Операторы языка программирования

Лабораторная работа №2. Проектирование программ линейной структуры

Цель и порядок работы

Цель работы – изучить структуру программы на языке C++, операторы присваивания, ввода и вывода данных, используемые при составлении программ линейной структуры.

Порядок выполнения работы:

- ознакомиться с описанием лабораторной работы;

- получить задание у преподавателя, согласно своему варианту;

- написать программу, отладить и решить ее на ЭВМ;

- оформить отчет.

Краткая теория

2.1 Структура программы на языке C++

Выполнение всех программ, написанных на языке C++, начинается с функции, именуемой main. При запуске программы прежде всего выполняется первое выражение функции main.

Выражение – это строка кодов, представляющая собой отдельную инструкцию для компьютера. (Функция состоит из группы выражений, собранных вместе для решения определенной задачи.) Затем поочередно выполняются все остальные выражения – по одному за раз.

Структура программы выглядит следующим образом:

директивы_препроцессора int main() { определения_объектов; исполняемые операторы; return 0; }

директивы_препроцессора void main() { определения_объектов; исполняемые операторы; return; }

У функции есть имя (main), после которого в круглых скобках перечисляются аргументы или параметры функции (в данном случае у функции main аргументов нет). У функции может быть результат или возвращаемое значение. Если функция не возвращает никакого значения, то это обозначается ключевым словом void. В фигурных скобках записывается тело функции – действия, которые она выполняет. Оператор return 0; означает, что функция возвращает результат – целое число 0.

Вслед за заголовком функции main в фигурных скобках размещается тело функции, которое представляет последовательность определений, описаний и исполняемых операторов. Как правило, определения и описания размещаются до исполняемых операторов. Каждое определение, описание и оператор завершается «;».

Переменные используются для представления данных в программе. Например, если нужно запомнить имя пользователя, можно создать переменную Имя. Затем в любой момент, когда потребуется имя пользователя, можно просто сослаться на значение переменной Имя. В процессе выполнения программы значения переменных могут изменяться. Например, можно присвоить переменной Имя значение «Вася», а потом другим выражением присвоить этой же переменной значение «Степан». Но само по себе значение переменной никогда не меняется – в любом случае вы должны написать какое-нибудь выражение, меняющее одно значение на другое.

Комментарии используются для описания того, что происходит в процессе выполнения программы. Вы можете добавлять их для расшифровки целей, с которыми пишутся те или иные фрагменты кодов, для фиксирования каких-то мыслей и идей, для описания решаемых задач. Добавляя комментарии, вы упрощаете чтение кодов вашей программы пользователями. Для вас комментарии также могут быть очень полезны. Если через некоторое время вы захотите внести изменения в уже набранные коды, вам, скорее всего, трудно будет вспомнить, для чего используется та или иная переменная и зачем нужно было создавать ту или иную функцию. В таких случаях, пожалуй, комментарии могут быть единственным средством, которое поможет вам вспомнить, что же именно вы хотели сделать, набирая эти коды. При преобразовании кодов C++ в машинные коды компилятор игнорирует строки, являющиеся комментариями, и просто пропускает их.

Алфавит языка

Множество символов используемых в языках C и C++ можно разделить на пять групп.

1. Символы, используемые для образования ключевых слов и идентификаторов. В эту группу входят прописные и строчные буквы английского алфавита, а также символ подчеркивания. Следует отметить, что одинаковые прописные и строчные буквы считаются различными символами, так как имеют различные коды.

Таблица 1 – Символы, используемые для образования ключевых слов и идентификаторов

Прописные буквы латинского алфавита	A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
Строчные буквы латинского алфавита	a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
Символ подчеркивания	_

2. Группа прописных и строчных букв русского алфавита и арабские цифры.

Таблица 2 – Символы прописных и строчных букв русского алфавита и арабские цифры

Прописные буквы русского алфавита	А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Ь Э Ю Я
Строчные буквы русского алфавита	а б в г д е ж з и к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
Арабские цифры	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

3. Знаки нумерации и специальные символы. Эти символы используются с одной стороны для организации процесса вычислений, а с другой – для передачи компилятору определенного набора инструкций.

Таблица 3 – Знаки нумерации и специальные символы

Символ	Наименование	Символ	Наименование
,	запятая	)	круглая скобка правая
.	точка	(	круглая скобка левая
;	точка с запятой	}	фигурная скобка правая
:	двоеточие	{	фигурная скобка левая
?	вопросительный знак	<	меньше
'	апостроф	>	больше
!	восклицательный знак	[	квадратная скобка
|	вертикальная черта	]	квадратная скобка
/	дробная черта	#	номер
\	обратная черта	%	процент
~	тильда	&	амперсанд
*	звездочка	^	логическое не
+	плюс	=	равно
-	минус	"	кавычки

4. Управляющие и разделительные символы. К той группе символов относятся: пробел, символы табуляции, перевода строки, возврата каретки, новая страница и новая строка. Эти символы отделяют друг от друга объекты, определяемые пользователем, к которым относятся константы и идентификаторы. Последовательность разделительных символов рассматривается компилятором как один символ (последовательность пробелов).

5. Кроме выделенных групп символов в языках C и C++ широко используются так называемые, управляющие последовательности, т.е. специальные символьные комбинации, используемые в функциях ввода и вывода информации. Управляющая последовательность строится на основе использования обратной дробной черты (\) (обязательный первый символ) и комбинацией латинских букв и цифр.

Таблица 4 – Управляющие последовательности

Управляющая последовательность	Наименование	Шестнадцатеричная замена
\a	Звонок
\b	Возврат на шаг
\t	Горизонтальная табуляция
\n	Переход на новую строку	00A
\v	Вертикальная табуляция	00B
\r	Возврат каретки	00C
\f	Перевод формата	00D
\"	Кавычки
\'	Апостроф
\0	Ноль-символ
\\	Обратная дробная черта	05C
\0ddd	Символ набора кодов ПЭВМ в восьмеричном представлении
\xddd	Символ набора кодов ПЭВМ в шестнадцатеричном представлении

Последовательности вида \0ddd и \xddd (здесь d обозначает цифру) позволяет представить символ из набора кодов ПЭВМ как последовательность восьмеричных или шестнадцатеричных цифр соответственно. Например, символ возврата каретки может быть представлен различными способами:

\r - общая управляющая последовательность,

\015 - восьмеричная управляющая последовательность,

\x00D - шестнадцатеричная управляющая последовательность.

Следует отметить, что в строковых константах всегда обязательно задавать все три цифры в управляющей последовательности. Например, отдельную управляющую последовательность \n (переход на новую строку) можно представить как \010 или \xA, но в строковых константах необходимо задавать все три цифры, в противном случае символ или символы, следующие за управляющей последовательностью, будут рассматриваться как ее недостающая часть. Например:

"ABCDE\x009FGH" данная строковая команда будет напечатана с использованием определенных функций языка C++, как два слова ABCDE FGH, разделенные символом табуляции (по умолчанию 8-ю пробелами), в этом случае если указать неполную управляющую строку "ABCDE\x09FGH", то на печати появится ABCDE=|=GH, так как компилятор воспримет последовательность \x09F как символ "=+=".

Отметим тот факт, что, если обратная дробная черта предшествует символу не являющемуся управляющей последовательностью (т.е. не включенному в таблицу 4) и не являющемуся цифрой, то эта черта игнорируется, а сам символ представляется как литеральный. Например, символ \h представляется символом h в строковой или символьной константе.

Кроме определения управляющей последовательности, символ обратной дробной черты (\) используется также как символ продолжения. Если за (\) следует (\n), то оба символа игнорируются, а следующая строка является продолжением предыдущей. Это свойство может быть использовано для записи длинных строк.

Переменные и константы

Идентификатор

Для символического обозначения величин, переменных, констант, функций и т.п. используются имена или идентификаторы.

Идентификаторы в языке C++ – это последовательность знаков, начинающаяся с буквы или знака подчеркивания. В идентификаторах можно использовать заглавные и строчные латинские буквы, цифры и знак подчеркивания. Длина идентификаторов произвольная. Примеры правильных идентификаторов:

abc A12 NameOfPerson BITES_PER_WORD

abc и Abc – два разных идентификатора, т.е. заглавные и строчные буквы различаются. Примеры неправильных идентификаторов:

23X a-b

Ряд слов в языке C++ имеет особое значение и не может использоваться в качестве идентификаторов. Такие зарезервированные слова называются ключевыми.

Список ключевых слов:

asm auto bad_cast

bad_typeid bool break

case catch char

class const const_cast

continue default delete

do double dynamic_cast

else enum extern

float for friend

goto if inline

int long mutable

namespace new operator

private protected public

register reinterpret_cast return

short signed sizeof

static static_cast struct

switch template then

this throw try

type_info typedef typeid

union unsigned using

virtual void volatile

while xalloc

Понятие переменной

Программа оперирует информацией, представленной в виде различных объектов и величин. Переменная – это символическое обозначение величины в программе. Как ясно из названия, значение переменной (или величина, которую она обозначает) во время выполнения программы может изменяться.

С точки зрения архитектуры компьютера, переменная – это символическое обозначение ячейки оперативной памяти программы, в которой хранятся данные. Содержимое этой ячейки – это текущее значение переменной.

В языке C++ прежде чем использовать переменную, ее необходимо объявить. Объявить переменную с именем x можно так: int x;

В объявлении первым стоит название типа переменной int (целое число), а затем идентификатор x – имя переменной. У переменной x есть тип – в данном случае целое число. Тип переменной определяет, какие возможные значения эта переменная может принимать и какие операции можно выполнять над данной переменной. Тип переменной изменить нельзя, т.е. пока переменная x существует, она всегда будет целого типа.

Язык C++ строго типизированный язык. Любая величина, используемая в программе, принадлежит к какому-либо типу. При любом использовании переменных в программе проверяется, применимо ли выражение или операция к типу переменной. Довольно часто смысл выражения зависит от типа участвующих в нем переменных.

Например, если записать x+y, где x – переменная, то переменная y должна быть одного из числовых типов.

Соответствие типов проверяется во время компиляции программы. Если компилятор обнаруживает несоответствие типа переменной и ее использования, он выдаст ошибку (или предупреждение). Однако во время выполнения программы типы не проверяются. Такой подход, с одной стороны, позволяет обнаружить и исправить большое количество ошибок на стадии компиляции, а, с другой стороны, не замедляет выполнения программы.

Основные типы данных

В языке C++ существует несколько стандартных основных типов данных. Основные типы, наиболее непосредственно отвечающие средствам аппаратного обеспечения, такие:

char short int long float double

Первые четыре типа используются для представления целых, последние два – для представления чисел с плавающей точкой. Переменная типа char имеет размер, естественный для хранения символа на данной машине (обычно, байт), а переменная типа int имеет размер, соответствующий целой арифметике на данной машине (обычно, слово). Диапазон целых чисел, которые могут быть представлены типом, зависит от его размера. В C++ размеры измеряются в единицах размера данных типа char, поэтому char по определению имеет размер единица.

Для определения данных целого типа используются различные ключевые слова, которые определяют диапазон значений и размер области памяти, выделяемой под переменные.

Тип Размер памяти в байтах Диапазон значений

char 1 от -128 до 127

int 2 от -32768 до 32767

short 2 от -32768 до 32767

long 4 от -2 147 483 648 до 2 147 483 647

unsigned char 1 oт 0 до 255

unsigned int 2 от 0 до 65535

unsigned short 2 от 0 до 65535

unsigned long 4 от 0 до 4 294 967 295

Для переменных, представляющих число с плавающей точкой используются следующие модификаторы-типа: float, double, long double.

Величина с модификатором-типа float занимает 4 байта. Из них 1 байт отводится для знака, 8 бит для избыточной экспоненты и 23 бита для мантиссы. Отметим, что старший бит мантиссы всегда равен 1, поэтому он не заполняется, в связи с этим диапазон значений переменной с плавающей точкой приблизительно равен от 3.14E-38 до 3.14E+38.

Величина типа double занимает 8 бит в памяти. Ее формат аналогичен формату float. Биты памяти распределяются следующим образом: 1 бит для знака, 11 бит для экспоненты и 52 бита для мантиссы. С учетом опущенного старшего бита мантиссы диапазон значений равен от 1.7E-308 до 1.7E+308.

Понятие константы

В программе можно явно записать величину – число, символ и т.п. Например, выражение x + 4 – сложить текущее значение переменной x и число 4. В зависимости от того, при каких условиях будет выполняться программа, значение переменной x может быть различным. Однако целое число четыре всегда останется прежним. Таким образом, явная запись значения в программе – это константа и в данном случае она задаётся своим изображением.

Гораздо чаще используются символические константы. Для определения символической константы используется ключевое слово const. Например, если записать

const int BITS_IN_WORD = 32;

то затем имя BITS_IN_WORD можно будет использовать вместо целого числа 32.

Операторы языка программирования

Оператором называется элементарная структурная единица программы. Оператор предназначен как для записи алгоритмических действий по преобразованию данных, так и для задания порядка выполнения других действий. Операторы выполняются в порядке их следования в программе. Операторы отделятся друг от друга точкой с запятой. Операторы делятся на:

- простые (не содержат в себе других операторов);

- составные (включают в себя один или несколько дополнительных операторов).

Присваивание

Переменной можно присвоить какое-либо значение с помощью операции присваивания. Присвоить – это значит установить текущее значение переменной. По-другому можно объяснить, что операция присваивания запоминает новое значение в ячейке памяти, которая обозначена переменной.

int x; // объявить целую переменную x

int y; // объявить целую переменную y

x = 0; // присвоить x значение 0

y = x + 1; // присвоить y значение x + 1, т.е. 1

x = 1; // присвоить x значение 1

y = x + 1; // присвоить y значение x + 1, теперь уже 2