Lab2_Операторы и выражения. Лабораторная работа 2 Операторы и выражения Варианты заданий
 Скачать 0.63 Mb.
|
Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 1 Лабораторная работа 2 2. Операторы и выражения Варианты заданий Выполнить задания 1-4 по предложенным вариантам: № Задания 1 2 3 4 Вариант 1 1.I 2.I 3.I 4.I Вариант 2 1.II 2.II 3.II 4.II Вариант 3 1.III 2.III 3.III 4.III Вариант 4 1.I 2.II 3.II 4.I Вариант 5 1.II 2.I 3.III 4.II Вариант 6 1.III 2.II 3.I 4.I Вариант 7 1.I 2.III 3.I 4.II Вариант 8 1.I 2.I 3.II 4.III Вариант 9 1.II 2.III 3.I 4.II Вариант 10 1.III 2.I 3.III 4.I Задание 1. При вычислениях не использовать класс Math. Только операции умножения. I. Дано число x. Вычислите число x 6 при помощи трех операций умножения. II. Дано число x. Вычислите число x 8 при помощи трех операций умножения. III. Дано число x. Вычислите число x 7 при помощи четырех операций умножения. Задание 2. При вычислениях не использовать класс Math. Только арифметические операции. I. Дано натуральное число. Найдите число десятков в его десятичной записи (то есть вторую справа цифру его десятичной записи) II. Дано трехзначное число. Найдите сумму его цифр. III. Присвоить целой переменной d первую цифру из дробной части положительного вещественного числа (так, если х=32.975, то d=9). Задание 3. Приложение вычисляет значение x и выводит его на консоль, где m, n, p, a, b, c, d, e – это имена изменяемых параметров (вводятся пользователем с Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 2 консоли). Вычисление выражения построить так, чтобы минимизировать время его вычисления. Использовать класс Math. Оцените время вычисления выражения в условных единицах (уе), исходя из следующих предположений: присваивание - 1 уе, операции сдвига -2 уе, сложение, вычитание - 3 уе, умножение - 5 уе, деление - 7 уе, вызов стандартной функции - 13 уе. I. 2 2 3 (123 527 * / ) *(123 527 * / ) 856 * * ( lg 6) p p n m a b a b x c d e II. 1/ 2,5 2,5 2 *(12,3 52, 7 * / ) *(12,3 52, 7 * / ) ln( 132,5 sin ) cos( * ) n n n m p a b a b x e d c III. 3 2 (sin( ) cos( * / ) *(sin( ) cos( * / ) lg( * / ) / 2 n m m m p a b c d a b c d x a b c d e Задание 4. (Необходимые для решения задачи значения введите самостоятельно). I. Российские ученые из Сколково разработали ПО для марсохода. Чтобы доставить марсоход с наименьшими затратами, необходимо дождаться 2018 года, когда Марс приблизится к Земле на минимальное расстояние. Т.к. это отечественная разработка, используются исторические, проверенные временем единицы измерения длины. Для правильной доставки необходимо рассчитать минимальное расстояние между Землей и Марсом в аршинах. II. Капитан Джек Воробей всегда точно рассчитывает расстояние до горизонта, пользуясь формулой S = [(R+h) 2 - R 2 ] 1/2 где: R - радиус Земли; h - высота глаз наблюдателя над поверхностью в метрах. Оказавшись на необитаемом острове Кокос, сможет ли он увидеть сушу с самой высокой точки острова. III. Филиальные сети крупных компаний охватывают все бОльшие территории. Однако при открытии офисов в отдаленных районах развивающихся стран многие сталкиваются со слаборазвитой ИТ-инфраструктурой. В этом случае для передачи медиаконтента придумали использовать специально обученных собак, переносящих террабайтные жесткие диски со средней скоростью 12 км/ч. Между каждыми 2-мя офисами курсирует одна собака. К прибытию собаки в офисе успевают накопиться данные, чтобы заполнить диск полностью. На каком расстоянии должны находиться офисы, чтобы сравнительно выгоднее (с точки зрения времени передачи) было передавать данные по оптоволоконной сети со скоростью 1 Гигабит/с. Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 3 Методические указания Оглавление 2. Операторы и выражения ............................................................................................................... 1 Варианты заданий ................................................................................................................................. 1 Методические указания ........................................................................................................................ 3 2.1. Выражения и операции ......................................................................................................... 3 2.2. Выражения в скобках ............................................................................................................. 4 2.3. Инкремент и декремент ........................................................................................................ 5 2.4. Методы .................................................................................................................................. 6 2.5. Арифметические операции ................................................................................................... 7 2.6. Именованные константы ....................................................................................................... 8 2.7. Операции отношения ............................................................................................................ 8 2.8. Логические операции ............................................................................................................ 9 2.9. Класс Math и его функции ..................................................................................................... 9 Код приложений в C# состоит из операторов, состоящих из ключевых слов, выражений и операторов. Для ввода числовых значений используются преобразования класса Convert, либо метода Parse() для каждого из числовых типов. Например: string buf = Console .ReadLine(); //считываем строку – буфер для ввода числа int x1 = Convert .ToInt32(buf); // целое число (1 вариант) int x2 = Int32 .Parse( Console .ReadLine()); // считываем и преобразовываем целое // число сразу (2 вариант) // для вещественных чисел - аналогично double y1 = Convert .ToDouble( Console .ReadLine()); // (1 вариант) double y2 = Double .Parse( Console .ReadLine()); // (2 вариант) Стоит помнить, что в коде в качестве разделителя для вещественного числа выступает точка, а в консоли – запятая. 2.1. Выражения и операции Выражения строятся из операндов - констант, переменных, функций, - объединенных знаками операций и скобками. При вычислении выражения определяется его значение и тип. Большинство операций в языке C#, их приоритет и порядок наследованы из языка C++. Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 4 Приведем таблицу приоритетов операций, в каждой строке которой собраны операции одного приоритета, а строки следуют в порядке приоритетов, от высшего к низшему. Таблица 2.1. Приоритеты операций языка C# Приоритет Категория Операции Порядок 0 Первичные (expr), x.y, x->y, f(x), a[x], x++, x- -, new, typeof(t), checked(expr), unchecked(expr) Слева направо 1 Унарные +, -, !, , ++x, --x, (T)x, sizeof(t) Слева направо 2 Мультипликативные (Умножение) *, /, % Слева направо 3 Аддитивные (Сложение) +, - Слева направо 4 Сдвиг << ,>> Слева направо 5 Отношения, проверка типов <, >, <=, >=, is, as Слева направо 6 Эквивалентность ==, != Слева направо 7 Логическое И (AND) & Слева направо 8 Логическое исключающее ИЛИ (XOR) ^ Слева направо 9 Логическое ИЛИ (OR) | Слева направо 10 Условное логическое И && Слева направо 11 Условное логическое ИЛИ || Слева направо 12 Условное выражение ? : Справа налево 13 Присваивание Склеивание с null =, *=, /=, %=, +=, -=, <<=, >>=, &=, ^=, |= ?? Справа налево 14 Лямбда-оператор => Справа налево Рассмотрим подробнее операции из таблицы 2.1, отнесенные к высшему приоритету и выполняемые в первую очередь. 2.2. Выражения в скобках Любое выражение, взятое в скобки, получает высший приоритет и должно быть вычислено, прежде чем к нему будут применимы какие-либо операции. Скобки позволяют изменить стандартный порядок вычисления выражения и установить порядок, необходимый для вычисления в данном конкретном случае. В сложных выражениях скобки полезно расставлять даже в том случае, если стандартный порядок совпадает с требуемым, поскольку наличие "лишних" скобок зачастую увеличивает наглядность записи выражения. Вот классический пример выражения со скобками: result = (x1 + x2) * (x1 - x2); Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 5 Понятно, что если убрать скобки, то первой выполняемой операцией будет операция умножения и результат вычислений будет совсем другим. Поскольку согласно стандартному порядку выполняются вначале арифметические операции, потом операции отношения, а затем логические операции, то можно было бы не ставить скобки в следующем выражении: bool temp = x1 + x2 > x1 - x2 && x1 - 2 < x2 + 1; Однако для наглядности иногда скобки лучше расставлять: bool temp = ((x1 + x2) > (x1 - x2)) && ((x1 - 2) < (x2 + 1)); 2.3. Инкремент и декремент Операции увеличения и уменьшения на 1 (++ и --). Имеют две формы записи – префиксную и постфиксную. В префиксной форме сначала изменятся операнд, а затем его значение становится результирующим значением выражения, а в постфиксной форме значением выражения является исходное значения операнда, после чего он изменяется. static void Main() { int x = 3, y = 3; Console .WriteLine( "Значение префиксного выражения: {0} \n" , ++x); Console .WriteLine( "Значение постфиксного выражения: {0} \n" , y++); Console .WriteLine( "Значение х после приращения: {0} \n" , x); Console .WriteLine( "Значение у после приращения: {0} \n" , у); } Результат работы программы: Значение префиксного выражения: 4 Значение постфиксного выражения: 3 Значение х после приращения: 4 Значение у после приращения: 4 В справочной системе утверждается, что к высшему приоритету относятся постфиксные операции x++ и x--, это нашло отражение в таблице 2.1. Префиксные операции имеют на единицу меньший приоритет. Следует также заметить, что запись в C# выражения “ --x++ ” приведет к ошибке. Важнее помнить, что хороший стиль программирования рекомендует использовать эти операции только в выражениях, не содержащих других операндов. Еще лучше вообще не использовать их в выражениях, а применять их только как операторы: x++; y--; В этом случае фактически исчезает побочный эффект изменения значения, являющийся опасным средством, и операции используются как краткая запись операторов: x = x + 1; y = y - 1; Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 6 2.4. Методы Для выполнения определенных блоков кода используются методы. Методы бывают двух типов: функции, т.е. методы, возвращающие значения; процедуры – методы, не возвращающие значения. Например, для вывода на консоль используется метод WrileLine() класса Console. Для передачи данных в метод используются параметры метода. Для реализации вызова методов в программе C# без создания экземпляра класса используются т.н. «статические» методы с использованием ключевого слова static. На данном этапе изучения языка будем использовать только статические методы. С помощью ключевого слова static обозначаются также «глобальные» переменные (в кавычках, т.к. данная переменная является глобальной только в пределах текущего класса – в языке C# глобальные переменные отсутствуют по определению). Рассмотрим простой пример программы, вычисляющей квадрат числа, с использованием функции Square() и выводящей значение на консоль. class Program { /// /// Статический метод возведения числа в квадрат /// /// параметр метода /// возвращает целое значение, равное квадрату параметра static int Square( int x) { int res = x * x; return res; //возврат значения } static void Main() { int a=3; int a2 = Square(a); //вызов метода, результат выполнения записывается в переменную a2 Console .WriteLine(a2); } } Значение, возвращаемое методом, записывается после ключевого слова return. Обратите внимание, что в отдельные методы желательно выносить только вычислительную логику программы (формулы циклы, обработку данных). Вывод на консоль реализовывать в методе main. Процедуры описываются с помощью ключевого слова void. Т.е. методы типа void значений не возвращают. Использование статических переменных является признаком плохого тона, поэтому лучше реализовывать передачу значений через методы. Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 7 2.5. Арифметические операции В языке C# имеются обычные для всех языков арифметические операции - "+, -, *, /, %". Все они перегружены. Операции "+" и "-" могут быть унарными и бинарными. Операция деления "/" над целыми типами осуществляет деление нацело, а для типов с плавающей точкой - обычное деление. Операция "%" возвращает остаток от деления нацело и определена не только над целыми типами, но и над типами с плавающей точкой. Тип результата зависит от типов операндов. Приведем пример вычислений с различными арифметическими типами: /// /// Арифметические операции /// static void Ariphmetic() { byte b1 = 7, b2 = 3, b3; b3 = ( byte )(b1 / b2); int n = -7, m = 3, p, q, r; p = n / m; q = n % m; r = p * m + q; Console .WriteLine( "Операции над типом int" ); Console .WriteLine( "n = {0}, m = {1}, p = n/m = {2}, " + "q = n % m = {3}, r = p*m + q = {4}" , n, m, p, q, r); Console .WriteLine( "Операции над типом double" ); double x = 7.5, y = 3.5, u, v, w; u = x / y; v = u * y; w = x % y; Console .WriteLine( "x = {0}, y = {1}, u = x/y = {2}, " + "v = u*y = {3}, w = x % y = {4}" , x, y, u, v, w); Console .WriteLine( "Операции над типом decimal" ); decimal d1 = 7.5M, d2 = 3.5M, d3, d4, d5; d3 = d1 / d2; d4 = d3 * d2; d5 = d1 % d2; Console .WriteLine( "d1 = {0}, d2 = {1}, d3 = d1/d2 = {2}, " + "d4 = d3*d2 = {3}, d5 = d1 % d2 = {4}" , d1, d2, d3, d4, d5); } //Ariphmetica Результаты вычислений показаны на рис. 2.1. Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 8 Рис. 2.1. Результаты работы вызова метода Ariphmetic 2.6. Именованные константы Введение констант уменьшает время вычислений, поскольку константы, заданные выражениями, вычисляются еще на этапе компиляции. Рассмотрим в качестве примера вычисление значений переменных x и y, заданных следующими выражениями: Вычислять эти выражения, точно следуя приведенной записи, не следует. Вот как можно организовать эти вычисления: static void EvalXY( double a, out double x, out double y) { const double C1 = 53.5 * 33 / (37 * 37); const double C2 = 133 + C1, C3 = 1.0 / 3; double t1 = a + C1, t2 = a - C1; x = t1 * t2 / Math .Pow(C2, C3); y = t1 / t2; } Заметьте, константы будут вычислены еще на этапе компиляции, так что для вычисления выражений потребуется 5 арифметических операций и один вызов стандартной функции. Выигрыш кажется незначительным при тех скоростях, которыми обладают компьютеры. Но стоит учесть, что метод EvalXY() может вызываться многократно. И главное - даже не выигрыш во времени вычислений. Более важно, что запись выражения становится простой и позволяет легко обнаруживать ее ошибки. Многие из студентов совершают типичную ошибку, записывая, например, выражение для вычисления x следующим образом: x = t1 * t2 / Math .Pow(133 + C1, 1 / 3); Ошибка связана с вычислением второго аргумента функции возведения в степень Pow. Здесь применяется операция деления, операнды которой - целые числа, потому результат деления нацело будет равен нулю. Обнаружить ошибку студенты могут далеко не сразу. В процедуре EvalXY ошибка становится видна мгновенно, стоит только взглянуть на значения констант, вычисленных еще на этапе компиляции. 2.7. Операции отношения Операции отношения стоит просто перечислить, в объяснениях они не нуждаются. Всего операций 6 (==, !=, <, >, <=, >= ), все они возвращают результат логического типа bool. Операции перегружены, так что их операнды могут быть разных типов. Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 9 Понятно, что перед вычислением отношения может потребоваться преобразование типа одного из операндов. Следует обратить внимание на запись отношения эквивалентности, задаваемое двумя знаками равенства. Типичной ошибкой является привычная для математики запись: if (a = b) //неправильно! Выражение в скобках синтаксически корректно и воспринимается, как запись операции присваивания, допустимой в выражениях. К счастью, в большинстве случаев возникнет ошибка на этапе компиляции при попытке преобразования значения операнда b к типу bool. Но, если a и b - переменные логического типа, то никаких сообщений об ошибке выдаваться не будет, хотя результат выполнения может быть неправильным. 2.8. Логические операции Логические операции в языке C# делятся на две категории: одни выполняются только над операндами типа bool, другие - как над булевскими, так и над целочисленными операндами. Операций, которые выполняются только над операндами булевского типа, три ( !, &&, ||). Высший приоритет среди этих операций имеет унарная операция отрицания ! x, которая возвращает в качестве результата значение, противоположное значению выражения x. Поскольку неявных преобразований типа к типу bool не существует, то выражение x задается либо переменной булевского типа, либо, как чаще бывает, выражением отношения. Возможна ситуация, когда некоторое выражение явным образом преобразуется к булевскому типу. Следующая по приоритету бинарная операция (x && y) называется конъюнкцией, операцией "И" или логическим умножением. Она возвращает значение true в том и только в том случае, когда оба операнда имеют значение true. В остальных случаях возвращается значение false. Следующая по приоритету бинарная операция (x || y) называется дизъюнкцией, операцией "ИЛИ" или логическим сложением. Она возвращает значение false в том и только в том случае, когда оба операнда имеют значение false. В остальных случаях возвращается значение true. 2.9. Класс Math и его функции Кроме переменных и констант, первичным материалом для построения выражений являются функции. Большинство их в проекте будут созданы самим программистом, но не обойтись и без встроенных функций. Умение работать в среде Visual Studio .Net предполагает знание встроенных возможностей этой среды, знание возможностей каркаса Framework .Net, пространств имен, доступных при программировании на языке C#, а также соответствующих встроенных классов и функций этих классов. Продолжим знакомство с возможностями, предоставляемыми пространством имен System. В первой лабораторной мы уже познакомились с классом Convert этого пространства и частично с классом Console. Давайте рассмотрим еще один класс – класс Math, содержащий стандартные математические функции, без которых трудно обойтись при построении Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 10 многих выражений. Этот класс содержит два статических поля, задающих константы E и PI, а также 23 статических метода. Методы задают: тригонометрические функции - Sin, Cos, Tan; обратные тригонометрические функции - ASin, ACos, ATan, ATan2 (sinx, cosx); гиперболические функции - Tanh, Sinh, Cosh; экспоненту и логарифмические функции - Exp, Log, Log10; модуль, корень, знак - Abs, Sqrt, Sign; функции округления - Ceiling, Floor, Round; минимум, максимум, степень, остаток - Min, Max, Pow, IEEERemainder. Описание методов и полей класса приведено в таблице 2.2. Таблица 2.2. Основные поля и статические методы класса Math Имя Описание Результат Пояснения Abs Модуль Перегружен | x | записывается как Abs(x) Acos Арккосинус double Acos(double x) Asin Арксинус double Asin(double x) Atan Арктангенс double Atan2(double x , double y) — угол, тангенс которого есть результат деления y на x BigMul Произведение long BigMul(int x , int y) Ceiling Округление до большего целого double Ceiling(double х) Cos Косинус double Сos(double x) Cosh Гиперболический косинус double Cosh(double x) DivRem Деление и остаток Перегружен DivRem(x , y , rem) E База натурального логарифма (число е) double 2,71828182845905 Exp Экспонента double e x записывается как Exp(x) Floor Округление до меньшего целого double Floor(double х) IEEERemainder Остаток от деления double IEEERemainder(double x , double y) Log Натуральный логарифм double log e x записывается как Log(x) Log10 Десятичный логарифм double log 10 x записывается как Log10(x) Max Максимум из двух чисел Перегружен Max(x , y) Min Минимум из двух чисел Перегружен Min(x , y) PI Значение числа double 3,14159265358979 Pow Возведение в степень double x y записывается как Pow(x, y) Round Округление Перегружен Round(3.1) даст в результате 3 Round (3.8) даст в результате 4 Sign Знак числа int Аргументы перегружены Sin Синус double Sin(double x) Sinh Гиперболический синус double Sinh(double x) Sqrt Квадратный корень double x записывается как Sqrt(x) Tan Тангенс double Tan(double x) Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 11 Tanh Гиперболический тангенс double Tanh(double x) Далее приведен пример применения методов класса Math. using System; namespace ConsoleApplication1 { class Class1 { static void Main() { Console .Write( "Введите х: " ); double x = double .Parse( Console .ReadLine()); Console .Write( "Введите y: " ); double y = double .Parse( Console .ReadLine()); Console .WriteLine( "Максимум из х и y : " + Math .Max(x, y)); double z = Math .Pow( Math .Sin(x), 2) + Math .Pow( Math .Sin(y), 2); Console .WriteLine( "Сумма квадратов синусов х и y : " + z); } } } Лабораторная работа 2. Операторы и выражения. DK’2016 12 Источники: 1. Биллиг В. Основы программирования на С#. Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/2247/18/info 2. Павловская Т.А. Программирование на C#. Учебный курс. Режим доступа: http://ips.ifmo.ru/courses/csharp/index.html |