Toán tử quan hệ, logic, bitwise, misc và độ ưu tiên toán tử trong C++

Giới thiệu

Trong bài viết trước, chúng ta đã tìm hiểu về Toán tử số học, toán tử tăng giảm và toán tử gán trong C++. Hôm nay, mình sẽ giới thiệu với các bạn về Toán tử quan hệ, logic, bitwise, misc và độ ưu tiên toán tử trong C++.

Nội dung

Để hiểu rõ bài viết này, chúng ta nên có kiến thức cơ bản về các phần sau:

• Biến trong C++
• Các kiểu dữ liệu cơ bản trong C++ (số nguyên, số thực, ký tự, boolean)
• Nhập và xuất dữ liệu trong C++
• Toán tử số học, toán tử tăng giảm và toán tử gán trong C++

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các vấn đề sau:

• Toán tử quan hệ trong C++
• Toán tử logic trong C++
• Toán tử trên bit trong C++
• Các toán tử hỗn hợp trong C++
• Độ ưu tiên và quy tắc kết hợp toán tử trong C++

Toán tử quan hệ trong C++ (Relational operators)

Toán tử quan hệ được sử dụng để so sánh hai toán hạng với nhau. Kết quả sẽ là một giá trị true hoặc false.

Dưới đây là một bảng mô tả các toán tử quan hệ trong C++:

Chú ý: Phân biệt toán tử gán bằng (=) và toán tử so sánh bằng (==).

Ví dụ:

#include 
using namespace std;

int main() {
    int x = 6, y = 9;

    if (x == y)
        cout << x << " == " << y << endl;

    if (x != y)
        cout << x << " != " << y << endl;

    if (x > y)
        cout << x << " > " << y << endl;

    if (x < y)
        cout << x << " < " << y << endl;

    if (x >= y)
        cout << x << " >= " << y << endl;

    if (x <= y)
        cout << x << " <= " << y << endl;

    return 0;
}

Kết quả:

Toán tử quan hệ và so sánh số chấm động?

Trong lập trình, việc so sánh trực tiếp hai số chấm động là điều không nên và có thể cho ra kết quả không mong muốn. Điều này xảy ra do lỗi làm tròn của số chấm động, đã được giải thích trong bài viết về Số tự nhiên và Số chấm động trong C++ (Integer, Floating point).

Ví dụ:

#include 
#include  // for std::setprecision()
using namespace std;

int main() {
    double d1 = 1.0;
    double d2 = 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1;

    if (d1 == d2)
        cout << "d1 == d2" << endl;
    else if (d1 > d2)
        cout << "d1 > d2" << endl;
    else if (d1 < d2)
        cout << "d1 < d2" << endl;

    cout << std::setprecision(20); // hiển thị 20 chữ số
    cout << "d1 = " << d1 << endl;
    cout << "d2 = " << d2 << endl;

    return 0;
}

Kết quả:

Trong chương trình trên, theo toán học thì d1 bằng d2, nhưng trong lập trình, d1 lớn hơn d2 do lỗi làm tròn số chấm động.

Tương tự, bạn có thể thử với trường hợp 0.1 + 0.7 == 0.8 ?.

Chú ý: Không bao giờ so sánh hai giá trị số chấm động bằng nhau. Hầu hết luôn có sự khác biệt rất nhỏ giữa hai số chấm động. Cách phổ biến để so sánh hai số chấm động là tính khoảng cách giữa chúng, nếu khoảng cách đó rất nhỏ thì ta cho là bằng nhau. Giá trị dùng để so sánh với khoảng cách đó thường được gọi là epsilon.

Toán tử logic trong C++ (Logical operators)

Nếu chỉ sử dụng toán tử quan hệ để kiểm tra một biểu thức quan hệ đúng hay sai, bạn chỉ có thể kiểm tra một điều kiện tại một thời điểm. Nhưng thực tế, có lúc bạn sẽ cần kiểm tra nhiều điều kiện cùng một lúc.

Ví dụ: để trở thành một soái ca, bạn phải có nhiều điều kiện như cầm, kỳ, thi, họa. Lúc này không chỉ đơn giản một điều kiện nữa.

Toán tử logic (Logical operators) sẽ kiểm tra nhiều điều kiện cùng lúc. Có 3 toán tử logic trong C++:

Chú ý: Luôn sử dụng dấu ngoặc đơn () khi thực hiện với các mệnh đề quan hệ để thể hiện rõ ràng ý nghĩa dòng lệnh và hạn chế sai sót. Với cách này, bạn thậm chí không cần nhớ nhiều về độ ưu tiên toán tử.

Ví dụ:

#include 
#include  // for std::setprecision()
using namespace std;

int main() {
    cout << "Enter a number: ";
    int value;
    cin >> value;

    if (!value)
        cout << value << " is false" << endl;
    else
        cout << value << " is true" << endl;

    if ((value > 1) && (value < 100))
        cout << value << " is between 1 and 100" << endl;
    else
        cout << value << " is not between 1 and 100" << endl;

    if ((value == 1) || (value == 100))
        cout << value << " == 1 or " << value << " == 100" << endl;
    else
        cout << value << " != 1 or " << value << " != 100" << endl;

    return 0;
}

Kết quả:

Toán tử trên bit trong C++ (Bitwise operators)

Toán tử trên bit được sử dụng để thao tác với các bit trên một biến.

Tại sao cần thao tác trên bit? Trong quá khứ, quản lý bộ nhớ máy tính chưa phát triển, vì vậy việc tận dụng tối đa các bit trong bộ nhớ là rất quan trọng. Toán tử trên bit giúp bạn tiết kiệm bộ nhớ bằng cách chứa nhiều biến kiểu bool vào một byte duy nhất.

Tuy nhiên, hiện nay khi bộ nhớ máy tính đã phát triển và rẻ hơn, người lập trình thường quan tâm đến tính dễ hiểu và dễ nâng cấp của mã nguồn. Vì vậy, việc thao tác trên bit không còn được ưu chuộng, ngoại trừ trong những trường hợp cần tối ưu tốc độ và bộ nhớ (như lập trình game, lập trình nhúng...).

Vì toán tử trên bit ít gặp, mình chỉ giới thiệu qua cho các bạn tham khảo.

Dưới đây là một bảng các toán tử thao tác trên bit:

Và đây là một bảng các toán tử gán trên bit:

Các toán tử hỗn hợp trong C++ (Misc Operators)

Toán tử sizeof

Toán tử sizeof được sử dụng để xác định kích thước của một kiểu dữ liệu hoặc một biến trong một máy tính cụ thể. Toán tử này là một toán tử một ngôi, nhận vào một kiểu dữ liệu hoặc một biến và trả về kích thước (byte) của kiểu dữ liệu hoặc biến đó. Toán tử này đã được giải thích chi tiết trong bài viết về Số tự nhiên và Số chấm động trong C++ (Integer, Floating point).

Toán tử comma

Các biểu thức đặt cách nhau bằng dấu phẩy (,), các biểu thức con được tính từ trái sang phải. Biểu thức mới nhận được là giá trị của biểu thức bên phải cùng.

Ví dụ:

x = (a++, b = b + 2); // Tương đương với a++; b = b + 2; x = b;

// Hoặc

int x = 0;
int y = 2;
int z = (++x, ++y); // tăng x và y
// Tương đương với
int x = 0;
int y = 2;
++x;
++y;
int z = y;

Chú ý: Dấu phẩy có độ ưu tiên thấp nhất trong tất cả các toán tử.

Vì vậy, hai dòng code sau đây sẽ cho kết quả khác nhau:

z = (a, b); // z = b
z = a, b; // z = a, và bị bỏ qua

Chú ý: Tránh sử dụng toán tử dấu phẩy (,), ngoại trừ trường hợp dùng trong vòng lặp. Vấn đề về vòng lặp sẽ được hướng dẫn chi tiết trong bài viết về Vòng lặp for trong C++ (For statements).

Toán tử điều kiện

Toán tử điều kiện (?:) là toán tử 3 ngôi duy nhất trong C++ (có 3 toán hạng), tương đương với câu điều kiện (if/else statements).

Cấu trúc câu điều kiện if/else:

if (condition) // nếu condition là true
    expression1; // thực hiện câu lệnh này
else
    expression2; // nếu condition là false, thực hiện câu lệnh này

Hoặc:

if (condition) // nếu condition là true
    x = value1; // x = value 1
else
    x = value2; // nếu condition là false, x = value 2

Viết lại dưới dạng toán tử điều kiện (?:):

(condition) ? expression1 : expression2;

Hoặc:

x = (condition) ? value1 : value2;

Ví dụ:

#include 
using namespace std;

int main() {
    int x = 6, y = 9, max;

    if (x > y) {
        max = x;
    } else {
        max = y;
    }

    cout << "Max = " << max << endl;

    // Tương đương với
    max = (x > y) ? x : y;
    cout << "Max = " << max << endl;

    return 0;
}

Kết quả:

Chú ý: Chỉ sử dụng toán tử điều kiện với những câu điều kiện đơn giản.

Ví dụ:

#include 
using namespace std;

int main() {
    int a = 3, b = 2, c = 4, max;

    // Khó hiểu, dễ sai => Không nên
    max = a > b ? (a > c ? a : c) : (b > c ? b : c);
    cout << "Max = " << max << endl;

    // Dễ hiểu => Nên
    max = a;
    if (max < b) {
        max = b;
    }
    if (max < c) {
        max = c;
    }
    cout << "Max = " << max << endl;

    return 0;
}

Kết quả:

Chú ý: Toán tử điều kiện (?:) có thể là một biểu thức (expression), trong khi câu điều kiện (if/else) chỉ là một câu lệnh (statements).

Ví dụ:

bool bIsVip = true; // Khởi tạo một biến hằng số
const double dPrice = bIsVip ? 1000 : 500;

// Trong ví dụ trên, không thể dùng câu điều kiện (if/else) để thay thế. Vì một hằng số phải được khởi tạo giá trị tại thời điểm khai báo.

Một số toán tử khác

Dưới đây là một số toán tử khác:

Độ ưu tiên và quy tắc kết hợp toán tử trong C++

Để đánh giá đúng một biểu thức như 6 + 9 8, bạn cần hiểu rõ ý nghĩa mỗi toán tử trong biểu thức đó, và thứ tự thực hiện của nó. Thứ tự thực hiện của các toán tử trong 1 biểu thức gọi là độ ưu tiên của toán tử (operator precedence).*

Khi áp dụng độ ưu tiên toán tử, biểu thức bên trên sẽ tương đương với 6 + (9 8) = 78. Phép nhân () có độ ưu tiên cao hơn phép cộng (+), compiler sẽ tự động hiểu và thực hiện đúng theo độ ưu tiên của từng toán tử.

Khi 2 toán tử có cùng độ ưu tiên trong 1 biểu thức, các quy tắc kết hợp (associativity rules) sẽ nói cho compiler biết nên thực hiện từ trái sang phải (L->R) hay từ phải sang trái (R->L).

Ví dụ: bạn có biểu thức 6 9 / 8. Trong biểu thức này, phép nhân () và chia (/) cùng độ ưu tiên, nhưng nó có quy tắc kết hợp từ trái sang phải (L->R). Vì vậy nó sẽ tương đương (6 * 9) / 8.

Dưới đây là bảng độ ưu tiên (operator precedence) và quy tắc kết hợp (associativity rules) các toán tử trong C++:

Kết luận

Qua bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về Toán tử quan hệ, logic, bitwise, misc và độ ưu tiên toán tử trong C++.

Trong bài viết tiếp theo, chúng ta sẽ học về Cơ bản về chuỗi ký tự trong C++ (String), là tiền đề để bạn có thể giải được các bài toán trong lập trình.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hãy để lại bình luận hoặc góp ý của mình để phát triển bài viết tốt hơn. Đừng quên "Luyện tập - Thử thách - Không ngại khó".

Thảo luận

Nếu bạn có bất kỳ khó khăn hoặc thắc mắc gì về khóa học, đừng ngần ngại đặt câu hỏi trong phần Bình luận bên dưới hoặc trong mục Hỏi & Đáp trên thư viện Howkteam.com để nhận được sự hỗ trợ từ cộng đồng.