Используемые алгоритмы обработки данных

Некоторые часто используемые алгоритмы обработки данных содержат арифметические операторы. Многие из них применяются настолько часто, что программисты даже не думают о них как об алгоритмах. Два наиболее важных из них называются «счетчиком» и «аккумулятором».

Счетчики

Счетчик — это переменная, которая увеличивает свое значение на единицу каждый раз, когда происходит определенное событие. Алгоритм счетчика таков:

variable = variable + 1

Учитель математики скажет вам, что эта формула бессмысленна, так как соответствующее уравнение не имеет решений, но в программировании на компьютере такая инструкция является вполне законной.

Рис. 6.9. Алгоритм счетчика

Компьютер сначала вычислит значение в правой части, а потом присвоит полученное значение переменной в левой части (рис.6.9). Таким образом, одна и та же переменная никогда не будет иметь два значения одновременно. С точки зрения компьютера, смысл выражения можно передать так:

Новое значение переменной равно старому значению плюс 1

Давайте проследим за работой алгоритма счетчика, так, как она показана на рис.6.10. У нас есть переменная count, которой присвоено начальное значение, равное нулю:

int count;count=0;

Теперь вступает в действие алгоритм

count = count + 1;

Рис. 6.10. Выполнение алгоритма счетчика

Компьютер выполняет эту инструкцию так:

count = 0 + 1

К начальному значению переменной count, которое равно 0, добавлен литерал, имеющий значение 1. В результате вычислений получено значение 1, которое теперь присваивается переменной count. Значение переменной изменяется с 0 на1. Затем та же процедура повторяется снова:

count = count + 1;

Компьютер выполняет эту операцию как

count = 1 + 1

К текущему значению переменной count, равному 1, прибавляется литерал со значением 1. В результате они дают 2, и это новое значение присваивается переменной. С каждым новым выполнением этой операции, значение переменной count возрастает на единицу (инкремент).

Разумеется, можно присвоить переменной любое начальное значение и увеличивать его на любое отличное от единицы число. Если присвоить переменной count начальное значение, равное 1, при выполнении инструкции

count = count + 2;

значение переменной всегда будет нечетным числом: 1, 3, 5, 7 и так далее. Используя переменную count, можно считать пятерками, count = count + 5, или десятками, count = count + 10, или как угодно еще.

Чтобы считать в сторону уменьшения, достаточно слегка изменить алгоритм:

variable = variable - 1

Теперь при каждом выполнении операции значение переменной будет уменьшаться на единицу (декремент).

Операторы инкремента

Счетчики используют настолько часто, что в языке Си существуют специальные операторы инкремента и декремента переменной. Оператор ++variable увеличивает значение переменной на единицу еще до выполнения соответствующей инструкции. Оператор выполняет то же действие, что и инструкция

variable = variable + 1;

В качестве примера действия оператора инкремента, рассмотрим следующую программу:

/*count.c*/main(){int count = 0;printf("Первое значение переменной \ count равно %d", count);printf("Второе значение переменной \ count равно %d", ++count);printf("Последним значением переменной \ count является %d", count);}

Результат работы программы отображается в виде сообщений:

Первое значение переменной count равно 0Второе значение переменной count равно 1Последним значением переменной count является 1

Перед выполнением второй функции printf() компилятор увеличивает значение переменной count на 1. Тот же эффект был бы достигнут и при использовании инструкции

count = count + 1;printf("Второе значение переменной count равно %d\n", count);

Использование оператора инкремента позволяет увеличить значение переменной без введения в текст программы отдельной инструкции присваивания.

Необходимо помнить, что оператор инкремента реально изменяет значение переменной. Проверьте, понимаете ли вы разницу между оператором инкремента ++count и выражением, приведенным в следующей строке:

printf("Второе значение переменной count равно %d\n", count+1);

Выражение count+1 не изменяет значения, присвоенного переменной count. В результате выполнения этой инструкции значение переменной, увеличенное на единицу, только отображается на экране, но не заносится в память. Пример программы, в которой используются выражения вместо операторов инкремента, приведен в Листинге6.6.

Листинг 6.6. Использование выражений вместо операторов инкремента.

main(){int count = 0;printf("Первое значение переменной \ count равно %d", count);printf("Второе значение переменной \ count равно %d", count+1);printf("Последним значением переменной \ count является %d", count);}

В результате работы программы мы увидим следующие сообщения:

Первое значение переменной count равно 0Второе значение переменной count равно 1Последним значением переменной count является 0

Значение выражения count+1 представлено на экране как 1, но полученный результат не был внесен в соответствующую область памяти. Поэтому третья функция printf() вывела на экран монитора исходное значение переменной, равное 0.

Оператор инкремента можно использовать так же, как и выражение, значение которого будет присвоено переменной, стоящей в левой части инструкции присваивания. Например, следующая инструкция увеличивает значение переменной count, а затем присваивает полученное значение переменной number:

number = ++count;

те же операции можно было выполнить и так:

count = count + 1;number = count;

Оператор ++ можно использовать с именем переменной как инструкцию:

++number;

Если же знаки ++ помещены справа от имени переменной,

variable++;

то приращение значения переменной произойдет после завершения соответствующей инструкции. Посмотрите на слегка модифицированную программу из Листинга6.6:

main() { int count = 0; printf("Первое значение переменной \ count равно %d", count); printf("Второе значение переменной \ count равно %d", count++); printf("Последним значением переменной \ count является %d", count); }

Оператор ++ увеличит значение переменной count после выполнения второй инструкции, использующей функцию printf(). Вторая функция printf() отобразит на экране исходное значение переменой, и сообщения, выведенные на экран, будут выглядеть так:

Первое значение переменной count равно 0Второе значение переменной count равно 0Последним значением переменной count является 1

Во время выполнения первой и второй функций printf(), значение переменной равно 0 и увеличивается на 1 только перед выполнением третьей функции printf().

Используя оператор инкремента, можно сохранить начальное значение переменной в другой переменной и одновременно увеличить его, как показано в программе:

main() { int number, storage; puts("Введите значение числа:"); scanf("%d", &number); storage = number++; printf("Начальное значение числа: %d\n", storage); printf("Новое значение числа: %d", number); }

В инструкции

storage = number++;

мы, во-первых, присваиваем значение number переменной storage, а во-вторых, увеличиваем переменную number на единицу.

Оператор декремента работает аналогичным образом, но уменьшает значение переменной на единицу. Синтаксис использования оператора таков:

--variable

уменьшает значение переменной на 1 до выполнения инструкции

variable--

уменьшает значение переменной на 1 после выполнения инструкции

Аккумуляторы

Аккумулятор также увеличивает значение переменной. Но, в отличие от счетчика, который всегда увеличивает значение переменной на одну и ту же величину, аккумулятор может иметь произвольный шаг (и способ) изменения при каждой новой операции. В общем виде синтаксис аккумулятора таков:

variable = variable + other_variable;

Аккумулятор получил такое название оттого, что он накапливает значение переменной. Посмотрите на следующий пример:

int total, number;total = 0;scanf("%d", &number);total = total + number;

Допустим, что переменной number присвоено значение 10. После выполнения инструкции

total=total+number;

переменная total приобретает значение 10, так как компьютер выполнил операцию сложения, используя следующие значения:

total=0+10;

Теперь предположим, что снова происходит ввод данных с помощью функции scanf() и выполняется новая операция суммирования, но на этот раз переменной number присвоено значение 15:

scanf("%d", &number);total = total + number;

теперь компьютер использует в вычислениях следующие значения:

total = 10 + 15;

Произошло накопление значений переменной number.

В Листинге 6.7 приведен текст программы, в которой вводятся три значения и вычисляется их среднее арифметическое. Для расчета среднего арифметического пользуются простым математическим выражением:

average = (A + B + C) / 3

В программе мы использовали аккумулятор, чтобы подсчитать сумму трех чисел, и счетчик для определения количества введенных значений (чтобы продемонстрировать работу счетчика). В главе 9 будет показан более эффективный способ использования этих алгоритмов.

Листинг 6.7. Программа, использующая счетчик и аккумулятор для вычисления среднего арифметического трех чисел.

/*average1.c*/main() { float number, total, count, average; total = 0.0; count = 0.0; printf("Введите первое число: "); scanf("%f", &number); total += number; ++count; printf("Введите второе число: "); scanf("%f", &number); total += number; ++count; printf("Введите третье число: "); scanf("%f", &number); total += number; ++count; average = total / count; printf("Среднее арифметическое равно %f", average); }

Операторы присваивания

Приводимые ниже операторы присваивания являются сокращенной записью различных типов аккумуляторов.

Оператор	Пример	Эквивалент
+=	total += amount	total = total + amount
–=	total –= discount	total = total – discount
*=	total *= tax_rate	total = total * tax_rate
/=	total /= count	total = total / count
%=	total %=count	total = total % count

Каждый из них выполняет операции, используя в качестве общего элемента переменную, имеющую присвоенное начальное значение. Чтобы понять, как действуют эти операторы, посмотрите на рис.6.11. Оператор как бы копирует переменную и арифметический символ левой части уравнения в правую часть. Инструкция

total *= rate;

соответствует инструкции

total = total * rate;

Рис. 6.11. Оператор присваивания