Operatori C++

Computerele prelucrează date! Le citesc de la tastatură, le memorează în variabile (sau constante), le afișează pe ecran. Și mai fac cu ele diverse operații. Noi suntem obișnuiți să facem operații aritmetice (adunări, scăderi, etc.), dar în C++ există multe alte operații.

Introducere

O operație este alcătuită din operanzi și operator. Operanzii reprezintă datele cu care se fac operațiile, iar operatorul este simbolul care stabilește ce operație se face cu operanzii. Din punct de vedere a numărului de operanzi, operațiile (operatorii) pot fi:

• unare – se aplică la un singur operand (de exemplu -7, operația de schimbare a semnului unui număr);
• binare – se aplică la doi operanzi (de exemplu adunarea numerelor, 2+5);
• ternare – se aplică la trei operanzi. Există un singur operator ternar în C++, operatorul condițional și va fi analizat mai jos.

Operanzii pot fi variabile, constante, literali, rezultatele unor funcții, rezultatele altor operații. O operație care are ca operanzi alte operații se numește expresie.

Fiecare operație C++ are un rezultat!

Acest articol analizează o parte a operatorilor C++, cei mai frecvent utilizați:

Operatorii aritmetici

Aceștia sunt: +, -, *, /, %. În exemplele de mai jos, considerăm variabilele:

• N = 11 și M = 3 de tip int
• X = 11 și Y = -3.5 de tip double.

Operatorii aritmetici unari

În C++ există operațiile unare + și -:

• + returnează valoarea operandului
• - returnează valoarea operandului cu semn schimbat.

Exemple

• + X = 11
• - Y = 3.5
• - + N = -11

Operatorii aritmetici binari

• + : adunarea a două numere;
• - : scăderea a două numere;
• * : înmulțirea a două numere;
• / : împărțirea a două numere;
• % : restul împărțirii a două numere întregi (modulo);
• În C++ nu există un operator pentru ridicarea la putere!

Adunarea, scăderea și înmulțirea se comportă conform așteptărilor, ca la matematică. Operația de împărțire și operația modulo necesită niște explicații suplimentare.

Împărțirea întreagă și împărțirea zecimală

Operația de împărțire are două moduri de lucru, în funcție de tipul operanzilor.

• Dacă operanzii sunt de tip întreg (int, short, char, etc.), se va realiza împărțirea întreagă, iar rezultatul operației / este câtul împărțirii întregi.
• Dacă operanzii sunt de tip real (float, double, long double), se va realiza împărțirea zecimală, iar rezultatul operației / este rezultatul acestei împărțiri, “cu virgulă”.

Exemple

• N / M = 3
• X / Y = -3.14286
• X / 2.0 = 5.5
• M / 2 = 1
• M / 2.0 = 1.5

Ultima împărțire este deosebită. Cei doi operanzi au tipuri diferite: M = 3 este de tip int, iar 2.0 este de tip double. Aici intervine operația de conversie implicită: în mod automat, valoarea operandului M se consideră ca fiind de tip double, împărțirea este împărțire reală și are rezultatul 1.5.

Operatorul modulo %

Operația modulo are sens numai dacă ambii operanzi sunt de tip întreg – împărțirea cu rest are sens numai în această situație. Iată câteva exemple:

• N % M = 2 : restul împărțirii lui 11 la 3 este 2
• 30 % 10 = 0

Operatorul modulo este util în multe situații. El poate fi utilizat pentru a afla ultima cifră a unui număr natural: ultima cifră a lui 276 este 276 % 10 adică 6, sau pentru a verifica dacă un număr N este divizor al lui M. În caz afirmativ, M % N este 0.

Observații suplimentare

• nu se poate face împărțire la 0.
• dacă cel puțin un operand al împărțirii întregi sau al operației modulo este negativ, rezultatul operației depinde de versiunea compilatorului C++ folosit. O variantă de evaluare, utilizată în unele compilatoare, este efectuarea operației cu operanzii în valoare absolută și apoi aplicarea regulii semnelor.

Exerciții

10 32 33 34 35 37 46 59

Operatorii relaționali

Sunt: <, >, <=, >=, ==, != .

Un operatori relațional stabilește dacă între două numere (operanzii) are loc o anumită relație. Rezultatul acestei operații este adevărat sau fals. Rezultatul operațiilor relaționale poate fi 0 sau 1:

• rezultatul este 1 dacă relația este adevărată
• rezultatul este 0 dacă relația este falsă

Fie N = 11 și M = 3. Operațiile relaționale sunt:

• operații de comparare (comparații)
  • mai mic <; N < M este fals, adică 0
  • mai mare >; N > M este adevărat, adică 1
  • mai mic sau egal <=; M <= N este 1
  • mai mare sau egal >=; M >= N este 0
• operația de egalitate == ; N == M este fals, adică 0
• operația de neegalitate (diferit, not egal) !=; N != M este adevărat, adică 1.

Una dintre cele mai frecvente erori este folosirea pentru operația de egalitate a operatorului =, în loc de ==. Operatorul = reprezintă operația de atribuire!

O altă eroare frecventă apare la compararea mai multor numere. De la matematică suntem obișnuiți să comparăm numere astfel: a < b < c – condiția este adevărată dacă numerele sunt în ordine strict crescătoare. În C++, rezultatul acestei operații poate fi diferit de cel așteptat, datorită modului în care se fac operațiile.

De exemplu:

cout << (5 > 4 > 3) ; // 0 (false)

Expresia 5 > 4 > 3 este echivalentă cu (5 > 4) > 3 și se evaluază astfel:

• mai întâi se efectuează operația 5 > 4, cu rezultat adevărat (1)
• apoi se efectuează 1 > 3, cu rezultat fals (0)!!

Operatorii logici

Sunt: !, ||, &&.

Operatorii logici au operanzi de tip valori de adevăr și rezultat valori de adevăr. Istoric, operațiile logice sunt legate de numele matematicianului englez George Boole, cel care a pus bazele acestei ramuri a matematicii și a inventat algebra booleană și calculul propozițional.

În C++, operatorii logici pot fi aplicați oricăror valori numerice, și au ca rezultat una din valorile 0 sau 1. În exemplele de mai jos vom folosi literalii true și false, de tip bool.

Negația: !

• ! true este false. Orice valoare nenulă negată devine 0.
• ! false este true. 0 negat devine 1.

Disjuncția: ||

• false || false → false
• false || true → true
• true || false → true
• true || true → true

Conjuncția: &&

• false && false → false
• false && true → false
• true && false → false
• true && true → true

Exerciții

7 11 17 19 28 509

Legile lui De Morgan

Fie p și q două valori booleene (pot fi rezultatele unor expresii, de exemplu). Atunci:

• !(p && q) == !p || !q

• !(p || q) == !p && !q

Să luăm ca exemplu apartenența unei valori la un interval:

• x∈[a,b]
• expresia echivalentă C++ este x ≥ a && x ≤ b
• conform legilor lui De Morgan, prin negare obținem: !(x ≥ a) || !(x ≤ b)
• deoarece !(x ≥ a) este echivalent cu x<a, obținem:
• x < a || x > b
• folosind intervalele obținem: x ∈ (-∞,a)∪(b,+∞), adică x∉[a,b]

Exerciții

15 18 61 476 529

Operatorul de atribuire: =

Atribuirea este operația prin care o variabilă primește valoarea unei expresii:

variabila = expresie

Expresia poate avea orice fel de rezultat, dacă tipul său este identic cu al variabilei, sau poate fi convertit la tipul variabilei. În cazul tipurile întregi, reale, bool, oricare dintre acestea poate fi convertit la la oricare altul, eventual cu trunchierea unor valori.

Exemple:

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int n , m; // valori aleatorii
    double x , y; // valori aleatorii
    n = 5; // valoare lui n devine 5
    cout << n << endl;
    m = n + 2; // valoare lui m devine 7
    cout << m << endl;
    n = n + 3; // valoarea lui n devine 5 + 3, adica 8
    cout << n << endl;
    x = m / 5; // valoarea lui x devine 8 / 5, adica 1. ATENTIE! este impartire intreaga
    cout << x << endl;
    y = 5; // valoarea lui y devine 5, de tip double. Are loc conversia lui 5 de tip int la double
    cout << y << endl;
    x = m / y; // valoarea lui x devine 1.4, deoarece impartirea este zecimala. Are loc conversia valorii lui m la double, apoi se face impartirea
    cout << x << endl;
    return 0; 
}

Atribuirea este o operație, deci are rezultat! Rezultatul operației de atribuire este chiar variabila care primește valoare.

Nu confundați operația de atribuire = cu operația de egalitate ==.

Este posibilă și realizarea unor atribuiri multiple, ca mai jos:

int a , b, c;
a = b = c = 10;

Toate variabilele vor primi valoarea 10.

Următoarea atribuire este mai interesantă:

n = n + 4;

Ea se efectuează astfel (să considerăm, ca exemplu, că valoarea inițială a lui n este 5):

• mai întâi se calculează expresia din dreapta, în care se folosește valoarea curentă a lui n: n + 4 este 5 + 4 adică 9
• valoarea expresiei din dreapta se atribuie variabilei din stânga, deci n devine 9.

Notă: În membru stâng al unei atribuiri poate fi nu doar o variabilă, ci o expresie de tip lvalue. Prin lvalue se înțelege left value, adică tocmai o expresie ce poate “în stânga” unei atribuiri. Variabilele sunt expresii lvalue, dar există și altfel de expresii, despre care vom vorbi mai târziu, care sunt lvalue.

Operatorii de atribuire compusă

Sunt: +=, -=, *=, /=, %=, >>=, <<=, &=, ^=, |=.

În programare sunt foarte frecvente atribuirile de forma:

x = x * 5;

în care unei variabile i se aplică o anumită operație aritmetică (în exemplul de mai sus *) iar rezultatul se memorează chiar în acea variabilă. Pentru a facilita scrierea codului în aceste situații, în C++ există atribuirea compusă:

var OP= expresie, echivalentă cu var = var OP expresie

Astfel, atribuirea x = x * 5 este echivalentă cu x *= 5.

Interschimbarea

Interschimbarea este operația prin care valorile a două variabile se sechimbă între ele. De exemplu, dacă variabilele A și B au valorile 5, respectiv 7, în urma interschimbării B va avea valoarea 5 și A va avea valoarea 7.

Interschimbarea se face prin interschimbări succesive. Există mai multe metode, dar cea mai utilizată este cunoscută sub numele de regula paharelor, deoarece este similară cu modul în care se schimbă conținutul a două pahare. În acest caz este nevoie de încă un pahar, iar în cazul interschibării variabilelor este nevoie de o variabilă auxiliară.

Schema interschimbării este următoarea:

int A = 5 , B = 7;
int aux = A;
A = B;
B = aux;
cout << A << " " << B; // 7 5

Exerciții

1196

Operatorii ++, --

Se numesc operatori de de incrementare (++) și decrementare (--).

Prin incrementarea unei variabile se înțelege mărirea valorii sale cu 1. Similar, prin decrementarea unei variabilă se înțelege micșorarea valorii sale cu 1.

Operația de incrementare a variabilei X poate fi:

• postincrementare: X ++. Efectul expresiei este mărirea valorii lui X cu 1, iar rezultatul operației este valoarea inițială a lui X.
• preincrementare: ++ X. Efectul expresiei este mărirea valorii lui X cu 1, iar rezultatul operației este chiar variabila X.

Exemplu pentru postincrementare:

int x = 5 , y = 10;
y = x ++; // y primeste valoare lui (x++), adica valoarea initiala a lui x
cout << x << " " << y; // 6 5

Exemplu pentru preincrementare:

int x = 5 , y = 10;
y = ++ x; // y primeste valoare lui (++x), adica valoarea marita a lui x
cout << x << " " << y; // 6 6

Operația de decrementare a variabilei X poate fi:

• postdecrementare: X --. Efectul expresiei este micșorarea valorii lui X cu 1, iar rezultatul operației este valoarea inițială a lui X.
• predecrementare: -- X. Efectul expresiei este micșorarea valorii lui X cu 1, iar rezultatul operației este chiar variabila X.

Operatorul condițional ?

Operatorul condițional este singurul operator ternar (cu trei operanzi) din C++. Sintaxa lui este:

expresie1 ? expresie2 : expresie3

și se evaluează astfel:

• se evaluează expresie1
• dacă rezultatul lui expresie1 este nenul (adevărat), se evaluează expresie2 și rezultatul acestei expresii va fi rezultatul operației ?
• dacă rezultatul lui expresie1 este nul (fals), se evaluează expresie3 și rezultatul acestei expresii va fi rezultatul operației ?

expresie2 și expresie3 trebuie să aibă rezultate de același tip, sau de tipuri compatibile.

Exemplu:

int x;
cin >> x;
cout << (x % 2 == 0? "par" : "impar");

Operatorul virgulă ,

În anumite situații, regulile de sintaxă ale limbajului C++ solicită prezența unei singure operații, dar logica programului cere prezența mai multor operații. Acestea pot fi grupate cu ajutorul operatorului ,. Sintaxa acestei operații este;

expresie1 , expresie2

Modul de evaluare este:

• se evaluează mai întâi expresie1, apoi expresie2 – important, dacă în expresie2 apar variabile care se modifică în expresie1
• rezultatul operației este rezultatul lui expresie2

Exemple:

int x , y , z;
x = 1 , y = 2 , z = 3;
x ++, y = x + 2, z -= x; // este semnificativa ordinea in care s-au evaluat cele trei expresii
cout << x << " " << y << " " << z; // 2 4 1

Operatorii pe biți

Sunt: &, |, ^, ~, <<, >>.

Operatorii pe biți reprezintă o temă avansată de programare. Ei permit manipularea directă și foarte rapidă a biților care formează reprezentarea în memorie a unei date. Vezi acest articol!

Operatorul de conversie explicită

În anumite situații trebuie să considerăm o expresie de un anumit tip ca fiind de alt tip. Acest lucru poate fi realizat prin operatorul de conversie:

(tip_nou) expresie

Exemple:

int x = 2;
cout << 7 / x << endl; // 3 - este impartire intreaga
cout << 7 / (double) x; // 3.5 - este impartire zecimala

char p = 'a';
cout << (int)p << endl; // 97, codul ASCII al lui 'a'
cout << p - 32 << endl; // 65
cout << (char)(p - 32); // A - carcaterul cu codul ASCII 65

Operatorul sizeof

Operatorul sizeof este un operator unar care se aplică la un tip de date sau la o expresie. Rezultatul său este numărul de octeți pe care îi ocupă o dată de acel tip, respectiv rezultatul expresiei.

Exemple

cout << sizeof(double) << endl; // 8: o data de tip double ocupa 8 octeti
cout << sizeof(3 + 5) << endl; // 4: 3 + 5 este de tip int; o data de tip int ocupa 4 octeti

Alți operatori

Limbajul C++ conține și alți operatori, dintre care:

• ( ) – modificarea priorității unei operații, apel de funcție
• [ ] – indexarea unui tablou
• ., -> – acces la membrii unei structuri
• &, * – referențiere (determinarea adresei unei variabile), dereferențiere (accesare variabilei de la o adresă)
• new, delete – alocare și dealocarea memoriei
• <<, >> – inserare și extragere din stream
• :: operatorul de rezoluție

Prioritatea operatorilor

Prioritatea operatorilor stabilește ordinea în care se evaluează o expresie care conține mai mulți operatori, de diverse feluri – ordinea în care se efectuează operațiile.

Asocierea operatorilor stabilește ordinea în care se evaluează o expresie ce conține mai mulți operatori cu aceeași prioritate. Poate fi de la stânga la dreapta sau de la dreapta la stânga.

Atât prioritatea, cât și asocierea operatorilor poate fi modificată folosind paranteze rotunde ()

Pentru operatorii prezentați mai sus, prioritatea este următoarea:

Nivelul 1 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• operatorul de rezoluție ::

Nivelul 2 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• postincrementarea / postdecrementare ++ --
• accesul la elementele unui tablou []
• modificarea priorității unei operații, apel de functie ()
• accesul la câmpul unei structuri . ->

Nivelul 3 de prioritate. Asociere: dreapta stânga

• preincrementarea / predecrementare ++ --
• negarea pe biți ~, negarea logică !
• operatorii aritmetici unari + -
• referențierea / dereferențierea & *
• alocarea / dealocarea memoriei new delete
• operatorul sizeof
• operatorul de conversie explicită

Nivelul 4 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• pointeri la membri unei structuri .* ->*

Nivelul 5 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• operații aritmetice multiplicative * / %

Nivelul 6 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• operații aritmetice aditive + -

Nivelul 7 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• deplasare pe biți <<, >>

Nivelul 8 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• operatorii relaționali de comparare < > <= >=

Nivelul 9 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• operatorii relaționali de egalitate / neegalitate == !=

Nivelul 10 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• ȘI pe biți &

Nivelul 11 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• SAU EXCLUSIV pe biți ^

Nivelul 12 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• SAU (SAU INCLUSIV) pe biți |

Nivelul 13 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• conjuncția logică &&

Nivelul 14 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• disjuncția logică ||

Nivelul 15 de prioritate. Asociere: dreapta stânga

• atribuirea, atribuirea compusă = += -= *= /= %= >>= <<= &= ^= |=
• operatorul condițional ?

Nivelul 16 de prioritate. Asociere: stânga dreapta

• operatorul ,