед вычислениями выполняются преобразования типов по определенным правилам, обеспечивающим преобразование более коротких типов в более длинные для сохранения значимости и точности.
Преобразования бывают двух типов:
- изменяющие внутреннее представление величин (с потерей точности или без потери точности);
- изменяющие только интерпретацию внутреннего представления.
К первому типу относится, например, преобразование целого числа в вещественное (без потери точности) и наоборот (возможно, с потерей точности), ко второму — преобразование знакового целого в беззнаковое.
В любом случае величины типов char, signed char, unsigned char, short int и unsigned short int преобразуются в тип int, если он может представить все значения, или в unsigned int в противном случае.
После этого операнды преобразуются к типу наиболее длинного из них, и он используется как тип результата. Программист может задать преобразования типа и явным образом.
Итак, мы потратили достаточно много времени, рассматривая самый нижний уровень конструкций, составляющих язык программирования, и теперь пора начинать строить из них нечто более осмысленное — сначала отдельные операторы, а затем программы. Даже самая простая программа должна создаваться по определенным правилам, тогда она будет надежна, эффективна и красива.
По материалам книги Павловской Т.А «C++ программирование на языке высокого уровня».
