L6. Operatoren und Ausdrücke

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1 L6. Operatoren und Ausdrücke 1. Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, --, Zuweisung-Operatoren: =, +=, -=, *=, /= 3. Vergleichsoperatoren: <, <=, >, >=, ==,!= 4. Logische Operatoren:!, &&, 5. Bit Operatoren: &,, ^, ~, <<, >> 6. Bedingungsoperatoren: A? B : C 7. Typumwandlungen: ( ) Binäre arithmetische Operatoren 1 Ein Ausdruck ist eine Kombination von Operatoren und Operanden: Atomarer Ausdruck: Konstanten, Variablen oder Funktionsaufrufen Beispiel: 28.3, A, x, y, printf("hello, World."), sin(x) Zusammengesetzter Ausdruck: verknüpft. Ausdrücke (als Operanden) durch Operatoren Beispiel: 1-x, 4+5, x/3, x = 7.5, x < 286 Ein arithmetischer Operator kann unär (nur ein Operand) oder binär (zwei Operanden) sein. Fünf binäre arithmetische Operatoren gibt es in C: + - * / % Addition Subtraktion Multiplikation Division Modulo Punktrechnung ( *, /, % ) vor Strichrechnung ( +, - ) Die Auswertung bei dem selben Typ von Operatoren erfolgt von links nach rechts. Die Division (/) ergibt für ganzzahlige Operanden nur den Ganzzahlteil der Division. Modulo (%) ist nur auf ganzzahlige Operanden anwendbar. Sie liefert den Rest der ganzzahligen Division.

2 Binäre arithmetische Operatoren Jeder Ausdruck hat einen Typ und einen Wert. Sie entsprechen dem Datentyp und dem Resultat der Auswertung des Ausdrucks. Beispiele: int i = 5, j = 2, k = 23; float x = 2.0, y = 5.5; double d = 2.4; ==================================================================== Ausdruck Resultat Typ i / j 2 int i % j 1 int x + 1/5 2.0 float x + 1./5 2.2 float k % i * j 6 int k - 7 % 5 21 int y / x 2.75 float y % x nicht erlaubt --- d / double /* arithop.c */ Binäre Arithmetische Operatoren 3 #include <stdio.h> void main() { int i = 5, j= 2, k = 23; float x = 2.0, y = 5.5; double d = 2.4; printf("\n\n"); printf("i / j = %-d\n",i / j); printf("i %% j = %-d\n",i % j); //Ein % Zeichen wird ausgedruckt printf("x + 1 / 5 = %-2.1f\n",x + 1 / 5); printf("x + 1. / 5 = %-2.1f\n",x + 1. / 5); printf("k %% i * j = %-d\n",k % i * j); printf("k - 7 %% 5 = %-d\n",k - 7 % 5); printf("x * y - i = %-2.1f\n",x * y - i); printf("y / x = %-3.2f\n",y / x); /* printf("y % x = %f\n",y % x); --> Compilermeldung: operands of % have illegal types of float and float */ printf("d / 2 = %-2.1f\n",d / 2);

3 Zuweisungsoperatoren Die einfache Zuweisung ordnet einer Variablen mithilfe des Zuweisungsoperators = den Wert eines Ausdruckes zu. Hierbei steht die Variable immer links (L-Wert) und der zugewiesene Wert (R-Wert) rechts vom Zuweisungsoperator. x = 7.5; y = x; z = * x; Jede Zuweisung ist selbst ein Ausdruck, dessen Resultat der R-Wert ist. Mehrfachzuweisung wird stets von rechts nach links bearbeitet. i = j = 9; // erhält zunächst j und dann i den Wert 9 Solche Zusammengesetzte Zuweisungen führen eine arithmetische Operation und eine Zuweisung aus. Für jeden binären Operator gibt es eine entsprechende zusammengesetzte Zuweisung (z.b., +=, -=, *=, /=, %=) Variable op= Ausdruck Variable = Variable op Ausdruck i += 3; // ist äquivalent zu i = i + 3; i *= j + 2; // ist äquivalent zu i = i * (j+2); i /= 3 / 2; // ist äquivalent zu i = i / (3/2); Typische Fehler bei den Zuweisungsoperatoren 5 #define NMAX 20 void main() { int i, n; int a[nmax], b[nmax]; float x, y; i = 0; n = NMAX / 2; NMAX = 10; // Fehlermeldung (1) "20=10" y = 2 * x // Fehlermeldung (2) for (i=0; i< NMAX; i++) // alle Elemente des Arrays a[i] = 0; // mit 0 initialisieren b = a; // Fehlermeldung (3) Fehlermeldungen: (1) left side of the assignment can t be assigned to (2) possible usage of x before definition (3) operands of = have illegal types array 20 of int and pointer to int left side of the assignment can t be assigned to

4 Unäre arithmetische Operatoren In C gibt es vier unäre arithmetische Operatoren: Operator Bedeutung Beispiel + - (positiver und negativer) Vorzeichenoperator +i -i ++ (post- und präfix) Inkrement-Operator i++ ++i -- (post- und präfix) Dekrement-Operator i-- --i Mit dem negativen Vorzeichenoperator (-) wechselt das Vorzeichen des Operanden. -w gleich (-1)*w. Der positiven Vorzeichenoperator (+) wird nicht benötig. Der Inkrement-Operator (++) addiert 1 zu seinem Operanden. ++i: i wird zunächst inkrementiert und dann der neue Wert von i verwendet. i++: Es wird der alte Wert von i verwendet und dann wird i inkrementiert. Der Dekrement-Operator (--) vermindert seinen Operanden um 1. =================================================================== int i = 5, j= 8; printf("%d; %d\n", i++, j--); // Ausgabe: 5; 8 printf("%d; %d\n", i, j); // Ausgabe: 6; 7 printf("%d; %d\n", ++i, --j); // Ausgabe: 7; 6 Der Vorrang arithmetischer Operatoren 7 Der Vorrang (Priorität) der Operatoren bestimmt die Zuordnung der Operanden zu den Operatoren. Priorität Operator Auswertung von rechts + - (Vorzeichen) 2. * / % von links (Addition; Subtraktion) von links Beispiele: x / 2 ist äquivalent zu (x++) -(7.0 / 2) 2 * 5 % 2 ist äquivalent zu (2 * 5) % * k ist äquivalent zu 1 + (2 * k) -4 * ++i -6 % 4 ist äquivalent zu ( ((-4) * (++i)) - (6%4))

5 Sechs Vergleichsoperatoren gibt es in C: Vergleichsoperatoren Operator < <= > >= ==!= Bedeutung kleiner kleiner gleich größer größer gleich gleich nicht gleich Jeder Vergleich in C ist ein Ausdruck vom Typ int, der den Wert 1 oder 0 besitzt. Der Wert 1 bedeutet wahr, d.h. der Vergleich trifft zu Der Wert 0 bedeutet falsch, d.h. der Vergleich trifft nicht zu. Vergleich 4 <= > == 5 2*4!=5 23 = 4 Ergebnis Fehler Vorrangregeln 1. Priorität Arithmetische Operatoren (+, -, *, /, %) 2. Priorität Relationsoperatoren (<, <=, >, >=) 3. Priorität Gleichheitsoperatoren (==,!=) 4. Priorität Zuweisungsoperatoren ( = ) Beispiel: x = index < max -1 bedeutet: x = (index < (max -1)) x = a+1 == b < c bedeutet: x = ((a+1) == (b<c)) Typische Programmierfehler 9 a =< b kein gültiger Operator a <> b kein gültiger Operator a < = b Zwischenraum zwischen < und =, kein erkennbarer Operator a+b =! c äquivalent zu (a+b)=(!c), keine gültige Zuweisung a =! 1 =! statt!=, äquivalent zu a= (!1), d.h. a = 0 a >> b "<<" als Vergleichsoperator gibt es nicht dies ist ein Bitoperator Shift. if (a = b) Der Ausdruck a=b hat den Wert b und wird dann... logisch interpretiert, das Resultat hängt nur von b ab.

6 Es gibt drei logische Operatoren in C: Logische Operatoren!(nicht), &&(und), (oder) Ein logischer Ausdruck liefert das Ergebnis 1 (wahr) oder 0 (falsch). Die Operanden eines logischen Operators können beliebige Ausdrücke sein. Ein Operand wird als falsch interpretiert wenn sein Wert 0 ist, sonst als wahr. Wahrheitstafeln für die logischen Operatoren a b a && b a b a b a && b ist wahr gdw. a und b beide wahr sind. a b ist wahr gdw. a und-oder b wahr ist.!a ist wahr gdw. a nicht wahr ist. a!a Die Priorität:! arithmetische Operatoren &&. Beispiele: Logische Operatoren 11 1 <= 0 && 2 >= 0 Ergebnis: 0 (falsch) 0 > -5 3 == 0 Ergebnis: 1 (wahr) 1 == 1 &&!0 Ergebnis: 1 (wahr)!(2+1) 1-2 > 0 Ergebnis: 0 (falsch) (x > 1) && (x < 9) Bedeutet: Ist x im Intervall (1, 9)? (x >=1) && (x <=9) Bedeutet: Ist x im Intervall [1, 9]? (x < 1) (x > 9) Bedeutet: Ist x außerhalb [1, 9]? ((c== A ) (c== a )) Bedeutet: Ist c = A oder c = a? Typische Fehler: a b Leerzeichen dazwischen a & b Bitweise AND-Verknüpfung a & &b entspricht a & (&b), &b ist die Adresse von b

7 #include <stdio.h> void main() { int erg, a, b, c; int y = 5; Ein Beispiel printf("wert von 7 (y=0) ist %d\n", 7 (y=0)); printf("wert von 7 && (y=0) ist %d\n", 7 && (y=0)); a = b = c = 0; erg = ++a ++b && ++c; // erg = ++a ( ++b && ++c) printf("\nerg = %d, a = %d, b = %d, c = %d\n", erg, a, b, c); a = b = c = 0; erg = ++a && ++b ++c; printf("\nerg = %d, a = %d, b = %d, c = %d\n", erg, a, b, c); Wert von 7 (y=0) ist 1 Wert von 7 && (y=0) ist 0 erg = 1, a = 1, b = 0, c = 0 erg = 1, a = 1, b = 1, c = 0 Ausdrücke mit den Operatoren && und werden strikt von links nach rechts ausgewertet. Die Auswertung wird abgebrochen, sobald das Resultat feststeht. Bei A && B oder A B wird der Compiler erst A dann B auswerten. Arithmetische Typumwandlungen 13 Es ist möglich, in einem Ausdruck verschiedene arithmetische Typen zu mischen. Der Compiler nimmt, wenn möglich, automatisch eine implizite Typumwandlungen vor. Generell wird der kleinere Datentyp in den größeren Datentyp umgewandelt: int unsigned int long unsigned long float double long double In einer Zuweisung können ebenfalls Datentypen gemischt werden. Der Compiler passt den Typ der rechten Seite dem Typ der Variablen auf der linken Seiten an short i = 3, j = 2; long k = 0x ; float x = 3.0, y = 2.0; i/j x/y i/y //Werte: k = i + 50 //Ergebnis vom Typ in in long umwandeln. i = k //0x5678 wird an i zugewiesen Explizite Typumwandlung wird durch einem Cast-Operator realisiert: Syntax: (typname) Ausdruck Beispiel: int a = 1, b = 4; double x; x = (double) a/b; //Wert von x = 0.25

8 Bit-Operatoren Zur Manipulation einzelner Bits bietet C insgesamt sechs Bit-Operatoren und unterstützt damit die maschinennahe Programmierung. & ^ ~ << >> AND OR XOR NOT Left-Shift Right-Shift Wahrheitstafeln für die Bit-Operatoren AND Ergebnis 0 & & & & 1 1 OR Ergebnis XOR Ergebnis 0 ^ ^ ^ ^ 1 0 NOT Ergebnis ~ 0 1 ~ 1 0 Die Shift-Operatoren verschieben das Bitmuster ihres linken Operanden um eine bestimmte Anzahl von Bit-Positionen. unsigned char a, b, c; // Bitmuster a = 12; // a: b = a << 3; // b: b = a >> 2; // c: Der Bedingungsoperator hat die Form Bedingungsoperator 15 A? B : C Das Ergebnis dieses Ausdrucks ist der Wert von B oder C, abhängig davon, ob der Ausdruck A den Wert wahr (nicht 0) oder falsch (0) hat. z = (x >= 0)? x : -x; //Der Absolutwert von x wird an z zugewiesen #include <stdio.h> void main() { float x, y; printf("geben Sie zwei verschiedene Zahlen ein:\n"); printf("(zahl1, Zahl2): "); if( scanf("%f, %f", &x, &y)!= 2) printf("fehlerhafte Eingabe!\n"); else printf("die groessere Zahl ist: %.2f\n", x>y? x:y);

9 Beispiel /* Umrechnung von Temperatur zwischen Fahrenheit und Celsius */ #include <stdio.h> #define CONVERSION_FACTOR (100.0 / 180.0) void main() { float cel, fah; char temp = f ; printf("bitte waehlen Sie: Fahrenheit oder Celsius (f/c)? "); scanf("%c", &temp); if (temp == f temp == F ) { printf("bitte Temperatur in Fahrenheit eingeben (nnn.n): "); scanf("%5.1f", &fah); cel = CONVERSION_FACTOR * (fah - 32); else { printf("bitte Temperatur in Celsius eingeben (nnn.n): "); scanf("%5.1f", &cel); fah = cel / CONVERSION_FACTOR + 32; printf("\ndie Temperatur in Fahrenheit ist: %5.1f\n", fah); printf("die Tempratur in Celsius ist: %5.1f\n", cel); Beispiel 17 // Schnitt.c Berechnet die Durchschnittsnote #include <stdio.h> void main() { int Anzahl = 1; float Note, Summe = 0; printf("bitte geben Sie die Noten fuer Ihre Kurse ein.\n"); printf("(abbruch mit beliebigem Buchstaben)\n"); printf("note fuer Kurs Nummer 1: "); while (scanf("%f", &Note) > 0) { printf("note fuer Kurs Nummer %d: ", ++Anzahl); Summe += Note; printf("\nihre summierte Note fuer %d Kurse ist %5.2f", --Anzahl, Summe); printf("\nihre Durchschnittsnote ist %5.2f\n", Summe/Anzahl);

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