Оператор в программировании

Оператор в программировании — это команда, обозначающая определенное математическое или логическое действие, выполняемое с данными (операндами). Является минимальным автономным элементом компьютерной программы. По сути любая компьютерная программа представляет собой последовательность операторов. Близким аналогом операторов в естественных языках являются фразы или предложения, из которых состоит текст. 

Каждый оператор имеет свое написание (синтаксис) и семантику (содержание, смысл). В зависимости от конкретного языка синтаксис оператора может существенно различаться, хотя в целом для обозначения той или иной операции используются символы, имеющие аналогичное или похожее значение в математике или формальной логике. 

Зачем нужны операторы в программировании?

Компьютерная программа представляет собой алгоритм, то есть последовательность определенных действий с данными. Ее создает человек, но исполняет компьютер, поэтому она должна быть понятна им обоим. Поэтому просто описать определенную операцию, скажем, присваивания значения переменной обычным (естественным) языком, хоть и теоретически возможно, на практике очень неудобно. Для человека такой код будет очень громоздким и сложно воспринимаемым настолько, что написание сколько-нибудь большой программы станет невозможным. А чтобы код воспринимался компьютером, придется разработать сложный компилятор для его перевода на машинный язык.  

Поэтому для обозначения операций в программировании были взяты символы, используемые в аналогичных языках в математических выражениях и формальной логике. Именно они стали основой для синтаксиса операторов в абсолютном большинстве современных ЯП. Таким образом, операторы в программировании выполняют следующие функции:

• упрощают и сокращают код, делают его более понятным человеческому восприятию;
• обозначают определенную операцию с данными таким образом, чтобы ее можно было легко перевести на машинный код.

Среди дополнительных преимуществ использования операторов можно выделить простое восприятие программы человеком независимо от того, носителем какого естественного языка он является. Это достигается за счет универсальности математических и логических символов. 

Общее свойство операторов

Все операторы в программировании имеют одно общее свойство — они исполняются. То есть по своей сути они являются инструкциями, которым должен следовать компьютер, чтобы определенным образом обработать данные и выполнить программу. При этом сам оператор является чистой математической или логической абстракцией, под ним не подразумевается каких-либо конкретных объектов вроде ячеек памяти. На протяжении всего исполнения программы он остается в неизменном виде — зато изменяются данные, содержащиеся в памяти компьютера. Иными словами, эти изменения информации и являются исполнением команды, обозначенной оператором.  

Виды операторов в программировании

В различных языках программирования имеются свои системы операторов и операций. Но в целом их можно классифицировать, разделив на несколько основных типов. 

Оператор присваивания. Он используется в том случае, когда необходимо присвоить определенное значение переменной. То есть показать программе, что в данной ячейке памяти, обозначенной именем, лежат конкретные данные, которые нужно будет использовать в процессе исполнения кода. В большинстве языков программирования алгоритм присваивания использует знак равенства. Например, на языке Python данная операция выглядит следующим образом:

х = 365, где х — это имя переменной, 365 — ее значение, а «=» — знак присваивания. 

Арифметические операторы. Это группа операторов, обозначающих математические действия с данными. В большинстве языков программирования они обозначаются символами, использующимися в том же значении в обычных арифметических управлениях, хотя некоторые из них могут иметь собственное обозначение — например:

• «-» — вычитание;
• «+» — сложение;
• «*» — умножение;
• «/» — деление без остатка;
• «—» — уменьшение;
• «++» — увеличение.

Два последних оператора из этого списка используются в языке С и обозначают уменьшение или увеличение операнды на 1. В других ЯП эта операция записывается, например, следующим образом: х = х + 1 или х = х – 1.

Логические операторы. Они помогают установить отношения между различными данными и/или обозначить условия, при которых будут выполняться какие-либо действия. Ключевой концепцией для их понимания является соотношение «правда/ложь» (true/false). Логические операторы по своей семантике и синтаксису базируются на формальной логике. В различных языках программирования их обозначение бывает разным, причем не только символьным, но и буквенным — например:

• Оператор «И» сравнивает несколько значений друг с другом и выдает результат «истина/ложь», от которого зависит дальнейшее выполнение программы. Результат «истина» возможен только в том случае, когда все значения истинны. Обозначается словом «and» или знаками &, &&. 
• Оператор «ИЛИ» также сравнивает несколько значений друг с другом. Отличается от предыдущего тем, что выдает результат «ложь» только в том случае, когда все сравниваемые значения ложные. Обозначается словом «or», знаком ||.
• Оператор «НЕ» предназначен для замены значения на противоположное, то есть «истина» на «ложь» и наоборот. В программировании обозначается восклицательным знаком «!».

Операторы сравнения. Они часто используются в связке с логическими операторами для сравнения различных значений друг с другом, результатом чего является результат «истина/ложь». Например, в языке С они обозначаются следующими символами:

• «>» — больше;
• «<» — меньше;
• «>=» — больше или равно;
• «<=» — меньше или равно;
• «==» — равно;
• «!=» — не равно.

Помимо этих основных операторов в программировании используются и другие, причем в зависимости от языка их набор может существенно различаться, что влияет на возможности ЯП и гибкость написанного на нем кода. Часто в одном и том же языке сосуществуют операторы, обозначаемые словом или символом. Например, в языке Pascal наряду с символьным оператором присваивания «:=» присутствует оператор безусловного перехода «goto», записанный буквами латинского алфавита. 

Все указанные выше команды являются простыми, то есть обозначающими одну конкретную операцию с данными. Помимо них в программировании используются составные операторы, то есть состоящие из нескольких простых. Соответственно, они имеют специальные обозначения для корректного написания в программе:

• Границы составного оператора могут обозначаться в различных языках фигурными скобками (в С или С++), словами «begin» и «end».
• Разделителем, отделяющим друг от друга простые операторы, входящие в состав сложного.

Составные операторы впервые появились в языке Алгол, из которого были унаследованы многими другими ЯП, такими как Pascal, C, C++ и т. д. Они позволяют использовать несколько операторов там, где ожидается применение одного — например, в операциях ветвления. Составные операторы позволяют упростить программный код и упорядочить его исполнение. Пример написания составного условного оператора «switch» (заменяющего множество простых операторов «if» на языке С:

switch(ii)

   {

   case 1: Buf_1[Pok-f+i]= Prognoz;  break;

   case 2: Buf_2[Pok-f+i]= Prognoz;  break;

   case 3: Buf_3[Pok-f+i]= Prognoz;  break;

   }

По своему назначению в структуре программы операторы можно разделить на следующие основные типы:

Операторы выбора. Они используются в тех случаях, когда программа подразумевает выбор из некоторого числа значений, в зависимости от которых происходит ее дальнейшее исполнение или неисполнение. Иными словами, они обозначают ветвление алгоритма. Типичным примером является оператор «if» в языке С, который разделяет программу на два сценария в зависимости от того, исполняется или нет указанное в нем условие. 

Операторы цикла. С помощью таких операторов в программе обозначаются операции, выполняемые многократно (циклы). Они тоже содержат условия или параметры, при соблюдении которых цикл повторяется. В языке Pascal таким оператором является «while». Например, конструкция «while B do S» в переводе на естественный язык означает, что пока значение логического выражения (условия) B истинно, программа будет исполнять цикл S до тех пор пока B не станет ложным. В зависимости от того, как используется условие, операторы цикла можно разделить на 3 группы:

• с предусловием — то есть условием, соблюдение которого необходимо для осуществления цикла;
• В операторе с постусловием ситуация обратная — при выполнении условия цикл завершится;
• В операторе с параметром (переменной) вводится изменяемое значение, которое определяет конечное количество повторений цикла.

Операторы вызова процедуры. Под процедурами в программировании подразумевается подпрограмма (функциональный блок, входящий в основную программу). Фактически оператор вызова процедуры инициирует ее начало и определяет завершение по достижении нужных результатов. Таким образом, он позволяет сделать программу более понятной, а ее исполнение — последовательным и безошибочным. 

Операторы перехода. Они перенаправляют исполнение программы к определенному фрагменту кода, помеченному специальной меткой. Операторы перехода позволяют создавать работающие алгоритмы со сложной структурой. Типичным примером такого оператора в языке Pascal является безусловный оператор «goto». Помимо него есть также оператор прерывания цикла «break» или досрочного завершения его текущей операции «continue», прерывания всей программы «exit» и т. д. Подобные операторы присутствуют и в других языках программирования, таких как С, С++, Java и т. д.

Порядок исполнения операторов

Для правильного использования операторов в программировании важно правильно задать последовательность их исполнения. Стандартным является вариант, когда простые и сложные операторы исполняются последовательно сверху вниз (если они расположены на разных строках) и справа налево (в одной строке). Так они и должны быть отражены в коде программы. Простые операторы, входящие в состав сложного (множественного), исполняются по тому же принципу. Однако такой принцип последовательности не единственный: в некоторых языках программирования есть возможность настроить его более гибко. Это зачастую ведет к усложнению структуры программы.

Таким образом, операторы в программировании являются одной из важнейших составляющих кода, минимальной функциональной единицей, без которой невозможно исполнение даже самой простой программы. Для их эффективного применения необходимо четко соблюдать правила синтаксиса, предусмотренные в конкретном языке, понимать смысл выполняемых операций и правильно задавать последовательность их исполнения.