Выражения и операции

Проект к данной лекции Вы можете скачать здесь.

Выражения

Выражения строятся из операндов - констант, переменных, функций, - объединенных знаками операций и скобками. При вычислении выражения определяется его значение и тип. Эти характеристики выражения однозначно определяются значениями и типами операндов, входящих в выражение, и правилами вычисления выражения. Правила задают:

• приоритет операций,
• для операций одного приоритета порядок применения - слева направо или справа налево;
• преобразование типов операндов и выбор реализации для перегруженных операций;
• тип и значение результата выполнения операции над заданными значениями операндов определенного типа.

Приоритет и порядок выполнения операций

Большинство операций в языке C#, их приоритет и порядок наследованы из языка C++. Однако имеются и различия: например, нет операции " , ", позволяющей вычислять список выражений; добавлены операции checked и unchecked, применимые к выражениям.

Как это обычно делается, приведем таблицу приоритетов операций, в каждой строке которой собраны операции одного приоритета, а строки следуют в порядке приоритетов, от высшего к низшему.

Перегрузка операций и методов

Под перегрузкой операции понимается существование нескольких реализаций одной и той же операции. Например, операция со знаком "+" выполняется по-разному в зависимости от того, являются ли ее операнды целыми числами, длинными целыми, целыми с фиксированной или плавающей точкой или строками текста.

Нужно понимать, что операции - это частный случай записи методов класса. Методы класса, так же как и операции, могут быть перегружены. Метод класса называется перегруженным, если существует несколько реализаций этого метода. Перегруженные методы имеют одно и то же имя, но должны отличаться своей сигнатурой. Сигнатуру метода составляет список типов формальных аргументов метода. Так что два метода класса с одним именем, но отличающиеся, например, числом параметров, имеют разную сигнатуру и удовлетворяют требованиям, предъявляемым к перегруженным методам.

Большинство операций языка C# перегружены - одна и та же операция может применяться к операндам различных типов. Поэтому прежде чем выполнять операцию, проводится поиск реализации, подходящей для данных типов операндов. Замечу, что операции, как правило, выполняются над операндами одного типа. Если же операнды разных типов, то предварительно происходит неявное преобразование типа одного из операндов. Оба операнда могут быть одного типа, но преобразование типов может все равно происходить - по той причине, что для заданных типов нет соответствующей перегруженной операции. Такая ситуация достаточно часто возникает на практике, поскольку, например, операция сложения не определена для младших подтипов арифметического типа. Если для данных типов операндов нет подходящей реализации операции и невозможно неявное приведение типов операндов, то, как правило, эта ошибка обнаруживается еще на этапе компиляции.

Преобразования типов

Каждый объект (переменная), каждый операнд при вычислении выражения, само выражение характеризуется парой , задающей значение выражения и его тип. В процессе вычислений зачастую возникает необходимость преобразования типов - необходимость преобразовать пару к паре . Исходная пара называется источником преобразования, заключительная - целью преобразования.

Необходимость в подобных преобразованиях возникает, как уже отмечалось, по ходу вычисления выражения при приведении операндов к типу, согласованному с типом операции. Преобразование типов необходимо в операторах присваивания, когда тип выражения правой части оператора приводится к типу, заданному левой частью этого оператора. Семантика присваивания имеет место и при вызове методов в процессе замены формальных аргументов метода фактическими параметрами. И здесь необходимо преобразование типов.

Преобразования типов можно разделить на безопасные и опасные. Безопасное преобразование - это преобразование, для которого гарантируется, что:

• оно выполнимо для всех возможных значений источника ,
• в процессе преобразования не происходит потери точности, то есть точность задания соответствует точности задания .

Преобразование, для которого не выполняется хотя бы одно из этих условий, называется опасным. Достаточным условием существования безопасного преобразования является, например, условие того, что тип является подтипом типа . Действительно, в этом случае любое значение источника является одновременно и допустимым значением цели. Так, преобразование от типа int к типу double является безопасным. Обратное преобразование, естественно, будет опасным.

Некоторые преобразования типов выполняются автоматически. Такие преобразования называются неявными, и они часто встречаются при вычислении выражений. Очевидно, что неявными могут быть только безопасные преобразования. Любое опасное преобразования должно явно задаваться самим программистом, который и берет на себя всю ответственность за выполнение опасного преобразования.

Существуют разные способы выполнения явных преобразований - операция кастинга (приведение к типу), методы специального класса Convert, специальные методы ToString, Parse. Все эти способы будут рассмотрены в данной лекции.

Поясним, как выполняются неявные преобразования при вычислении выражения. Пусть при вычислении некоторого выражения необходимо выполнить сложение , где имеет тип double, а - int. Среди многочисленных реализаций сложения есть операции, выполняющие сложение операндов типа int и сложение операндов типа double, так что при выборе любой из этих реализаций сложения потребуется преобразование типа одного из операндов. Поскольку преобразование типа от int к double является безопасным, а в другую сторону это преобразование опасно, то выбирается безопасное преобразование, выполняемое автоматически, второй операнд неявно преобразуется к типу double, выполняется сложение операндов этого типа, и результат сложения будет иметь тип double.

Организация программного проекта ConsoleExpressions

Как обычно, все примеры программного кода, появляющиеся в тексте, являются частью программного проекта. Опишу структуру используемого в этой лекции консольного проекта, названного ConsoleExpressions. Помимо созданного по умолчанию класса Program, в проект добавлены два класса с именами TestingExpressions и Scales. Каждый из методов класса TestingExpressions представляет тест, который позволяет анализировать особенности операций, используемых при построении выражений, так что этот класс представляет собой сборник тестов. Класс Scale носит содержательный характер, демонстрируя работу со шкалами, о которых пойдет речь в этой лекции. Чтобы иметь возможность вызывать методы этих классов, в процедуре Main класса Program объявляются и создаются объекты этих классов. Затем эти объекты используются в качестве цели вызова соответствующих методов. Общая схема процедуры Main и вызова методов класса такова:

static void Main(string[] args)
  {
      string answer = "Да";
      do
      {
          try
          { 
		     TestingExpressions test = new TestingExpressions();
              test.Casting();
              //Вызов других методов
              …
          }
          catch (Exception e)
          {
              Console.WriteLine(
                  "Невозможно нормально продолжить работу!");
              Console.WriteLine(e.Message); 
          }
       Console.WriteLine("Продолжим работу? (Да/нет)");
          answer = Console.ReadLine();                    
      } while (answer == "Да" || answer == "да" || answer == "yes"); 
  }

Всякий раз, когда в тексте лекции нужно будет привести пример кода, будет приводиться либо полный текст вызываемого метода, например, метода Casting, либо отдельный фрагмент метода.