3.4 Operatoren 

Im vorhergehenden Abschnitt haben wir uns eingehend mit den Daten auseinander gesetzt. Nun werden Sie lernen, wie diese Daten mit C# verarbeitet werden können. Bevor wir uns an die Details begeben, müssen wir uns zunächst mit der Terminologie auseinander setzen.

An oberster Stelle steht der Begriff Ausdruck. Ein Ausdruck ist die kleinste ausführbare Einheit eines Programms und setzt mindestens einen Operator voraus. Im einfachsten Fall gilt schon die Anweisung

als Ausdruck. Ein Ausdruck wird immer aus mindestens einem Operanden und einem Operator gebildet. Der Operator im Beispiel oben ist das Gleichheitszeichen, als Operand gilt sowohl die Konstante 22 als auch die Variable intVar. Operatoren verknüpfen Operanden miteinander und führen Berechnungen durch, ermitteln also als Ergebnis der Operation neue Werte. Nahezu alle Operatoren von C# benötigen zwei Operanden. Kernkonstrukt von Ausdrücken sind die Operatoren, die sich entsprechend ihrer Arbeitsweise in verschiedene Gruppen aufteilen lassen:

arithmetische Operatoren

Vergleichsoperatoren

logische Operatoren

bitweise Operatoren

Zuweisungsoperatoren

sonstige Operatoren

3.4.1 Arithmetische Operatoren 

C# kennt die üblichen Operatoren der vier Grundrechenarten Addition, Subtraktion, Division und Multiplikation. Darüber hinaus werden von dieser Gruppe noch weitere Operatoren beschrieben, die in ihrem Kontext eine besondere Bedeutung haben. Die folgende Tabelle gibt zunächst einen allgemeinen Überblick.

Der Einsatz der Operatoren zur Formulierung mathematischer Ausdrücke ist trivial. Zwei Operanden werden miteinander verknüpft, das Ergebnis der Operation wird der links vom Zuweisungsoperator stehenden Variablen zugewiesen.

Eine besondere Stellung nimmt der %-Operator ein, dessen Ergebnis einer Division der ganzzahlige Divisionsrest ist. Dazu ein Beispiel:

Die Zahl 17 ist fünfmal in der Zahl 100 enthalten (für diejenigen, deren Ausbildungsziel der Hochschulreife schon länger als zwei Jahre zurückliegt, der mathematische Beweis: 5 * 17 = 85), als Rest, der als Ergebnis an der Konsole ausgegeben wird, verbleibt danach 15.

Dezimalzahlen als Operanden des %-Operators sind ebenfalls zugelassen, die Rückgabe ist dabei selber eine Dezimalzahl:

Führen Sie diesen Code aus, wird im Konsolenfenster die Ausgabe 13,09999 erscheinen.

Widmen wir uns jetzt noch einem Beispiel, an dem die Arbeitsweise der Inkrement- bzw. Dekrementoperationen ersichtlich wird. Zunächst das Codefragment einer Postfixinkrementoperation:

Zuerst wird der Variablen x der Wert 5 zugewiesen. Im zweiten Schritt wird der aktuelle Inhalt von x an y übergeben und danach der Inhalt der Variablen x um eins erhöht. Nach Beendigung der zweiten Anweisung weist x den Inhalt 6 auf und y den Inhalt 5.

Ein abweichendes Ergebnis erhalten wir, wenn wir den ++-Operators als Präfixinkrementoperator einsetzen.

In diesem Fall wird zuerst der Inhalt der Variablen a um eins erhöht, und erst danach erfolgt die Zuweisung an die Variable b. Die Folge ist, dass b denselben Inhalt wie a hat.

Besonderheiten einer Division

Bei einer Division zweier ganzer Zahlen gibt es einen Haken, der im ersten Moment nicht offensichtlich ist. Betrachten Sie dazu die beiden folgenden Anweisungen.

An der Konsole wird nicht, wie zu erwarten wäre, das Ergebnis 0,75 angezeigt, sondern 0. Die Begründung dieses Phänomens ist recht einfach. Zur Laufzeit muss für die beiden Literale 3 und 4 Speicher reserviert werden. Die Laufzeit erkennt, dass es sich um ganze Zahlen handelt, und interpretiert den Typ der beiden Literale jeweils als Integer. Das Ergebnis der Division wird vor der endgültigen Zuweisung an dblVal zwischengespeichert. Dazu wird Speicher reserviert, der dem Typ des größten der beiden beteiligten Operanden entspricht mit der Folge, dass der Dezimalteil des Ergebnisses abgeschnitten wird. Bei der anschließenden Zuweisung an dblVal ist das Kind bereits in den Brunnen gefallen – das Ergebnis ist falsch.

Zur Lösung der Problematik muss sichergestellt werden, dass einer der beiden Operanden als Dezimalzahl erkannt wird. Sie können das erreichen, indem Sie beispielsweise

codieren. Die Zahl 3 wird jetzt nicht mehr als Integer, sondern als double verarbeitet. Dieser Typ ist aber erfreulicherweise in der Lage, auch Nachkommastellen aufzunehmen, und das Ergebnis wird korrekt angezeigt.

Eine andere Möglichkeit wäre es, einen der Operanden explizit in eine Dezimalzahl zu konvertieren:

3.4.2 Vergleichsoperatoren 

Vergleichsoperatoren vergleichen zwei Ausdrücke miteinander. Der Rückgabewert ist immer ein Wahrheitswert, also entweder true oder false. Vergleiche können auf Gleichheit bzw. Ungleichheit sowie auf »größer« und »kleiner« durchgeführt werden.

Sehen wir uns einige boolesche Ausdrücke an:

Vergleichsoperatoren genießen eine höhere Priorität als der Zuweisungsoperator, daher wird zuerst der Teilausdruck intVar <= 100 ausgewertet. Das Ergebnis des Vergleichs, je nachdem, ob der Vergleich wahr oder falsch ist, wird der Variablen bolCompare zugewiesen. Sie können die boolesche Operation auch direkt zur Initialisierung bei der Deklaration verwenden:

Mit den Vergleichsoperatoren lassen sich auch die Inhalte von zwei string-Variablen miteinander vergleichen:

Der Rückgabewert wird in diesem Fall false sein, weil beim Vergleich von Zeichenketten der Groß-/Kleinschreibung Beachtung geschenkt wird.

3.4.3 Logische Operatoren 

C# bietet ein Reihe logischer Operatoren an, die ebenfalls als Resultat einen booleschen Wert liefern. Sehen wir uns zunächst die folgende Tabelle an, bevor wir uns an einigen Beispielen die Wirkungsweise dieser Operatoren verdeutlichen.

Das Ergebnis einer Operation, an der logische Operatoren beteiligt sind, lässt sich am besten anhand einer Wahrheitstabelle darstellen.

Sehr häufig werden logische Operatoren benutzt, wenn eine Entscheidung darüber getroffen werden muss, welcher Programmcode in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Bedingungsprüfung ausgeführt werden soll:

In diesem einfachen Beispiel, das auch ohne größere Erklärung verständlich sein dürfte, wird die WriteLine-Methode dann ausgeführt, wenn die Bedingung

erfüllt ist, also true liefert.

Bedingungen können durchaus auch komplexer werden und neben logischen auch mehrere Vergleichsoperatoren enthalten. Betrachten wir das folgende Codefragment:

In diesem Codefragment haben wir es mit drei verschiedenen Operatoren zu tun. Da stellt sich sofort die Frage, in welcher Reihenfolge sie zur Bildung des Gesamtergebnisses herangezogen werden. Von den drei Operatoren hat der »||«-Operator die geringste Priorität, »<« und »>« sind in dieser Hinsicht gleichwertig (siehe auch Abschnitt 3.4.8). Folglich wird zuerst das Ergebnis aus

gebildet, danach das aus

Beide Teilergebnisse sind entweder true oder false und werden am Schluss mit »||« verglichen, woraus das Resultat gebildet wird. Manchmal ist es allerdings wegen der besseren Les- und Interpretierbarkeit einer komplexen Bedingung durchaus sinnvoll, auch unnötige Klammerpaare zu setzen:

Interessant sind insbesondere die ähnlichen Paare »&« und »&&« bzw. »|« und »||«. Um die Unterschiede in der Verhaltensweise genau zu verstehen, wollen wir ein kleines Beispielprogramm entwickeln, das auch syntaktische Elemente enthält, die bisher noch nicht Thema waren.

Neu ist in diesem Beispiel die Definition einer Prozedur, die hier TestFunction heißt. TestFunction macht nicht sehr viel: Sie schreibt nur eine Meldung in das Konsolenfenster und gibt immer den booleschen Wert true als Ergebnis des Aufrufs zurück.

In Main werden den beiden Variablen x und y feste Werte zugewiesen. Daraus folgt, dass die Bedingung

immer wahr ist. Verknüpft wird diese Bedingung über den Oder-Operator »|« mit dem Aufruf der benutzerdefinierten Funktion. Da diese einen booleschen Wert zurückliefert, ist der Code syntaktisch korrekt. Führen wir das Programm aus, wird an der Konsole

angezeigt. Halten wir an dieser Stelle die folgende Tatsache fest: Zwei Ausdrücke sind mit dem Oder-Operator »|« verknüpft. Beide Bedingungen werden vollständig geprüft, bevor das Gesamtergebnis der Operation feststeht. Aus der Wahrheitstabelle (Tabelle 3.10) können wir aber entnehmen, dass die Gesamtbedingung in jedem Fall true ist, wenn einer der beiden Ausdrücke wahr ist. Folglich wäre es auch vollkommen ausreichend, nach dem Prüfen der Bedingung x != y die zweite Bedingung keiner eigenen Überprüfung zu unterziehen, da das Endergebnis bereits feststeht.

Hier betritt nun der zweite Oder-Operator (»||«) die Bühne. Wenn wir die Bedingung nun mit

formulieren, lautet die Ausgabe an der Konsole nur noch:

Der Wahrheitsgehalt der zweiten Bedingung wird erst gar nicht mehr überprüft, da er das Endergebnis nicht mehr beeinflussen kann. Genauso arbeiten auch die beiden Operatoren »&« und »&&«.

In der Praxis kann diesem an sich feinen Unterschied große Bedeutung hinsichtlich der Performance einer Anwendung zukommen. Wenn nämlich die zweite Bedingung eine länger andauernde Ausführungszeit für sich beansprucht und das Ergebnis der ersten Operation die Prüfung der zweiten Bedingung unnötig macht, kann mit »||« bzw. »&&« durchaus ein kleiner Beitrag zur Verbesserung der Gesamtleistung geleistet werden.

3.4.4 Bitweise Operatoren 

Bitweise Operatoren dienen dazu, auf die Bitdarstellung nummerischer Operanden zuzugreifen. Dabei kann die Bitdarstellung eines nummerischen Operanden sowohl abgefragt als auch manipuliert werden.

Wollen wir uns jetzt an einigen Beispielen ansehen, wie diese Operatoren eingesetzt werden können.

Beispiel 1: Im Folgenden werden die beiden Literale 13 und 5 mit dem bitweisen &-Operator verknüpft:

Die Bitdarstellung dieser beiden Literale sieht wie folgt aus:

An der Konsole wird als Ergebnis die Zahl 5 angezeigt, was der Bitdarstellung

entspricht. Wir können unser Ergebnis auch wie folgt interpretieren:

Beispiel 2: Verknüpfen wir nun zwei Literale mit dem bitweisen Oder-Operator »|«, also beispielsweise:

Die Bitdarstellung dieser beiden Literale sieht wie folgt aus:

Das Ergebnis wird 119 lauten oder in Bitdarstellung:

Beispiel 3: Dem Xor-Operator »^« kommt ebenfalls eine ganz besondere Bedeutung zu, wie das folgende Beispiel zeigt.

Sehen wir uns zunächst wieder die durch die beiden Literale beschriebenen Bitsequenzen an:

Lassen wir uns das Ergebnis an der Konsole anzeigen, wird 35 ausgegeben. Das entspricht der Bitfolge:

Hier wird also das zweite, dritte und das fünfte Bit des linken Operanden invertiert – so wie es der rechte Operand vorgibt. Analysieren wir das Ergebnis, kommen wir zu der folgenden Merkregel:

Wenden wir auf das Ergebnis ein zweites Mal den »^«-Operator an, also

wird die Variable a wieder den ursprünglichen Wert 53 beinhalten.

Beispiel 4: Zum Abschluss nun noch ein Beispiel mit dem Verschiebeoperator »<<«. Die Bits des Literals 37 sollen um zwei Positionen nach links verschoben werden und die Anzeige sowohl im Dezimal- als auch im Hexadezimalformat erfolgen.

Die Zahl 37 entspricht der Bitdarstellung:

Nach der Verschiebung um die geforderten zwei Positionen nach links ergibt sich:

was wiederum der Zahl 148 oder in hexadezimal 0x94 entspricht, was uns auch die Laufzeit bestätigt.

Mit

lautet das Ergebnis 9, was zu der folgenden Aussage führt:

3.4.5 Zuweisungsoperatoren 

Bis auf die Ausnahme des einfachen Gleichheitszeichens dienen alle anderen Zuweisungsoperatoren einer verkürzten Schreibweise einer Anweisung, bei welcher der linke Operand einer Operation gleichzeitig auch der Empfänger des Operationsergebnisses ist.

3.4.6 Stringverkettung 

Den »+«-Operator haben Sie bereits in Verbindung mit arithmetischen Operationen kennen gelernt. Ihm kommt allerdings auch noch eine zweite Aufgabe zu, nämlich die Verkettung von Zeichenfolgen. Ist wenigstens einer der beiden an der Operation beteiligten Operanden vom Typ string, bewirkt der »+«-Operator eine Stringverkettung. Falls notwendig wird der Operand, der nicht vom Typ string ist, implizit in einen solchen konvertiert. Das Ergebnis der Stringverkettung ist wieder eine Zeichenfolge. Nachfolgend finden Sie einige Codefragmente, die Stringverkettungen beispielhaft zeigen.

3.4.7 Sonstige Operatoren 

Wir sind noch nicht am Ende der Aufzählung der Operatoren von C# angelangt. Es stehen dem Entwickler noch einige besondere zur Verfügung, mit denen Sie in den vorhergehenden Abschnitten teilweise auch schon gearbeitet haben oder die Sie im weiteren Verlauf dieses Buches noch kennen lernen werden. Der Vollständigkeit halber sind die Operatoren dieser Gruppe in der Tabelle 3.13 aufgeführt.

3.4.8 Operator-Vorrangregeln 

Enthält ein Ausdruck mehrere Operatoren, entscheiden die Operator-Vorrangregeln über die Reihenfolge der Ausführung der einzelnen Operationen. In der Tabelle 3.14 sind die Operatoren in der Reihenfolge so aufgeführt, dass die weiter oben stehenden Vorrang vor den weiter unten stehenden haben.