Khái niệm cơ bản Concept

Toán tử và Biểu thức Bài 4 Mục tiêu: Kết thúc bài học này, bạn có thể:       Hiểu được Toán tử gán Hiểu được biểu thức số học Nắm được toán tử quan hệ (Relational Operators) và toán tử luận lý (Logical Operators) Hiểu toán tử luận lý nhị phân (Bitwise Logical Operators) và bi ểu thức (Expressions) Hiểu khái niệm ép kiểu Hiểu độ ưu tiên của các toán tử. Kết thúc bài học này, các học viên có thể:  Nắm được Toán tử gán  Hiểu được biểu thức số học  Nắm được toán tử quan hệ (toán tử so sánh-Relational Operators) và toán t ử luận lý (Logical Operators)  Hiểu toán tử luận lý nhị phân( toán tử luận lý nhị phân-Bitwise Logical Operators) và bi ểu th ức  Nắm được về ép kiểu qua Cast  Hiểu về độ ưu tiên của các toán tử Giới thiệu C có một tập các toán tử phong phú. Toán tử là công c ụ dùng đ ể thao tác d ữ li ệu. M ột toán t ử là một ký hiệu dùng để đại diện cho một thao tác cụ thể nào đó được thực hi ện trên d ữ li ệu. C đ ịnh nghĩa bốn loại toán tử: toán tử số học ( arithmetic), quan hệ (relational), luận lý (logical), và toán tử luận lý nhị phân (bitwise). Bên cạnh đó, C còn có một số toán tử đặc biệt. Toán tử thao tác trên hằng hoặc biến. Hằng hoặc biến này được gọi là toán h ạng ( operands). Biến đã được đề cập ở các chương trước. Hằng là những giá trị cố định mà chương trình không thể thay đổi. Hằng trong C có thể là bất cứ kiểu dữ liệu cơ bản nào. Toán tử được phân lo ại: toán t ử m ột ngôi, hai ngôi hoặc ba ngôi. Toán tử một ngôi chỉ thao tác trên một ph ần t ử d ữ li ệu, toán t ử hai ngôi trên hai phần tử dữ liệu và ba ngôi trên ba phần tử dữ liệu. Ví dụ 4.1: c = a + b; Ở đây a, b, c là những toán hạng, dấu ‘=’ và dấu ‘+’ là những toán tử. 4.1 Biểu thức (Expressions) Một biểu thức là tổ hợp các toán tử và toán hạng. Toán tử thực hiện các thao tác nh ư c ộng, trừ, so sánh v.v... Toán hạng là những biến hay những giá trị mà các phép toán đ ược th ực hiện trên nó. Trong ví dụ a + b, “a” và “b” là toán hạng và “+” là toán tử. Tất cả kết hợp lại là một biểu thức. Toán tử và Biểu thức 47 Trong quá trình thực thi chương trình, giá trị thực sự của biến (nếu có) s ẽ đ ược s ử d ụng cùng v ới các hằng có mặt trong biểu thức. Việc đánh giá biểu thức được thực hi ện nh ờ các toán t ử. Vì v ậy, mọi biểu thức trong C đều có một giá trị. Các ví dụ về biểu thức là: 2 x 3+7 2×y+5 2 + 6 × (4 - 2) z + 3 × (8 - z) 48 Lập trình cơ bản C Ví dụ 4.2: Roland nặng 70 kilograms, và Mark nặng k kilograms. Viết một biểu thức cho tổng cân nặng c ủa họ. Tổng cân nặng của hai người tính bằng kilograms là 70 + k. Ví dụ 4.3: Tính giá trị biểu thức 4 × z + 12 với z = 15. Chúng ta thay thế mọi z với giá trị 15, và đơn giản hóa biểu thức theo quy tắc: thi hành phép toán trong dấu ngoặc trước tiên, kế đến lũy thừa, phép nhân và chia rồi phép cộng và tr ừ. 4 × z + 12 trở thành 4 × 15 + 12 = (phép nhân thực hiện trước phép cộng) 60 + 12 = 72 Toán tử gán (Assignment Operator) Trước khi nghiên cứu các toán tử khác, ta hãy xét toán tử gán (=). Ðây là toán t ử thông d ụng nh ất cho mọi ngôn ngữ và mọi người đều biết. Trong C, toán tử gán có thể đ ược dùng cho b ất kỳ bi ểu thức C hợp lệ. Dạng thức chung cho toán tử gán là: Tên biến = biểu thức; Gán liên tiếp Nhiều biến có thể được gán cùng một giá trị trong một câu l ệnh đ ơn. Vi ệc này th ực hi ện qua cú pháp gán liên tiếp. Ví dụ: a = b = c =10; Dòng mã trên gán giá trị 10 cho a, b,và c. Tuy nhiên, việc này không thể thực hiện lúc khai báo biến. Ví dụ, int a = int b = int c= 0; Câu lệnh trên phát sinh lỗi vì sai cú pháp. Biểu thức số học (Arithmetic Expressions) Các phép toán thường được thực hiện theo một thứ tự cụ thể (hoặc riêng bi ệt) đ ể cho ra giá tr ị cuối cùng. Thứ tự này gọi là độ ưu tiên (sẽ nói đến sau). Các biểu thức toán học trong C được biểu diễn bằng cách s ử dụng toán t ử s ố h ọc cùng v ới các toán hạng dạng số và ký tự. Những biểu thức này gọi là bi ểu th ức s ố h ọc ( Arithmetic Expressions). Ví dụ về biểu thức số học là : a * (b+c/d)/22; ++i % 7; 5 + (c = 3+8); Toán tử và Biểu thức 49 Như chúng ta thấy ở trên, toán hạng có thể là hằng, bi ến hay kết h ợp c ả hai. H ơn n ữa, m ột bi ểu thức có thể là sự kết hợp của nhiều biểu thức con. Chẳng hạn, trong biểu th ức đ ầu, c/d là một biểu thức con, và trong biểu thức thứ ba c = 3+8 cũng là một biểu thức con. 4.2 Toán tử quan hệ (Relational Operators) Toán tử quan hệ được dùng để kiểm tra mối quan h ệ giữa hai biến , hay giữa một biến và một hằng. Ví dụ, việc xét số lớn hơn của hai số, a và b, được thực hiện thông qua dấu lớn hơn ( >) giữa hai toán hạng a và b (a > b). Trong C, true (đúng) là bất cứ giá trị nào khác không (0), và false (sai) là bất cứ giá trị nào bằng không (0). Biểu thức dùng toán tử quan hệ trả về 0 cho false và 1 cho true. Ví dụ biểu thức sau : a == 14 ; Biểu thức này kiểm tra xem giá trị của a có bằng 14 hay không. Giá tr ị c ủa bi ểu th ức s ẽ là 0 (false) nếu a có giá trị khác 14 và 1 (true) nếu nó là 14. Bảng sau mô tả ý nghĩa của các toán tử quan hệ. Toán tử > >= < <= == != Ý nghĩa lớn hơn lớn hơn hoặc bằng nhỏ hơn nhỏ hơn hoặc bằng bằng không bằng Bảng 4.1: Toán tử quan hệ và ý nghĩa 4.3 Toán tử luận lý (Logical Operators) và biểu thức Toán tử luận lý là các ký hiệu dùng để kết hợp hay phủ định biểu thức có ch ứa các toán t ử quan hệ. Những biểu thức dùng toán tử luận lý trả về 0 cho false và 1 cho true. Bảng sau mô tả ý nghĩa của các toán tử luận lý. Toán tử && || ! Ý nghĩa AND: trả về kết quả là true khi cả 2 toán hạng đều true OR : trả về kết quả là true khi chỉ một trong hai toán hạng đều true NOT: Chuyển đổi giá trị của toán hạng duy nhất từ true thành false và ngược lại. Table 4.2: Toán tử luận lý và ý nghĩa Lưu ý: Bất cứ toán tử luận lý nào có ký hiệu là hai ký tự thì không đ ược có khoảng tr ắng gi ữa hai ký tự đó, ví dụ : == sẽ không đúng nếu viết là = =. 50 Lập trình cơ bản C Giả sử một chương trình phải thực thi những bước nhất định nếu điều kiện a < 10 và b == 7 được thoả mãn. Ðiều kiện này được viết ra bằng cách dùng toán tử quan h ệ kết h ợp v ới toán t ử lu ận lý AND. Toán tử AND được viết là &&. Ta sẽ có điều kiện để kiểm tra như sau : (a < 10) && (b == 7); Tương tự, toán tử OR dùng để kiểm tra xem có một trong số các đi ều ki ện ki ểm tra là đúng hay không. Nó có dạng là dấu (||). Cùng ví dụ trên nhưng điều kiện cần kiểm tra là: chỉ cần m ột trong hai câu lệnh là đúng thì ta có mã sau : (a < 10) || (b == 7); Toán tử luận lý thứ ba là NOT được biểu diễn bằng ký hiệu dấu chấm than ‘ !’. Toán tử này đảo ngược giá trị luận lý của biểu thức. Ví dụ, để kiểm tra xem biến s có bé h ơn 10 hay không, ta vi ết đều kiện kiểm tra như sau: (s < 10); hay là (! (s >= 10)) /* s không lớn hơn hay bằng 10 */ Cả toán tử quan hệ và luận lý có quyền ưu tiên thấp hơn toán tử số học . Ví dụ, 5 > 4 + 3 được tính tương đương với 5 > (4 + 3), nghĩa là 4+3 sẽ được tính trước và sau đó toán tử quan hệ sẽ đ ược thực hiện. Kết quả sẽ là false, tức là trả về 0. Câu lệnh sau: printf("%d", 5> 4 + 3); sẽ cho ra: 0 vì 5 bé hơn (4 + 3) . 4.4 Toán tử luận lý nhị phân (Bitwise Logical Operators) và biểu thức Ví dụ xét toán hạng có giá trị là 12, t oán tử luận lý nhị phân sẽ coi số 12 này như 1100. Toán tử luận lý nhị phân xem xét các toán hạng dưới dạng chuỗi bit ch ứ không là giá tr ị s ố thông th ường. Giá trị số có thể thuộc các cơ số: thập phân (decimal), bát phân (octal) hay th ập l ục phân (hexadecimal). Riêng toán tử luận lý nhị phân s ẽ chuy ển đ ổi toán h ạng mà nó thao tác thành bi ểu diễn nhị phân tương ứng, đó là dãy số 1 hoặc là 0. Toán tử luận lý nhị phân gồm &, | , ^ , ~ , vv … được tổng kết qua bảng sau:. Toán tử Mô tả Bitwise AND ( x & y) Mỗi vị trí của bit trả về kết quả là 1 nếu bit tại vị trí tương ứng của hai toán hạng đều là 1. Toán tử và Biểu thức 51 Bitwise OR ( x | y) Mỗi vị trí của bit trả về kết quả là 1 nếu bit tại vị trí tương ứng của một trong hai toán hạng là 1. Bitwise NOT ( ~ x) Ðảo ngược giá trị các bit của toán hạng (1 thành 0 và ngược lại). Bitwise XOR ( x ^ y) Mỗi vị trí của bit trả về kết quả là 1 nếu bit tại vị trí tương ứng của một trong hai toán hạng là 1 chứ không phải cả hai cùng là 1. Bảng 4.3: Toán tử luận lý nhị phân Toán tử luận lý nhị phân xem kiểu dữ liệu số như là số nhị phân 32-bit, giá tr ị số được đổi thành giá trị bit để tính toán trước rồi sau đó sẽ trả về kết quả ở dạng số ban đầu. Ví dụ: Biểu thức 10 & 15 có nghĩa là (1010 & 1111) trả về giá trị 1010 có nghĩa là 10. Biểu thức 10 | 15 có nghĩa là (1010 | 1111) trả về giá trị 1111 có nghĩa là 15. Biểu thức 10 ^ 15 có nghĩa là (1010 ^ 1111) trả về giá trị 0101 có nghĩa là 5. Biểu thức ~10 có nghĩa là ( ~1010 ) trả về giá trị 1111.1111.1111.1111.1111.1111.1111.0101 có nghĩa là -11. 4.5 Biểu thức dạng hỗn hợp & Chuyển đổi kiểu Một biểu thức dạng hỗn hợp là một biểu thức mà trong đó các toán h ạng c ủa m ột toán t ử thu ộc v ề nhiều kiểu dữ liệu khác nhau. Những toán hạng này thông thường được chuyển về cùng ki ểu với toán hạng có kiểu dữ liệu l ớn nhất. Điều này được gọi là tăng cấp kiểu. Sự phát triển về kiểu dữ liệu theo thứ tự sau : char < int 3 AND 3<5 OR 10<9 Việc thực hiện tính toán sẽ như sau: 1. [2*3+4/2] > 3 AND 3<5 OR 10<9 Ðầu tiên toán tử số học sẽ được tính theo thứ tự ưu tiên như bảng 4.4. 2. [[2*3]+[4/2]] > 3 AND 3<5 OR 10<9 3. [6+2] >3 AND 3<5 OR 10<9 56 Lập trình cơ bản C