ภาษา C: คู่มือฉบับสมบูรณ์เรื่องตัวดำเนินการ

By 佐川 直弘 | Naohiro Sagawa (運営者)

※記事内に広告を含みます。Amazonアソシエイトとして適格販売により収入を得ています。　

1. บทนำ

ภาษา C ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการเขียนโปรแกรมระบบและการพัฒนาระบบสมองกลฝังตัว โดยที่ตัวดำเนินการเป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับการดำเนินการขั้นพื้นฐาน บทความนี้จะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับตัวดำเนินการในภาษา C ตั้งแต่การใช้งานพื้นฐานไปจนถึงการประยุกต์ใช้ การจัดการข้อผิดพลาด และวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพ การทำความเข้าใจตัวดำเนินการให้ลึกซึ้งจะช่วยให้เขียนโปรแกรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันการเกิดข้อผิดพลาด และเขียนโค้ดที่มีประสิทธิภาพดีขึ้น

นอกจากนี้ ในส่วนหลัง เราจะอธิบายเทคนิคการจัดการข้อผิดพลาดและการเพิ่มประสิทธิภาพของตัวดำเนินการ พร้อมทั้งให้ความรู้ที่เป็นประโยชน์สำหรับการพัฒนาจริง ด้วยบทความนี้ คุณจะสามารถใช้งานตัวดำเนินการในภาษา C ได้อย่างมั่นใจ

2. พื้นฐานและประเภทของตัวดำเนินการ

ตัวดำเนินการคืออะไร?

ตัวดำเนินการคือสัญลักษณ์ที่ใช้ในการจัดการข้อมูลในภาษา C ในภาษา C มีตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์ ตัวดำเนินการกำหนดค่า ตัวดำเนินการเปรียบเทียบ ตัวดำเนินการตรรกะ และอื่นๆ ซึ่งสิ่งเหล่านี้มีความจำเป็นในการสร้างตรรกะของโปรแกรม

ตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์

ตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์เป็นตัวดำเนินการสำหรับการคำนวณตัวเลขขั้นพื้นฐาน

 
• + (การบวก): a + b → บวกตัวเลขสองตัว

 

• - (การลบ): a - b → ลบตัวเลขสองตัว

 

• * (การคูณ): a * b → คูณตัวเลขสองตัว

 

• / (การหาร): a / b → หารตัวเลขสองตัว

 

• % (การหารเอาเศษ): a % b → คืนค่าเศษที่ได้จากการหาร a ด้วย b

ตัวดำเนินการกำหนดค่า

ตัวดำเนินการกำหนดค่าใช้สำหรับกำหนดค่าให้กับตัวแปร

 
• = (การกำหนดค่า): a = 5 → กำหนดค่า 5 ให้กับตัวแปร a

 

• += (การบวกแล้วกำหนดค่า): a += 2 → บวก 2 เข้ากับ a แล้วกำหนดผลลัพธ์ให้กับ a

 

• -= (การลบแล้วกำหนดค่า): a -= 1 → ลบ 1 ออกจาก a แล้วกำหนดผลลัพธ์ให้กับ a

ตัวดำเนินการเปรียบเทียบ

ตัวดำเนินการเปรียบเทียบใช้เปรียบเทียบค่าสองค่าและคืนค่าจริง (true) หรือเท็จ (false)

 
• == (เท่ากับ): a == b → คืนค่าจริงถ้า a เท่ากับ b

 

• != (ไม่เท่ากับ): a != b → คืนค่าจริงถ้า a ไม่เท่ากับ b

 

• > (มากกว่า): a > b → คืนค่าจริงถ้า a มากกว่า b

ตัวดำเนินการตรรกะ

ตัวดำเนินการตรรกะใช้ในการรวมเงื่อนไขหลายๆ อย่างเพื่อตัดสินใจ

 
• && (ตรรกะ AND): a && b → คืนค่าจริงถ้าทั้ง a และ b เป็นจริง

 

• || (ตรรกะ OR): a || b → คืนค่าจริงถ้า a หรือ b อย่างใดอย่างหนึ่งเป็นจริง

ตัวดำเนินการ sizeof

ตัวดำเนินการ sizeof ใช้คำนวณขนาดที่ตัวแปรหรือชนิดข้อมูลใช้ในหน่วยความจำ มีประโยชน์อย่างยิ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้หน่วยความจำของโครงสร้าง (struct) หรืออาเรย์

int size = sizeof(int);  // ชนิดข้อมูล int มักใช้ 4 ไบต์

นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการตรวจสอบขนาดของโครงสร้างและอาเรย์

struct example {
    int a;
    char b;
};
int size = sizeof(struct example);  // รับขนาดของโครงสร้าง

มาดูตัวอย่างการคำนวณจำนวนสมาชิกของอาเรย์กัน

int arr[10];
int num_elements = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  // คำนวณจำนวนสมาชิกของอาเรย์

3. รายละเอียดและตัวอย่างการใช้งานตัวดำเนินการแต่ละชนิด

ตัวอย่างการใช้งานตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 3;
    printf("การบวก: %d\n", a + b);
    printf("การลบ: %d\n", a - b);
    printf("การคูณ: %d\n", a * b);
    printf("การหาร: %d\n", a / b);
    printf("เศษ: %d\n", a % b);
    return 0;
}

โค้ดนี้แสดงตัวอย่างการใช้งานพื้นฐานของตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์ ควรสังเกตว่าในการหารระหว่างจำนวนเต็ม จุดทศนิยมจะถูกตัดทิ้ง

4. ลำดับความสำคัญและกฎการรวมตัวของตัวดำเนินการ

ลำดับความสำคัญของตัวดำเนินการกำหนดว่าจะทำการคำนวณตามลำดับใดเมื่อมีตัวดำเนินการหลายตัวอยู่ในนิพจน์เดียว กฎการรวมตัว (จากซ้ายไปขวา, จากขวาไปซ้าย) กำหนดว่าจะประเมินตัวดำเนินการที่มีลำดับความสำคัญเท่ากันจากทิศทางใด

ตัวอย่างลำดับความสำคัญ

int a = 2 + 3 * 4;  // ผลลัพธ์คือ 14

ในนิพจน์นี้ การคูณมีลำดับความสำคัญสูงกว่าการบวก ดังนั้นผลลัพธ์จึงเป็น 14 หากต้องการให้การบวกทำก่อน สามารถใช้วงเล็บเพื่อเปลี่ยนลำดับได้

int a = (2 + 3) * 4;  // ผลลัพธ์คือ 20

รายการลำดับความสำคัญของตัวดำเนินการ

คำอธิบายกฎการรวมตัว

ตัวดำเนินการกำหนดค่า = ในภาษา C มีกฎการรวมตัวจากขวาไปซ้าย สิ่งนี้มีประโยชน์เมื่อทำการกำหนดค่าต่อเนื่องดังนี้

int a, b, c;
a = b = c = 5;  // กำหนดค่า 5 ให้กับตัวแปรทั้งหมด

เนื่องจากกฎการรวมตัวจากขวาไปซ้าย c = 5 จะถูกดำเนินการก่อน จากนั้น b = c และสุดท้าย a = b

5. การประยุกต์ใช้ตัวดำเนินการ: ตัวดำเนินการระดับบิตและตัวดำเนินการเลื่อนบิต

ตัวดำเนินการระดับบิต

ตัวดำเนินการระดับบิตใช้จัดการตัวเลขในระดับบิต มักใช้ในระบบระดับต่ำหรือระบบสมองกลฝังตัว

int a = 5;  // 0101
int b = 3;  // 0011
int result = a & b;  // ผลลัพธ์คือ 0001 (1)

ในตัวอย่างนี้ ใช้ตัวดำเนินการระดับบิต AND (&) เพื่อคำนวณตรรกะ AND ของบิตต่อบิตของตัวเลขสองตัว

ตัวดำเนินการเลื่อนบิต

ตัวดำเนินการเลื่อนบิตใช้เลื่อนบิตไปทางซ้ายหรือขวาเพื่อจัดการค่า ตัวดำเนินการเลื่อนบิตมักใช้เพื่อจัดการตัวเลขได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการคูณหรือหาร

int a = 5;   // 0101
int result = a << 1;  // 1010 (10)  -> ทำให้ a เป็นสองเท่า

การเลื่อนบิตไปทางซ้าย (<<) สามารถใช้เพื่อคูณตัวเลขด้วยเลขยกกำลังของ 2 ซึ่งเป็นวิธีการคำนวณที่มีประสิทธิภาพ

6. การจัดการข้อผิดพลาดและการเพิ่มประสิทธิภาพของตัวดำเนินการ

การจัดการข้อผิดพลาดการหารด้วยศูนย์

การหารด้วยศูนย์ไม่ถูกต้องทางคณิตศาสตร์ และในภาษา C หากเกิดการหารด้วยศูนย์ โปรแกรมจะหยุดทำงาน ดังนั้นการตรวจสอบล่วงหน้าว่าไม่มีการหารด้วยศูนย์จึงเป็นสิ่งสำคัญ โค้ดต่อไปนี้เป็นตัวอย่างการตรวจสอบว่าไม่มีการหารด้วยศูนย์

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 0;

    if (b != 0) {
        printf("ผลลัพธ์การหาร: %d\n", a / b);
    } else {
        printf("ข้อผิดพลาด: ไม่สามารถหารด้วยศูนย์ได้\n");
    }

    return 0;
}

ในโค้ดนี้ หาก b ไม่เท่ากับศูนย์ จะทำการหาร แต่หากเท่ากับศูนย์ จะแสดงข้อความแสดงข้อผิดพลาด การทำเช่นนี้ช่วยป้องกันโปรแกรมหยุดทำงานและรับประกันการทำงานที่ปกติ

การจัดการข้อผิดพลาดโอเวอร์โฟลว์

โอเวอร์โฟลว์เกิดขึ้นเมื่อผลลัพธ์ของการดำเนินการเกินขอบเขตของชนิดข้อมูลของตัวแปร ในภาษา C จะไม่ตรวจจับโอเวอร์โฟลว์โดยอัตโนมัติ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบล่วงหน้า ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างง่ายๆ เพื่อป้องกันโอเวอร์โฟลว์

#include <stdio.h>
#include <limits.h>  // ใช้ INT_MAX เป็นต้น

int main() {
    int a = INT_MAX;
    int b = 1;

    if (a > INT_MAX - b) {
        printf("ข้อผิดพลาด: เกิดโอเวอร์โฟลว์\n");
    } else {
        int result = a + b;
        printf("ผลลัพธ์: %d\n", result);
    }

    return 0;
}

ในโค้ดนี้ ตรวจสอบล่วงหน้าว่าเกิน INT_MAX (ค่าสูงสุดของชนิดข้อมูล int) หรือไม่ เพื่อป้องกันโอเวอร์โฟลว์ การตรวจจับโอเวอร์โฟลว์ล่วงหน้าช่วยป้องกันการทำงานที่ไม่คาดคิด

การเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินการ

การเพิ่มประสิทธิภาพโดยใช้ตัวดำเนินการมีประโยชน์อย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ประสิทธิภาพมีความสำคัญ การใช้ตัวดำเนินการเลื่อนบิตช่วยให้การคูณและการหารเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น:

int a = 5;
int result = a << 1;  // ทำให้ a เป็นสองเท่า

ในโค้ดนี้ ใช้ตัวดำเนินการเลื่อนบิตเพื่อทำให้ a เป็นสองเท่า การเลื่อนบิตเป็นกระบวนการที่เบากว่าการคูณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบสมองกลฝังตัวหรือการเขียนโปรแกรมระดับต่ำจะมีการใช้งานบ่อยครั้ง

7. สรุป

บทความนี้ครอบคลุมหัวข้อเกี่ยวกับตัวดำเนินการในภาษา C อย่างกว้างขวาง ตั้งแต่การใช้งานพื้นฐานไปจนถึงการประยุกต์ใช้ การจัดการข้อผิดพลาด และการเพิ่มประสิทธิภาพ ตัวดำเนินการเป็นองค์ประกอบสำคัญในการสร้างตรรกะของโปรแกรม และการทำความเข้าใจลำดับความสำคัญและกฎการรวมตัวของตัวดำเนินการ รวมถึงการจัดการข้อผิดพลาดอย่างถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญ

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มาตรการป้องกันข้อผิดพลาด เช่น การหารด้วยศูนย์และโอเวอร์โฟลว์ และการเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินการโดยใช้ตัวดำเนินการเลื่อนบิต เป็นความรู้ที่มีประโยชน์ในการพัฒนาจริง

สำหรับขั้นตอนต่อไป แนะนำให้ศึกษาหัวข้อภาษา C ขั้นสูง เช่น พอยน์เตอร์และอาเรย์ การนำตัวดำเนินการเหล่านี้ไปประยุกต์ใช้ ทำความเข้าใจการจัดการข้อมูลที่ซับซ้อนและการจัดการหน่วยความจำให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น จะช่วยพัฒนาทักษะภาษา C ของคุณให้ดียิ่งขึ้นไปอีก