В процессе определения переменной, которое назначает область памяти и число байтов для ее хранения, можно также установить начальное численное значение этой переменной, т.е. инициализировать переменную. Например, определение целочисленной константы "change" со значением 23 может быть проведено посредством записи:
const int change = 23
После того, как мы научились задавать необходимые для использования в прикладной программе переменные, следует научиться выполнять арифметические и логические операции над этими переменными. Этим мы займемся в следующем параграфе.
3.3. Операторы языка Си
Язык Си обладает некоторым набором операторов, которые представлены в табл. 3.2. Полное множество операторов разбито на пять групп: общие, арифметические, логические, битовые манипуляции, унарные.
Операторы общей группы предназначаются для записи выражений на языке Си. Арифметические операторы предназначены для выполнения математических действий над переменными, таких как сложение, вычитание, умножение и деление. Логические операторы используются в выражениях для определения истинности некоторого условия. Битовые операции предназначены для модификации одного или нескольких битов переменной. Унарные операции используются для выполнения действий только над одной переменной.
В первой колонке табл. 3.2. указан приоритет оператора в том случае, если выражение содержит сразу несколько операторов. Приведем примеры последовательности применения операторов.
| Приоритет в выражениях | Имя оператора | Символ для обозначения |
|---|---|---|
| Общие | ||
| 1 | Скобки | (), {} |
| 1 | Разделители | -> , . |
| 11 | Условие | ?: |
| 12 | Присваивание | =, +=, *= и т.д. |
| Арифметические | ||
| 3 | Умножение | * |
| 3 | Деление | / |
| 3 | Получение целочисленного остатка от деления | % |
| 4 | Сложение | + |
| 4 | Вычитание | - |
| Логические | ||
| 6 | Меньше | < |
| 6 | Меньше или равно | <= |
| 6 | Больше | > |
| 6 | Больше или равно | >= |
| 7 | Равно | == |
| 7 | Не равно | != |
| 9 | Логическое И | && |
| 10 | Логическое ИЛИ | || |
| Битовые манипуляции | ||
| 5 | Сдвиг влево | << |
| 5 | Сдвиг вправо | >> |
| 8 | Поразрядное И | & |
| 8 | Поразрядное исключающее ИЛИ | ^ |
| 8 | Поразрядное ИЛИ | | |
| Унарные | ||
| 2 | Инверсия | ! |
| 2 | Взятие обратного кода числа | ~ |
| 2 | Инкремент | ++ |
| 2 | Декремент | -- |
| 2 | Минус | - |
| 2 | Привести к типу | (type) |
| 2 | Указатель | * |
| 2 | Взять адрес | & |
| 2 | Определить размер | sizeof |
Табл. 3.2. Операторы языка Си
Операторы общей группы. Круглые скобки из группы общих операторов используются для определения порядка выполнения действий над операндами. Допустим, в строке программы записано следующее выражение:
2 * 23 + 15
Оператор умножения имеет приоритет над оператором сложения, поэтому результат вычисления выражения будет равен 61. Какие изменения мы должны внести в выражение, если хотим сначала сложить 23 и 15, и лишь затем умножить сумму на 2? Для изменения порядка действий над операндами мы воспользуемся круглыми скобками:
2 * (23 + 15)
И результат вычислений станет равным 76.
Фигурные скобки следует использовать для объединения некоторого множества операторов в законченный смысловой блок, например в функцию или цикл "loop". Примеры использования фигурных скобок, а также других операторов из группы общих рассматриваются в разделе 3.4.
Операторы группы арифметических операций. Рассмотрим последовательность выполнения действий над операндами при исполнении микроконтроллером следующего выражения:
Sum = 2 + 3;
Для вычисления значения переменной sum сначала реализуется оператор сложения "+", а затем оператор присваивания "=". В колонке 1 табл. 3.2 отражено, что оператор сложения имеет приоритет над оператором присваивания. При этом необходимо, чтобы переменная sum ранее была определена как int. Что произойдет в случае, если переменная sum ранее была объявлена как переменная другого типа, например float? После сложения результат будет преобразован к тому формату представления числа, который был объявлен при определении переменной sum.
Рассматриваемый пример может быть реализован с использованием другого синтаксиса:
num1 = 2;
num2 = 3;
sum = num1 + num2;
Подразумевается, что все упомянутые переменные num1, num2 и sum ранее были определены.
Операторы инкремента и декремента производят действия только над одной переменной. При этом, три приведенных ниже записи, отличаются синтаксисом выражения, но производят одинаковые действия:
number = number + 1;
number++;
++number;
Аналогично, три следующих записи реализуют операцию декремента, т.е. уменьшения на единицу переменной number.
number = number - 1;
number--;
--number;
Операция получения целочисленного остатка от деления 2%3 возвращает 2, так как целочисленное деление 2 на 3 не может быть произведено. Результат операции 14%3 также равен 2, поскольку результат целочисленного деления 14 на 3 равен 4 с остатком 2.
Операторы логической группы. Операторы этой группы используются для определения условий, по которым реализуется ветвление алгоритма. Операторы логической группы возвращают в виде результата 1, если результат операции "правда", и 0, если результат операции "ложь". Допустим, мы хотим сравнить текущее значение некоторой переменной с пороговым значением 82. Для этого могут быть использованы операторы больше ">", меньше "<", больше или равно ">=", меньше или равно "<=", не равно "!=" или равно "==". Рассмотрим следующую запись на Си:
value = temperature > 82;
После исполнения приведенной строки программы переменной value будет присвоено значение 1 или 0. Уместно вспомнить, что логические операции имеют приоритет над операцией присваивания. Поскольку результатом "вычисления" выражения справа может быть только 0 или 1, то и переменная value должна быть ранее объявлена соответствующим образом.
Операторы группы битовых манипуляций. Как было отмечено ранее, одним из преимуществ языка Си для программирования микроконтроллерных систем по сравнению с другими языками высокого уровня, является возможность непосредственного изменения данных в ячейках памяти, например с использованием оператором побитового логического И, ИЛИ и Исключающего ИЛИ. Самый простой пример применения операций сдвига это умножение и деление числа на число 2. Рассмотрим результат выполнения следующих трех операторов:
number = 24;
new_number_one = number << 1;
new_number_two = number >> 1;
Допустим, что три используемые в примере переменные определены как int. В первой строке переменной number присваивается значение 24 в десятичной системе счисления. Это же значение в двоичной системе счисления будет равно 00000000 00011000. Результатом действия оператора "<<" будет сдвиг влево на один разряд значения переменной number, т.е. 00000000 00110000 или 48 в десятичной системе счисления. Это значение и будем присвоено переменной new_number_one. В третьей строке оператор ">>" реализует сдвиг вправо числа number. Получится новое двоичное число 00000000 00001100 или 12 в десятичной системе счисления. В результате, значение переменной new_number_one будет равно удвоенному значению переменной number, в то время как переменная new_number_two будет равна поделенному на 2 значению number. С использованием рассматриваемых операторов мы можем также выполнить сдвиг на несколько разрядов, тогда результат операции будет эквивалентен умножению или делению на 2. Например, если n = 3, то после выполнения следующих трех операторов:
number = 24;
new_number_one = number << 3;
new_number_two = number >> 3;
значение переменной new_number_one будет равно 192 (двоичный код 00000000 11000000), а значение переменной new_number_two - 3 (двоичный код 00000000 00000011).
Рассмотрим два других логических оператора: поразрядное логическое И и поразрядное логическое ИЛИ.