Лекция #14: Члены класса. Статические переменные и методы.. 102
Члены класса. Статические переменые и методы.. 102
Введение в программирование
Информация о курсе В курсе рассматриваются общие концепции разработки языков программирования. Подробно изучаются основные конструкции языков программирования, анализируются различные структуры данных, освещаются вопросы объектно-ориентированного программирования и сетевого программирования, дается краткий обзор компонентной технологии программирования. Особое внимание уделяется рассмотрению семантики языков программирования C++, C#, Java и Object Pascal. Курс содержит краткий обзор эволюции развития языков программирования. Вводится понятие среды программирования. Приводится применение НБФ-нотаций для описания синтаксиса языка. Несколько лекций посвящены рассмотрению основных конструкций языков программирования. Рассматривается синтаксис и семантика высокоуровневых языков программирования, включая языки С++, Pascal, Java, C#. Вводится понятие рекурсии; математических рекурсивных функций; приводятся примеры рекурсивных процедур. В курсе описываются основные структуры данных и проводится анализ их реализации в различных языках программирования.. Определяются простые типы, массивы, записи и структуры. Рассматривается статическое и динамическое управление памятью, размещение в памяти различных типов данных. Описывается применение стеков, очередей, хеш-таблиц, графов и деревьев. Вводится понятие объектно-ориентированного программирования. Рассматривается механизмы наследования, инкапсуляции и полиморфизма. Приводится сравнение объектно-ориентированной модели, используемой в языках C++, C#, Java и Object Pascal. Описываются правила использования объектных типов данных. Рассматривается событийно-управляемое и параллельное программирование. Курс вводит в круг вопросов связанных с сетевым программированием. Рассматриваются аспекты применения языков программирования для Internet. Описывается применение прикладных программных интерфейсов (API), вводится понятие компонентной технологии. Цель Цель данного курса - ознакомить учащихся с основами семантики и синтаксиса высокоуровневых языков программирования, с концепциями объектно-ориентированного программирования, а также дать представление о функциональных возможностях наиболее распространенных сред проектирования и необходимые умения по их использованию.
Лекция #1: Развитие языков программирования В лекции последовательно рассматривается развитие языков программирования от самых первых алгоритмических языков до современных объектно-ориентированных языков программирования. Анализируются характеристики языка программирования в зависимости от области применения языка. Освещаются вопросы стандартизации языков программирования.
Первые языки программирования
В пятидесятые годы двадцатого века с появлением компьютеров на электронных лампах началось бурное развитие языков программирования. Компьютеры, стоившие в то время значительно дороже, чем разработка любой программы, требовали высокоэффективного кода. Такой код разрабатывался вручную на языке Ассемблер. В середине 50-х годов под руководством Джона Бэкуса для фирмы IBM был разработан алгоритмический язык программирования FORTRAN. Несмотря на то, что уже существовали разработки языков, выполняющие преобразование арифметических выражений в машинный код, создание языка FORTRAN (FORmula TRANslator), предоставляющего возможность записи алгоритма вычислений с использованием условных операторов и операторов ввода/вывода, стало точкой отсчета эры алгоритмических языков программирования.
К языку FORTRAN предъявлялись требования cоздания высокоэффективного кода. Поэтому многие конструкции языка первоначально разрабатывались с учетом архитектуры IBM 407. Успех разработки этого языка привел к тому, что производители других вычислительных систем стали создавать свои версии трансляторов. С целью некоторой возможной на тот момент унификации языка язык FORTRAN IV, разработанный в 1966 году, стал первым стандартом, именуемым FORTRAN 66.
Как альтернатива языку FORTRAN, первоначально ориентированному на архитектуру IBM, под руководством Питера Наура в конце 50-х годов был разработан язык ALGOL (ALGOrithmic Language). Основной целью, преследуемой разработчиками этого языка, была независимость от конкретной архитектуры вычислительной системы. Кроме того, создатели языка ALGOL стремились разработать язык, удобный для описания алгоритмов и применяющий систему обозначений, близкую к той, что принята в математике.
Языки FORTRAN и ALGOL были первыми языками, ориентированными на программирование вычислений.
Язык PL/I, первые версии которого появились в начале 60-х годов, был первоначально ориентирован на IBM 360 и расширял возможности языка FORTRAN некоторыми средствами языка COBOL, разработанного в эти же годы. Несмотря на определенную популярность языка PL/I у программистов, работавших на компьютерах IBM и машинах серии ЕС, в настоящее время он представляет чисто теоретический интерес.
В конце 60-х годов под руководством Найарда и Дала был разработан язык Simula-67, использующий концепцию пользовательских типов данных. Фактически это первый язык, применяющий понятие классов.
В середине 70-х годов Вирт предложил язык Pascal, который сразу стал широко использоваться. В это же время по инициативе Министерства обороны США началась работа по созданию языка высокого уровня, получившего название Ada – в честь Ады Лавлейс, программистки и дочери лорда Байрона. Создание языка началось с определения требований и выработки спецификаций. Над проектом работали четыре независимые группы, но все они использовали как основу язык Pascal. В начале 80-х годов был разработан первый промышленный компилятор языка Ada.
Универсальный язык программирования С был разработан в середине 70-х годов Денисом Ритчи и Кеном Томпсоном. Этот язык стал популярным языком системного программирования и в свое время использовался для написания ядра операционной системы UNIX. Стандарт языка С начал разрабатываться рабочей группой института стандартов ANSI в 1982 году. Международный стандарт языка С принят в 1990 году. Язык С лег в основу разработки языков программирования C++ и Java.
Наряду с алгоритмическими языками параллельно развивались и языки, предназначаемые для обработки деловой информации, а также языки искусственного интеллекта. К первым относится язык COBOL (COmmon Business Oriented Language), а ко вторым – языки LISP (LISt Processing) и Prolog. Язык LISP, разработанный в 60-х годах под руководством Дж. Маккарти, был первым функциональным языком обработки списков, который нашел широкое применение в теории игр.
С появлением персональных компьютеров языки стали составными частями интегрированных сред разработки. Появились языки, применяемые в различных офисных программах, например VBA (Visual Basic for Application).
В 90-х годах с распространением сети Интернет расширяется возможность распределенной обработки данных, что отражается и на развитии языков программирования. Появляются языки, ориентированные на создание серверных приложений, такие как Java, Perl и PHP, языки описания документов – HTML и XML. Традиционные языки программирования С++ и Pascal также претерпевают изменения: под языком программирования начинает пониматься не только функциональность самого языка, а также библиотеки классов, предоставляемые средой программирования. Акцент со спецификации самих языков программирования переносится на стандартизацию механизмов взаимодействия распределенных приложений. Появляются новые технологии – COM и CORBA, специфицирующие взаимодействие распределенных объектов.
Области применения языков программирования
В настоящее время языки программирования применяются в самых различных областях человеческой деятельности, таких как:
научные вычисления (языки C++, FORTRAN, Java);
системное программирование (языки C++, Java);
обработка информации (языки C++, COBOL, Java);
искусственный интеллект (LISP, Prolog);
издательская деятельность (Postscript, TeX);
удаленная обработка информации (Perl, PHP, Java, C++);
описание документов (HTML, XML).
С течением времени одни языки развивались, приобретали новые черты и остались востребованы, другие утратили свою актуальность и сегодня представляют в лучшем случае чисто теоретический интерес. В значительной степени это связано с такими факторами, как:
наличие среды программирования, поддерживающей разработку приложений на конкретном языке программирования;
удобство сопровождения и тестирования программ;
стоимость разработки с применением конкретного языка программирования;
четкость и ортогональность конструкций языка;
применение объектно-ориентированного подхода.
Парадигмы программирования
Синтаксис языка описывает систему правил написания различных языковых конструкций, а семантика языка программирования определяет смысл этих конструкций. Синтаксис языка программирования может быть описан с помощью НБФ-нотаций.
Семантика языка взаимосвязана с используемой вычислительной моделью. В настоящее время языки программирования в зависимости от применяемой вычислительной модели делятся на четыре основные группы:
Процедурные языки, которые представляют собой последовательность выполняемых операторов. Если рассматривать состояние ПК как состояние ячеек памяти, то процедурный язык – это последовательность операторов, изменяющих значение одной или нескольких ячеек. К процедурным языкам относятся FORTRAN, C, Ada, Pascal, Smalltalk и некоторые другие. Процедурные языки иногда также называются императивными языками. Код программы на процедурном языке может быть записан следующим образом:
оperator1; operator2; operator3;
Аппликативные языки, в основу которых положен функциональный подход. Язык рассматривается с точки зрения нахождения функции, необходимой для перевода памяти ПК из одного состояния в другое. Программа представляет собой набор функций, применяемых к начальным данным, позволяющий получить требуемый результат. К аппликативным языкам относится язык LISP. Код программы на аппликативном языке может быть записан следующим образом:
Языки системы правил, называемые также языками логического программирования, основываются на определении набора правил, при выполнении которых возможно выполнение определенных действий. Правила могут задаваться в виде утверждений и в виде таблиц решений. К языкам логического программирования относится язык Prolog.
Код программы на языке системы правил может быть записан следующим образом:
if condinion1 then operator1;
if condinion2 then operator2;
if condinion3 then operator3;
Объектно-ориентированные языки, основанные на построении объектов как набора данных и операций над ними. Объектно-ориентированные языки объединяют и расширяют возможности, присущие процедурным и аппликативным языкам. К объектно-ориентированным языкам относятся C++, Object Pascal, Java.
В настоящий момент наибольшее распространение получили языки, основанные на объектно-ориентированной модели. Они, реализуя процедурную модель построения языка, поддерживают аппликативность конструкций, позволяя представлять блок-схему выполнения структурированной программы как некоторый набор аппликативных функций.
Стандартизация языков программирования
Концепция языка программирования неотрывно связана с его реализацией. Для того чтобы компиляция одной и той же программы различными компиляторами всегда давала одинаковый результат, разрабатываются стандарты языков программирования. Существует ряд организаций, целенаправленно занимающихся вопросами стандартизации. Это Американский национальный институт стандартов ANSI (American National Standards Institute), Институт инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), Организация международных стандартов ISO (International Standards Organization).
Как правило, при создании языка выпускается частный стандарт, определяемый разработчиками языка. Если язык получает широкое распространение, то со временем появляются различные версии компиляторов, которые не точно следуют частному стандарту. В большинстве случаев идет расширение зафиксированных первоначально возможностей языка. Для приведения наиболее популярных реализаций языка в соответствие друг с другом разрабатывается согласительный стандарт. Очень важным фактором стандартизации языка программирования является своевременность появления стандарта – до широкого распространения языка и создания множества несовместимых реализаций. В процессе развития языка могут появляться новые стандарты, отражающие современные нововведения. Так, язык FORTRAN первоначально был стандартизирован в 1966 году. В результате был издан стандарт FORTRAN 66. Далее этот стандарт несколько раз пересматривался (в 1977 году был выпущен FORTRAN 77, затем появился и FORTRAN 90).
Язык Java, ставший в последнее время весьма распространенным, постепенно был значительно расширен и модифицирован: новая спецификация получила название Java 2.
В процессе развития языка некоторые его конструкции и функции устаревают. Однако с целью обратной совместимости новые версии должны поддерживать и все устаревающие возможности. Это ведет к "разбуханию" компиляторов. В последнее время в реализациях введено понятие не рекомендуемой и устаревшей возможности. В первом случае следующий стандарт еще будет поддерживать не рекомендуемую возможность, но может перевести ее в категорию устаревшей. Во втором случае стандарт может исключить поддержку возможности, объявленной ранее как устаревшая. Введение не рекомендуемых и устаревших возможностей предоставляет разработчикам временной интервал, в течение которого они могут модифицировать код в соответствии с новыми требованиями стандарта.
Среда проектирования
С развитием языков программирования совершенствовались и средства разработки программ – от режима командной строки до интегрированной среды проектирования. Такая среда предоставляет удобный графический интерфейс разработки и большой спектр сервисов, включающих управление версиями хранимых данных, утилиты просмотра и управления информацией, библиотеки классов, мастера создания шаблонов приложений и т.п.
Компилятор языка программирования выступает как составная часть среды проектирования. Сама программа наряду с конструкциями, предусмотренными стандартом, как правило, использует библиотечные функции и классы, предоставляемые средой проектирования. Так, интегрированная среда разработки VisualStudio.NET содержит библиотеку классов MFC (Microsoft Foundation Classes), значительно упрощающую процесс разработки приложений, использующих оконный интерфейс.
Интегрированная среда проектирования VisualStudio.NET позволяет создавать и компилировать приложения на языках C++, C#, Visual Basic и VisualJ. Для разработки приложений на языке С++ предназначается также среда CBuilder.
Для проектирования приложений на языке Object Pascal используется интегрированная среда проектирования Delphi.
Наиболее удобной средой разработки программ на языке Java является интегрированная среда проектирования JBuilder.
Лекция #2: НБФ нотации Лекция посвящена рассмотрению моделей трансляции языков программирования. Описываются различные формальные грамматики и дается классификация грамматик.
Модели трансляции
Трансляторы
Программа, написанная на языке высокого уровня, перед исполнением должна быть преобразована в программу на "машинном языке". Такой процесс называется трансляцией, или компиляцией. По типу выходных данных различают два основных вида трансляторов:
компилирующие окончательный выполнимый код;
компилирующие интерпретируемый код, для выполнения которого требуется дополнительное программное обеспечение.
Окончательным выполнимым кодом являются приложения, реализованные как EXE-файлы, DLL-библиотеки, COM-компоненты. К интерпретируемому коду можно отнести байт-код JAVA-программ, выполняемый посредством виртуальной машины JVM.
Языки, формирующие окончательный выполнимый код, называются компилируемыми языками. К ним относятся языки С, C++, FORTRAN, Pascal. Языки, реализующие интерпретируемый код, называются интерпретируемыми языками. К таким языкам относятся язык Java, LISP, Perl, Prolog.
В большинстве случаев код, получаемый в результате процесса трансляции, формируется из нескольких программных модулей. Программным модулем называется определенным образом оформленный код на языке высокого уровня. Процесс трансляции в этом случае может выполняться как единое целое – компиляция и редактирование связей, или как два отдельных этапа – сначала компиляция объектных модулей, а затем вызов редактора связей, создающего окончательный код. Последний подход более удобен для разработки программ. Он реализован в трансляторах языков С и С++.
Объектный код, создаваемый компилятором, представляет собой область данных и область машинных команд, имеющих адреса, которые в дальнейшем "согласуются" редактором связи (иногда называемым загрузчиком). Редактор связи размещает в едином адресном пространстве все по отдельности откомпилированные объектные модули и статически подключаемые библиотеки.
Будем называть выполнимой формой программы код, получаемый в результате трансляции исходной программы.
Процесс трансляции
Программу, написанную на языке программирования высокого уровня, называют исходной программой, а каждую самостоятельную программную единицу, образующую данную программу, - программным модулем. Для преобразования исходной программы в ее выполняемую форму (выполнимый файл) транслятор выполняет некоторую последовательность действий. Эта последовательность зависит как от языка программирования, так и от конкретной реализации самого транслятора. В ходе трансляции важно не просто откомпилировать программу, а получить при этом достаточно эффективный код.
В процессе трансляции выполняется анализ исходной программы, а затем синтез выполнимой формы данной программы. В зависимости от числа просмотров исходной программы, выполняемых компилятором, трансляторы разделяются на однопроходные, двухпроходные и трансляторы, использующие более двух проходов.
К достоинствам однопроходного компилятора можно отнести высокую скорость компиляции, а к недостаткам - получение, как правило, не самого эффективного кода.
Широкое распространение получили двухпроходные компиляторы. Они позволяют при первом проходе выполнить анализ программы и построить информационные таблицы, используемые при втором проходе для формирования объектного кода.
На рисунке 2.1 представлены основные этапы, выполняемые в процессе трансляции исходной программы.
Рис. 2.1. Основные этапы трансляции программы
Фаза анализа программы состоит из:
лексического анализа;
синтаксического анализа;
семантического анализа.
При анализе исходной программы транслятор последовательно просматривает текст программы, представимой как набор символов, выполняя разбор структуры программы.
На этапе лексического анализа выполняется выделение основных составляющих программы – лексем. Лексемами являются ключевые слова, идентификаторы, символы операций, комментарии, пробелы и разделители. Лексический анализатор не только выделяет лексемы, но и определяет тип каждой лексемы. При этом на этапе лексического анализа составляется таблица символов, в которой каждому идентификатору сопоставлен свой адрес. Это позволяет при дальнейшем анализе вместо конкретного значения (строки символов) использовать его адрес в таблице символов.
Процесс выделения лексем достаточно трудоемок и требует применения сложных контекстно-зависимых алгоритмов.
На этапе синтаксического анализа выполняется разбор полученных лексем с целью получения семантически понятных синтаксических единиц, которые затем обрабатываются семантическим анализатором. Так, синтаксическими единицами выступают выражения, объявление, оператор языка программирования, вызов функции.
На этапе семантического анализа выполняется обработка синтаксических единиц и создание промежуточного кода. В зависимости от наличия или отсутствия фазы оптимизации результатом семантического анализа может быть оптимизируемый далее промежуточный код или готовый объектный модуль.
К наиболее общим задачам, решаемым семантическим анализатором, относятся:
обнаружение ошибок времени компиляции;
заполнение таблицы символов, созданной на этапе лексического анализа, конкретными значениями, определяющими дополнительную информацию о каждом элементе таблицы;
замена макросов их определениями;
выполнение директив времени компиляции.
Макросом называется некоторый предварительно определенный код, который на этапе компиляции вставляется в программу во всех местах указания вызова данного макроса.
На фазе синтеза программы производится:
генерация кода;
редактирование связей.
Процесс генерации кода состоит из преобразования промежуточного кода (или оптимизированного кода) в объектный код. При этом в зависимости от языка программирования получаемый объектный код может быть представлен в выполнимой форме или как объектный модуль, подлежащий дальнейшей обработке редактором связей.
Так, процесс генерации кода является неотъемлемой частью фазы синтеза программы, а необходимость выполнения редактора связей зависит от конкретного языка программирования. Следует учесть, что на практике термин «генерация кода» часто применяют ко всем действиям фазы синтеза программы, ведущим к получению выполнимой формы программы.
Редактор связей приводит в соответствие адреса фрагментов кода, расположенных в отдельных объектных модулях: определяются адреса вызываемых внешних функций, адреса внешних переменных, адреса функций и методов каждого модуля. Для редактирования адресов редактор связей использует специальные, создаваемые на этапе трансляции, таблицы загрузчика. После обработки объектных модулей редактором связей генерируется выполнимая форма программы.
Формальные грамматики
Нбф грамматика
Грамматикой называется формальное описание синтаксиса языка программирования.
Грамматика определяется набором правил (называемых иногда правилами подстановки), определяющих формирование из лексем достоверных программ.
Формальная грамматика использует строгую систему обозначений. Существуют различные типы грамматик. НБФ грамматика является контекстно-свободной грамматикой. Эта грамматика использует НБФ-нотации, предложенные Джоном Бэкусом в конце 50-х годов для описания синтаксиса языка ALGOL.
Простая НБФ нотация позволяет описывать все достоверные конструкции языка программирования, используя следующие символы:
символ ::= имеет значение "определяется как" и предшествует указанию всех допустимых значений описываемой синтаксической единицы;
символ | имеет значение "или" и используется для перечисления альтернативных вариантов;
пара символов < > ограничивает имя синтаксической единицы, называемой также нетерминальным символом или синтаксической категорией.
Значения, указываемые вне скобок < >, называются терминальными символами.
НБФ грамматика состоит из набора правил (называемых иногда металингвистическими формулами или продукциями), записываемых при помощи НБФ нотации.
Например:
<цифра>:= 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9<целочисленное значение> ::= цифра | цифра < целочисленное значение> В данном примере символы 0, 1, 2, 3 и т.д. являются терминальными символами.
При построении грамматики, описывающей язык программирования, выделяется начальный нетерминальный символ, определяющий конструкцию "программа".
Существуют порождающие и распознающие грамматики. Порождающая грамматика генерирует множество цепочек терминальных символов из начального символа, а распознающая грамматика используется для построения по цепочке символов дерева грамматического разбора, ведущего к начальному символу.
Можно сказать, что грамматика состоит из множества терминальных и нетерминальных символов, начального нетерминального символа и набора правил. В 1959 году Ноар Хомский предложил следующую классификацию грамматик:
регулярные грамматики, используемые для построения лексических анализаторов;
контекстно-свободные грамматики, используемые для построения дерева грамматического разбора. К этому типу относятся НБФ грамматики;
контекстно-зависимые грамматики, представляемые набором правил типа x->y, в которых х может быть любой цепочкой нетерминальных символов, а y – цепочкой терминальных и нетерминальных символов. Этот тип грамматик намного сложнее контекстно-свободных грамматик и не имеет столь широкого применения при моделировании языков программирования;
грамматики с фразовой структурой, реализуемые набором правил типа x->y, в которых х может быть любой цепочкой нетерминальных символов, а y – цепочкой терминальных и нетерминальных символов (при этом нет никаких ограничений на длину получаемых цепочек символов). Большинство таких грамматик являются неразрешимыми и не имеют практического интереса.
Расширенная нбф нотация
При описании правил НБФ грамматики с применением стандартной НБФ нотации синтаксические конструкции, имеющие необязательные или альтернативные элементы, выглядят при всей их простоте достаточно громоздко. Расширенная НБФ нотация вводит ряд дополнительных элементов, позволяющих значительно улучшить наглядность представления правил НБФ грамматики.
Расширенная НБФ нотация вводит следующие дополнительные элементы:
необязательные элементы указываются заключенными в квадратные скобки;
альтернативные элементы, указываемые через символ вертикальной черты, также могут являться необязательными элементами, заключаемыми в квадратные скобки;
последовательность нескольких однотипных элементов обозначается заключением элемента в фигурные скобки, за которыми указывается символ звездочка ({<целое>}*).
Лекция #3: Управление последовательностью действий В лекции рассматриваются различные виды управляющих структур. Объясняется механизм построения дерева грамматического разбора. Дается обзор операторов языков программирования и приводятся уровни приоритета операторов.
Управляющие структуры
Управление последовательностью действий в языках программирования может быть представлено некоторой управляющей структурой. Такая структура называется неявным управлением в том случае, если последовательность действий определяется естественным образом (например, выполнение программы идет с первого оператора и т.д.). Управляющая структура представляет собой явное управление в том случае, если для изменения порядка выполнения действий используются какие-либо операторы или иные синтаксические конструкции. Основными управляющими структурами принято считать:
операторы;
выражения;
подпрограммы.
В языках логического программирования управляющие структуры могут представляться несколько иначе. Так, в языке Prolog модель управления последовательностью действий вместо операторов использует такие категории, как факты, правила и запросы.
Определение последовательности действий в выражениях
Выражение состоит из операций, операндов и функций (функции можно рассматривать как особый тип операции). Операндами могут выступать переменные и константы. Операторы, определяющие операции, могут быть унарными и бинарными.
Унарный оператор действует только на один операнд, а бинарный оператор – на два операнда.
Синтаксис выражения можно представить в виде дерева: вершиной дерева является последняя выполняемая операция, узлы описывают промежуточные операции, а листья указывают данные (переменные или константы).
На рисунке 3.1 показано древовидное представление вычисления выражения (x*y)-x*(-(x**2)+(y-0.3)).
Рис. 3.1. Древовидное представление выражения
Для представления выражения в линейной форме применяются следующие формы записи:
префиксная запись;
постфиксная запись;
инфиксная запись.
В префиксной записи, называемой также польской префиксной записью, сначала записывается символ операции, а затем по порядку слева направо записываются операнды. Так, выражение (z+2)*(x+y) в префиксной записи будет иметь следующий вид: * + z 2 + x y. Польская префиксная запись не содержит скобок и позволяет однозначно определять порядок вычисления выражения.
Язык LISP для представления выражений использует префиксный тип записи, называемый кембриджской польской записью. Такая запись в отличие от польской записи содержит скобки, ограничивающие операнды, на которые действует операция. Таким образом, в кембриджской польской записи выражение представляет собой множество вложенных подвыражений, ограниченных скобками.
Например:
* (+ (z 2) +(x y)) В постфиксной записи, называемой также обратной польской записью или суффиксной записью, символ операции записывается после операндов. Выражение (z+2)*(x+y) в постфиксной записи будет иметь следующий вид: z 2 + x y + *.
Третьим типом записи выражений является инфиксная запись, используемая для представления выражений как в математике, так и в языках программирования. Инфиксная запись - это стандартный способ записи выражений, при котором символ операции указывается между операндами. Однако инфиксная запись не позволяет представлять унарные операции.
Наиболее простым представлением выражения с точки зрения процесса трансляции является постфиксная запись. Однако префиксная запись более удобно обеспечивает обработку функций. Кроме того, префиксная запись позволяет вычислить выражение за один просмотр транслятора, но существенным недостатком при этом является то, что для каждой операции требуется предварительно знать число обрабатываемых ею операндов (унарная, бинарная, функция).
Операции
При вычислении выражений учитывается приоритет операций: сначала выполняются операции с более высоким приоритетом.
Вычисление выражений, имеющих операции с одинаковым приоритетом, производится в соответствии с правилом сочетательности, которое определяет порядок выполнения таких операций. В языке С сочетательность операций применяется как слева направо, так и справа налево (как и при вычислении возведения в степень). Порядок вычисления справа налево означает, что выражение x** 2**4 трактуется как x**(2**4).
В следующей таблице приведены в убывающем порядке уровни приоритета операций языка С.
Таблица 3.1. Уровни приоритета операций языка С.
Уровни приоритета
Операции
Порядок выполнения операций
Скобки
( ), [ ]
слева направо
Индексы, вызов функций
x[i], fun()
слева направо
Постфиксный инкремент и декремент
++, --
слева направо
Префиксный инкремент и декремент
++, --
слева направо
Унарный минус
-
слева направо
Поразрядное отрицание (NOT)
~
слева направо
Размер объекта
sizeof
слева направо
Логическое отрицание
!
слева направо
Получение адреса и разименование
&, *
справа налево
Явное приведение типа
(any_type)
слева направо
Умножение, деление, деление по модулю
*, / , %
слева направо
Сложение, вычитание
+, -
слева направо
Сдвиг влево, сдвиг вправо
<<, >>
слева направо
Сравнение (меньше, больше, меньше или равно, больше или равно)
<, >, <=, >=
слева направо
Сравнение (тождественное равенство, неравенство)
==, !=
слева направо
Поразрядное логическое И
&
слева направо
Поразрядное исключающее ИЛИ (XOR)
^
слева направо
Поразрядное логическое ИЛИ
|
слева направо
Логическое И (AND)
&&
слева направо
Логическое ИЛИ (OR)
||
слева направо
Условная операция
?:
справа налево
Операция перед присваиванием
=, +=, -=, *=, /=, %=, <<=, >>=, &=, ^=, |=
справа налево
Операции AND, OR, NOT и XOR относятся к логическим операциям. Следующая таблица показывает результаты применения логических операций.
Таблица 3.2. Результаты применения логических операций.
x
y
x && y (x AND y)
x || y (x OR y)
! x (NOT x)
x ^ y (x XOR y)
0 (false)
0 (false)
0 (false)
1 (true)
1 (true)
0 (false)
1 (true)
1 (true)
Единственной операцией, имеющей три операнда, является операция «условие» (называемая также условной операцией).
Условная операция имеет следующий формальный синтаксис:
(expr_log) ? expr1:expr2.
Если выражение expr_log принимает значение true, то условная операция возвращает значение expr1, а если false, то значение expr2.
Например:
// x примет значение 1, если y>z.x=(y>z)? 1:0;
Операции сдвига целочисленного значения выполняют сдвиг всех битов операнда, указанного слева, на число позиций, заданных операндом, указанным справа, а вместо сдвинутых битов записываются нули. Операции сдвига имеют следующий формальный синтаксис:
value<<count_of_positionvalue>>count_of_position.
Например, выражение 9<<2 вычисляется следующим образом: число 9 имеет в двоичном представлении значение 001001 (118) и при сдвиге его на два разряда влево получается значение 100100 (448).
Операции инкремента и декремента соответственно увеличивают или уменьшают значение операнда на 1. Различают постфиксный и префиксный инкремент и декремент. Например, выражение x++ возвращает значение переменной х, а затем увеличивает его на 1, а выражение ++x увеличивает значение x на 1 и возвращает его.
Операция присваивания в различных языках имеет разное обозначение. Так, в языках С, C++, Java операция присваивания обозначается символом =. Например, x=y+z;. Язык С позволяет в одном операторе указывать несколько операций присваивания. Например: x1=x2=y+z;. В языках Pascal и ALGOL операция присваивания указывается символами :=. Например: x:=y+z;. В языке LISP операция присваивания обозначается функцией SETQ (например, (SETQ x (PLUS y z))).
Рис. 2.1. Основные этапы трансляции программы
Фаза анализа программы состоит из:
Рис. 3.1. Древовидное представление выражения
Для представления выражения в линейной форме применяются следующие формы записи: