Operator logiczny

Operator logiczny w programowaniu – operator dostępny w określonym języku programowania (a także w innych językach komputerowych), który działając na argumentach reprezentujących wartości logiczne, w wyniku zwraca również wartość logiczną, realizując podstawowe operacje algebry Boole’a.

To jakie operatory logiczne są dostępne w konkretnym języku programowania zależy od jego składni, a to jakie są zasady ich stosowania, w tym priorytet tych operatorów i kolejność opracowywania argumentów, od przyjętej przez autorów języka lub implementacji konwencji. Zróżnicowany jest również sposób zapisu operatorów logicznych w poszczególnych językach: stosuje się zapis, bądź w postaci słów kluczowych, bądź symboli (znaku lub znaków niebędących literami). Stosowane są operatory logiczne jednoargumentowe – operator negacji, oraz dwuargumentowe – np. suma logiczna, iloczyn logiczny i inne.

Operatory logiczne udostępnione w językach komputerowych realizują następujące operacje logiczne:

• jednoargumentowe:
  • negacja;
• dwuargumentowe:
  • koniunkcja,
  • alternatywa,
  • alternatywa rozłączna,
  • implikacja,
  • równoważność.

Jak wyżej zaznaczono zapis w kodzie źródłowym operatorów logicznych zależne jest od przyjętej w składni danego języka sposobu reprezentacji znakowej operatorów, przy czym stosowane są zasadniczo dwa rozwiązania:

• zapis za pomocą słów kluczowych, odpowiadających nazwom operacji przez nie wykonywanych, np. and, or, xor, itp., takie rozwiązanie dostępne jest m.in. w języku Pascal^[1], Visual Basic^[2][3] i innych,
• zapis za pomocą symboli składających się ze znaku lub znaków innych niż litery, np. &&, ||, itp. takie rozwiązanie dostępne jest m.in. w języku C^[4][5][6], C++^[6] i innych.

W językach programowania oprócz operatorów logicznych występują także i inne, w tym operatory bitowe, realizujące odpowiednie operacje logiczne na pojedynczych bitach. W pewnych językach, np. C^[4][5][6], C++^[6], zapis tych operatorów jest różny, np. dla iloczynu bitowego jest to symbol: &, natomiast dla iloczynu logicznego jest to symbol: &&. W innych językach stosowany jest jednolity zapis tych operatorów, a to czy realizowana jest operacja logiczna czy bitowa zależne jest od typu argumentów, tak jest m.in. w języku Pascal^[1], np. iloczyn bitowy oraz iloczyn logiczny realizowany jest za pomocą operatora reprezentowanego przez słowo kluczowe: and, co stanowi tzw. przeciążanie operatorów.

Operatory logiczne stosuje się w wyrażeniach, których rezultat jest typu logicznego, zarówno w przypisaniu jak i w wyrażeniach reprezentujących określone warunki realizacji algorytmu, np. w instrukcji warunkowej, pętli repetycyjnej i inne. Dają one możliwość budowania złożonych warunków, badających spełnienie bądź niespełnienie wielu różnych kryteriów równocześnie.

Przykłady:

{
  int v, *pa;
  v = !pv==v || v==0;
}

if(a<c && c>d)
 {
   /* instrukcje */
 }

do
  /* instrukcje */
while(!(v || c<b));

var b : boolean;
…
begin
  …
  b:=(a<c) and (c>d);
  …
end;

if (a<c) and (c>d) then
 begin
   { instrukcje }
 end;

repeat
  { instrukcje }
until not(v or (c<b));

Zagadnienie implementacji operatorów logicznych w językach komputerowych wiąże się jak wyżej zaznaczono ustalenie reguł ich stosowania obejmujących między innymi ich priorytet, łączność, zasady opracowywania argumentów i inne aspekty.

Z priorytetem operatorów logicznych wiąże się zagadnienie kolejności wykonywania obliczeń w wyrażeniach, co ma szczególne znaczenie przy budowaniu warunków złożonych w wyrażeniach reprezentujących określone warunki realizacji algorytmu. Istotne jest również, czy zawsze opracowywane są dla takich operatorów wszystkie argumenty, nawet wtedy, gdy już na podstawie jednego z nich można określić wynik operacji, oraz ich kolejność (np. w systemie programowania Turbo C^[4] argumenty operatorów logicznych opracowywane są zawsze od lewej do prawej, a drugi z argumentów nie jest opracowywany, gdy już na podstawie wartości pierwszego z nich można określić rezultat operacji, co stanowi optymalizację programu). Istnieją języki które posiadają w swoim repertuarze operatory, dla których zawsze opracowywane są wszystkie argumenty (np. w języku Visual Basic^[2][3] operatory And i Or), oraz odpowiadające im operatory realizację te same operacje logiczne, ale pomijające wykonywanie obliczeń dla drugiego argumentu, jeżeli rezultat operacji jest znany już po obliczeniu pierwszego z nich (np. w języku Visual Basic^[2][3] operatory AndAlso i OrElse). Ma to szczególne znaczenie w przypadku wykorzystywania przez programistę tzw. efektów ubocznych, których stosowanie jednak przez literaturę przedmiotu nie jest zalecanie, a wręcz jest krytykowane i negatywnie oceniane.

W zakresie priorytetów operatorów można wyróżnić między innymi przypadki krańcowe:

• priorytet operatorów logicznych jest wyższy niż pozostałych operatorów,
• priorytet operatorów logicznych jest niższy niż pozostałych operatorów.

Jeżeli priorytet operatorów logicznych jest wyższy niż innych operatorów, wykonywane są przed nimi. Oznacza to, że w tym przypadku, aby prawidłowo zbudować warunek składający się z kilku badanych kryteriów połączonych odpowiednią funkcją logiczną, niezbędne jest ujęcie poszczególnych warunków łączonych operatorami logicznymi w nawiasy wymuszającymi określoną kolejność operacji. W przeciwnym razie wynik wyrażenie nie będzie zgodny z oczekiwaniami.

Przykład w języku Pascal^[1] (operatory logiczne mają najwyższy priorytet):

{ warunek złożony z dwóch kryteriów, pominięcie nawiasów
zmieni sposób obliczeń: w pierwszej kolejności
wykonana by została operacja bitowa
na wyrażeniu 2 and c, co jest niezgodne z oczekiwaniami }
if (a<b*2) and (c+1>d-2) then
  begin
    { instrukcje }
  end;

W językach, w których operatory logiczne mają niższy priorytet niż pozostałe stosowanie nawiasów nie jest konieczne.

Przykład w języku C^[4][5][6] (operatory logiczne mają niższy priorytet):

/* warunek złożony z dwóch kryteriów, pominięcie nawiasów
nie zmieni zgodnego z oczekiwaniami badania warunku złożonego */
if (a<b*2 && c+1>d-2)
  {
    /* instrukcje */
  }

Poniższe zestawienie zawiera dostępne operatory logiczne w wybranych językach komputerowych.

Operatory logiczne w językach komputerowych

język komputerowy	jednoargumentowe	dwuargumentowe
	negacja	koniunkcja	alternatywa	alternatywa rozłączna	implikacja	równoważność	inne
ABAP[7]	NOT	AND	OR
Ada[8]	not	and and then	or or else	xor
C[4][5][6], C++[6]	!	&&	||	!=		==
Clipper[9]	.not.	.and.	.or.
COBOL[10]	NOT	AND	OR
Forth[11]		AND	OR	XOR
Fortran 1900[12]	.NOT.	.AND.	.OR.
Fortran 77[13]	.NOT.	.AND.	.OR.	.NEQV.		.EQV.
JEAN[14][15]	NOT	AND	OR	IS
Java[16]	!	&&	||	!=		==
Modula-2[17]	NOT	AND &	OR
Pascal[1]	not	and	or	xor
Perl[18]	! not	&& and	||// or	xor
PHP[19]	!	&& and	|| or	xor
PL/I[20]	¬	&	|
PL/M[21][22]	NOT	AND	OR	XOR
Python[23]	not	and	or
REXX[24][25]	\ ¬	&	|	&&
VHDL[26]	not	and	or	xor		nxor	nand nor
Visual Basic[2][3], VBA[27]	Not	And AndAlso	Or OrElse	Xor	Imp	Eqv

• John E. Nicholls: Struktura języków programowania. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1980, s. 294–295, seria: Informatyka. ISBN 83-204-0246-8. (pol.).