Побитовые операции

Побитовые операции (bitwise operators) выполняются над двоичными разрядами операндов. Унарная операция побитовое НЕ(или побитовое отрицание, или побитовое дополнение) меняет каждый разряд операнда на противоположный. Бинарные операции побитовое И, побитовое ИЛИ и побитовое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ выполняют соответствующую двоичную операцию поразрядно над левым и правым операндами. Если операнды числовые, то они преобразуются в целые числа, имеющие гарантированную длину не менее 32 разрядов.

~ побитовое НЕ (~ 0b1101 даст результат 0b0010)
& побитовое И (0b1010 & 0b0110 даст результат 0b0010)
| побитовое ИЛИ (0b1010 | 0b0110 даст результат 0b1110)
^ побитовое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ ( 0b1010 ^ 0b0110 даст 0b1100)

Эти операции могут выполняться над строками. При этом выполняются поразрядные операции над соответствующими битами двух строк, и считается, что более короткая строка дополняется в конце нулевыми разрядами до размера длинной.

Операции сдвига

Бинарные побитовые операции сдвига выполняются над двоичными разрядами целого числа: значение левого операндапоразрядно сдвигается влево или вправо на число разрядов, указанное правым операндом. При этом освобождающиеся двоичные разряды заполняются нулями.

<< побитовый сдвиг влево (0b1010 << 2 даст результат 0b101000)
>> побитовый сдвиг вправо (0b1010 >> 3 даст результат 0b000001)

Строковые операции

В Perl есть бинарные операции, применяемые только к строкам: конкатенация (или сцепление) двух строк, обозначаемая символом "точка", и репликация (или повторение), обозначаемая латинской строчной буквой "x", поскольку в результате этой операции строка "умножается" указанное число раз.

. конкатенация (например, 'X' . '=' . '25' даст строку 'X=25')
x репликация (например, 'Дa!' x 3 даст в результате строку 'Дa!Дa!Дa!')

Операция сцепления создает строковый контекст. Поэтому если ее операнды - числа, то они преобразуются в строки, например:

'100' . '3' даст в результате строку '1003'
100 . 3 тоже даст в результате строку '1003'

В левой части операции повторения ожидается строка, а в правой - число повторений. Если в правой части операции повторения стоит строка, то она преобразуется к числу. Причем, если правый операнд операции повторения - дробный, то берется его целое значение, а если он отрицательный или равен нулю, то результатом повторения будет пустая строка:

100 x 3 даст в результате строку '100100100'
100 x 3.9 даст в результате строку '100100100'
100 x 0 или 100 x .1 или 100 x 'x3' даст в результате пустую строку ''
100 x -20 даст в результате пустую строку ''

Рассмотренная ранее операция автоинкремента может особым образом применяться к строкам, состоящим только из латинских букв и цифр. Для таких строк выполняется увеличение значения каждого символа, начиная с правого, с переносом разрядов влево, как у чисел. При этом символ 'a' становится 'b', 'b' становится 'c' и так далее, а 'z' становится 'a' с увеличением значения символа слева. Следующие примеры поясняют сказанное:

$s = 'xzz'; $s++; даст в результате строку 'yaa'
$s = 'XZZ'; $s++; даст в результате строку 'YAA'
$s = 'xy9'; $s++; даст в результате строку 'yz0'

При этом операция автодекремента, примененная к символьным строкам, не обладает "магическим" действием: буквенная строка, как обычно, преобразуется к нулю, который уменьшается на единицу.

Операции присваивания

В Perl присваивание является бинарной операцией. Ее левым операндом может быть переменная или другая конструкция языка, в которой можно хранить значение. Такая конструкция называется Lvalue ("L-значение", от английского left value), то есть "стоящая в левой части присваивания". Правым операндом может быть любое выражение, а значением выражения присваивания будет значение левого операнда. Например:

$num = 5 * 5
$str = 'Happy New Year!'

Поскольку присваивание - это обычная операция, она может участвовать в выражении не один раз, при этом вычисление происходит справа налево:

$n1 = $n2 = 25; # иначе говоря: $n2 = 25; $n1 = $n2;

Подобно языку C, в Perl имеются составные операции присваивания, совмещающие вычисление результата операции над левым и правым операндами с присваиванием этого результата левому операнду. То есть обычную запись присваивания результата операции переменной

переменная = переменная операция выражение

можно записать в сокращенной форме с использованием составного присваивания:

переменная операция= выражение

В записи составных операций между знаком операции и знаком равенства не должно быть пробела. Вот список допустимых составных операций присваивания с примерами использования:

**= присвоить результат возведения в степень ($n **= 3)
*= увеличить в ($n *= 4 значит увеличить $n в 4 раза)
/= уменьшить в ($n /= 5 значит уменьшить $n в 5 раз)
%= присвоить остаток от деления на ($n %= 6)
+= увеличить на (например, $n += 7 значит прибавить к $n число 7)
-= уменьшить на (например, $n -= 8 значит вычесть из $n число 8)
&&= И с присваиванием ($n &&= 2 значит присвоить $n=2, если $n истинно)
||= ИЛИ с присваиванием ($n ||= 2 т.е. присвоить $n=2, если $n ложно)
&= И с присваиванием ($n &= 2 значит выполнить над $n операцию &2)
|= ИЛИ с присваиванием ($n |= 2 т. е. выполнить над $n операцию |2)
^= ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с присваиванием ($n ^= 2 т. е. $n =$n ^ 2)
<<= сдвинуть влево и присвоить ($n<<=2 значит сдвинуть $n на 2 разряда влево)
>>= сдвинуть вправо и присвоить ($n>>=2 т. е. сдвинуть $n на 2 разряда вправо)
.= сцепить и присвоить ($n .= '2' значит сцепить $n с '2')
x= повторить и присвоить ($n x= 2 значит сцепить $n с собой 1 раз)

Составные операции присваивания привлекают программистов компактной формой записи и тем, что они часто выполняются более эффективно.

Операции управления вычислениями

Кроме логических операций, управляющих вычислением выражений, в Perl есть другие операции, которые управляютвычислением нескольких выражений. Это операция "запятая", (или операция вычисления последовательности выражений) которая вычисляет сначала свой левый, а затем правый операнд. При этом значением выражения с этой операцией будет значение правого операнда, хотя это значение часто просто отбрасывается. Операция "запятая" применяется там, где по правилам языка должно быть одно выражение, но при этом нужно выполнить несколько вычислений. Например:

$row++, $col++ # увеличить значения двух счетчиков 
$a = rand 5, $b = int $a # присвоить $a случайное число 
$x+=1, $y=5, $z=$x/$y # то же, что ($x+=1, $y=5), $z=$x/$y

Операция выбора (или условная операция) - это единственная в Perl тернарная операция, в которой участвуют три операнда. Первый операнд - условное выражение, определяющее результат операции: если первый операнд истинный, то результатом будет значение второго операнда, иначе - значение третьего операнда. После первого операнда ставится знак вопроса, а после второго - двоеточие. Например:

($n < 0) ? 0 : --$n
$temperature < 20 ? 'холодно' : 'тепло'

Прочие операции

Перечень операций в языке Perl не ограничивается рассмотренными в этой лекции. По мере изучения других разделов будут описаны другие, более специализированные операции. Например, нам наверняка понадобится операция чтения строки из стандартного входного потока (обычно связанного с системной консолью). Она обозначается символами <> и по- английски называется diamond, что на русский лучше всего перевести как "кристалл" (хотя встречается русское название "ромб"). Эта операция считывает очередную строку и возвращает ее значение:

$line = <> # считать в $line строку из стандартного ввода

В следующих лекциях продолжится разговор об особенностях применения уже изученных и новых операций при работе в разных ситуациях и с другими структурами данных.

Приоритеты и ассоциативность операций

Очередность выполнения операций в выражении определяется их приоритетами и ассоциативностью, но она может быть изменена с помощью скобок. Приоритет определяет порядок вычисления операций в выражении: операции с более высоким приоритетом вычисляются раньше. Например, приоритет у операций умножения и деления выше, чем у сложения и вычитания.Ассоциативность определяет порядок вычислений, если в выражении используются операции с одинаковыми приоритетами. Операции с ассоциативностью слева вычисляются обычным образом, слева направо. Но из двух операций, имеющихассоциативность справа, первой вычисляется стоящая справа. Например:

$a ** $b ** $c # ассоциативность справа, т.е. $a**($b**$c)
$a * $b / $c # ассоциативность слева, т.е. ($a * $b) / $c
$a && $b && $c # ассоциативность слева, т.е. ($a && $b) && $c
$a = $b = $c # ассоциативность справа, т.е. $a = ($b = $c)
$a | $b ^ $c # ассоциативность слева, т.е. ($a | $b) ^ $c

В таблице 3.2 приводится полный список операций, перечисленных в порядке убывания приоритетов, с указанием их ассоциативности. В этой таблице даны все операции языка Perl, в том числе и не рассмотренные в этой лекции. Многие из них будут изучены в следующих лекциях.

Таблица 3.2. Ассоциативность и приоритет операций (от высокого к низкому).

Ассоциативность	Приоритет	Операция
Слева	24	термы и операции над списками (справа налево)
Слева	24	-> (вызов метода, разыменование)
Не ассоциативные	22	++ -- (автоинкремент, автодекремент)
Справа	21	** (возведение в степень)
Справа	20	! ~ \ + - (логическое НЕ, побитовое отрицание, операция ссылки, унарный плюс, унарный минус)
Слева	19	=~ !~ (привязка к шаблону: совпадение, несовпадение)
Слева	18	* / % х (умножение, деление, деление по модулю, повторение строки)
Слева	17	+ - . (сложение, вычитание, конкатенация строк)
Слева	16	<< >> (побитовый сдвиг влево или вправо)
Не ассоциативные	15	именованные унарные операции и операции над файлами
Не ассоциативные	14	< >    (меньше, больше, меньше или равно, больше или равно и ихстроковые эквиваленты)
Не ассоциативные	13	== != <=> eq ne cmp (равно, не равно, сравнение и их строковые эквиваленты)
Слева	12	& (побитовое И)
Слева	11	| ^ (побитовое ИЛИ, побитовое исключающее ИЛИ)
Слева	10	&& (логическое И)
Слева	9	|| (логическое ИЛИ)
Не ассоциативные	8	.. ... (не включающие или включающие граничные значения диапазоны)
Справа	7	?: (операция выбора или условная операция)
Справа	6	= += -= *= и т. д. (присваивание и присваивание с вычислением)
Слева	5	, => (запятая и запятая-стрелка)
Не ассоциативные	4	операции над списками (слева направо)
Справа	3	not (логическое НЕ)
Слева	2	and (логическое И)
Слева	1	or xor (логическое ИЛИ, логическое исключающее ИЛИ)

В Perl имеется большое количество операций, в том числе и весьма экзотических. Поэтому, если возникает сомнение в порядке ихвычислений, то всегда можно использовать скобки для управления очередностью вычислений в выражении.

Понимание изложенного в этой лекции материала о скалярных операциях совершенно необходимо для разработки программ наPerl, хотя запоминать все приведенные здесь операции совершенно излишне. Операции и выражения являются основой для освоения материала о синтаксических правилах языка Perl, о которых пойдет речь в следующей лекции.