今日やること  基礎演習3 C言語の基礎(2)    第01回（2010年06月16日）   先週の復習種々のファイルリファレンスの読み方基本的な出力変数と配列型変換とキャスト先週の内容はじめに  計算機とは  計算機言語を学ぶにあたって  C言語について  アルゴリズムとデータ構造  アルゴリズム  データ構造  先週の復習 3/59 計算機とは  ビットとバイト計算機は、ざっくりと言って、CPUとメモリ、入出力装置からなる。   計算機入出力装置 CPU メモリ外部とデータをやりとりするデータを処理するデータを保存する  日常、人は、値（数）は10進数で、文字は文字として使用している。一方、計算機の内部では、すべてのデータは 0,1 で管理されている。0,1 しか取り扱うことができない！また、計算機は、メモリにデータを蓄えている。単位は、  bit 1bit 0 もしくは 1 のどちらかを保存。  byte 1bitが8つ集まっている。 1byte 例え話(2) 上級言語   人間は、2進数を会話するようにできていない！人間が計算機に指示しやすく、つまり、プログラミングしやすくしたものが、上級言語。こういう処理をやりたいなぁ計算機 0000 0001 0002 0003 0004 了解。理解した。処理  プログラミングと対応させると......  個々のブロックの形を把握する。 → 個々の命令を理解する。  組み上がったブロック例を学ぶ → 他のサンプルプログラムを理解する。人 10001001 01101010 10111010 11011011 変換  自分で組んでみる → 自分でプログラムを組んでみる。 printf() get() put() while() データ処理とデータ構造   入力  格納データデータ …  データ構造：コンピュータにどのように組織化して格納するか。データ処理：データを加工する方法や、その順番。プログラム：データを加工しつつ、正しい出力を求めていくプロセスの記述。プログラムを書くときには．．．加工プログラムを行うときに考えること．．．  データ構造：目的を達成するためには、どのようなデータが必要になるか。どのように保存したら良いか。変数等の宣言に関係加工  データ目的を達成するためには、何を行えばよいか。どのような順番で行えばよいか。処理の内容や順番等に関係  プログラム→データ処理+データ構造出力 9/59 結局の所、色々練習して、経験値を積むのが良いです10/59 C言語のソースファイル  C言語のソースファイルはテキストファイルで書かれている。  コンパイラを用いて、実行可能な形にする。  最小なソースコード main(){ } もちろん、このプログラムは、何もしません。コンパイルとは  テキストで書かれているソースファイルを、計算機が理解できる形のファイルに変換すること。ここの処理こういう処理をやりたいなぁ計算機 0000 0001 0002 0003 0004 了解。理解した。処理人 10001001 01101010 10111010 11011011 変換 printf() get() put() while() C言語におけるコンパイル  この授業では、コンパイルは、gccを用います。 C言語におけるファイル構成 gcc sample.c  cygwinの場合 a.exe というファイルができます。 ./a として実行します。 14/59 C言語と関数 (1) 典型的なソースファイルの構成 #include<stdio.h> #include<stdio.h> #include<pow.h> #include<pow.h> ヘッダファイルをinclude。 main(){ main(){ 文文 x=pow(10); x=pow(10); y=sqrt(10); y=sqrt(10); }}  入力 mainは必ずある   中に、関数が沢山並んでいる  C言語と関数 (2)  入力は引数として与える関数 pow( pow( xx )) 関数出力個々の関数について、「何を何個入力として与えるか」「何を出力するか」は、決められています。 C言語は、基本的に関数からなりたちます。関数は、自作することもできます。ヘッダファイルとライブラリ(1) 「関数」を利用する場合は、「関数名」と「丸括弧で囲まれた部分に記述する引数」により、記述します。入力 C言語の「関数」とは、入力を与えると出力を返すような"もの"です。    出力出力は関数が置換されると思えばOK  関数を1からすべて書くのは面倒くさい！ C言語には、便利な関数が、沢山準備されている。どの関数を使うのか？その関数の入出力は？：それを記述しているのがヘッダファイル。使用する関数が含まれているヘッダファイルを #includeする必要がある。それらの関数の具体的な動作は？：それが書かれているのがライブラリ。すでに計算機が理解できる2進数表記になっている。ヘッダファイル    #include<stdio.h> って何をしてるの？  /usr/include/stdio.h を取り込んでいる。  stdio.h には、標準的な入出力関係する命令や定義が含まれている。入出力を伴う場合は、#include する。逆に、伴わない場合は include する必要はない。他にも、math.h には、標準的な数値演算の命令や定義が入っている。  使用するときは、#include<math.h> とする。 include は、他のファイルを取り込むときに使用。演習：ヘッダファイル  ls /usr/include/     として見てみよう。ライブラリとのリンク(1) ヘッダファイルは、関数に関しては「関数の名前と入出力」しか書かれていない。実際に行う内容が記述されているのが、ライブラリ。すでにコンパイル済みで、計算機が理解できる状態になっている。   使用するライブラリを指定するには、ライブラリファイルをコンパイルするときに指定する。コンパイルするときにライブラリを指定すると、「リンク」と呼ばれる作業が行われる。 UNIXの場合、数値演算の命令を使用する場合は、 libm.so か libm.aとリンクする必要がある。  libm.so とリンクするように指定動的リンクしたライブラリの場合、ldd で確認できる。 ldd ./a.out Cynwinも（UNIXとは構成が違うが）ライブラリを多く持っている。.dll というファイルなので、ファイルがあることを ls /usr/bin/*.dll gcc -lm sample.c  複数の機械語のプログラムを連結する作業を、「リンク」という。リンクの仕方は2種類有る。  静的リンク：コンパイル時にライブラリを含めた1つのファイルにしてしまう  動的リンク：実行時にライブラリを取り込む方法の、2種類がある。演習：ライブラリライブラリとのリンク(2)  として、ヘッダファイルが沢山あることを見てみよう。ヘッダファイルの中身を less /usr/include/math.h ライブラリ  Cynwinは、ヘッダファイルを /usr/include/ 以下に持っている。  として確認してみよう。実際に、どのライブラリと動的リンクしているか、前回作成したa.exeにたいして ldd ./a.out として確認してみよう。ヘッダファイルとライブラリ(2) ヘッダファイルとライブラリは、無数にあります。プログラミングをする際は、  どの関数を利用するのか。つまり、どのヘッダファイルを#include して、どのライブラリとリンクするのか。を把握しておく必要があります。   リファレンスの読み方 26/59 リファレンスリファレンスの書かれ方  C言語のリファレンスとは、要するに、関数のリファレンス  引数として何を与えるか  引数と返値の型  関数が実行する内容  関数のリファレンスには、何通りか流儀がある。  自分で関数を作るときや、/usr/include/ 以下を覗いた時など用に、読めた方がよい。以下の3つは、同じ事を言っている。その1： double doublesample(double, sample(double,int) int) この後、引数と戻り値の関係や、関数の動作が書かれます。その2： double doublesample(double sample(doublex, x,int inty) y) この後、引数と戻り値の関係や、関数の動作が書かれます。その3： double doublesample(x, sample(x,y); y); double doublex; x; int inty; y; この後、引数と戻り値の関係や、関数の動作が書かれます。 27/59 リファレンスの例 28/59 リファレンスの例名前 pow – 累乗関数名前 pow – 累乗関数書式 #include #include <math.h> <math.h> 書式 #include #include <math.h> <math.h> double double pow(double pow(double x, x, double double y); y); 関数の名前関数の概要  ヘッダ  引数の数  引数の型  戻り値の型等。 double double pow(double pow(double x, x, double double y); y); ライブラリ math library (libm, -lm) ライブラリ math library (libm, -lm) 説明 x の y 乗の値を返す。説明 x の y 乗の値を返す。ライブラリの名前、ファイル名、リンクするときの引数関数の説明、挙動コマンドプロンプトで、man pow と打つと、見ることができます（たぶん英語です） 29/59 コマンドプロンプトで、man pow と打つと、見ることができます（たぶん英語です） 30/59 演習：リファレンス  Cygwinは、リファレンスを持っている。 man pow 基本的な出力(1) printf() その1 として、powのリファレンスを見てみよう。 man は C言語の命令ではなく、cygwinの命令です。 C言語の関数だけではなく、ls や mkdir 等のマニュアルも参照することができます。  man ls man mkdir として、見てみましょう。 32/59 printf の format printf(format [,arg] ...);   format に従って標準出力に出力を行う関数。 format の部分は、文字列である。型と変数と配列  %から始まるものは、順番にargを参照して変換される。  それ以外（たんなる文字とか）は、そのまま。  例： int i; char c; 空白や改行も、そのままでる char str*; printf("print %d %c %s¥n",i,c,str); そのまま出る符合無し10進数に置換される文字列に置換される文字に置換される 33/59 C言語と型    34/59 変数  値を保存しておく「入れ物」を使用することができる。 C言語では、この「入れ物」のことを「変数」と呼ぶ。  使用する場合は、「こういう名前の変数を、こういう値を保存するのに使う」と宣言しておく必要がある。 C言語では、すべての値に「型」が決められている。 4 と 4.0 は  数学的な意味は同じ  文字として表現したときは違う場合もある（例：物理の有効桁数とか）  C言語では、内部での2進数表現が異なる。 C言語では、さまざまな「型」があります。  整数型（例：4, 10 とかの整数値）  倍精度実数（例：3.1415 とかの実数値）  文字型（例：a,b,c とかの1文字）宣言方法データ型変数名 [, 変数名...]; #include<stdio.h> 35/59 main(){ int i; i=1; printf("%d¥n",i); } C言語と型(2)   よく使われる「データ型」は、次のようなものがある。：符合付き整数（-5246, 1234）  ：符合無し整数（1234, 435）  ：符合付き整数（intより大きい値を扱える）  ：符合無し整数（ intより大きい値を扱える）  ：単精度浮動小数点型（3.1415）  ：倍精度浮動小数点型：（floatより大きい値を扱える）  char ：文字  void ：型なしデータ型は、「その箱に何があるかの意味」とともに、「内部でどのように2進数でデータを保存するか」を規定しています。   代入 int unsigned int long unsigned long float double 37/59  i=10 i=10 ;; 加算代入：「+=」という記号を用いて行う。例：変数 i の値に2を加えて i に代入したい  i+=2 i+=2 ;; 他にも、減算代入（-=）、乗算代入（*=）、除算代入（/=）等、一通りあります。 38/59 再掲： printf の format 参照  変数には、データを保存しておくことができます。変数にデータを保存する作業を「代入」といいます。  代入：「=」を変数の右側に書いて行う。例：変数 i に10を代入したい変数が保存しているデータを見ることができる。変数が保存しているデータを見る作業を「参照」といいます。  参照：変数名を書いて行う。例：変数 i に変数 x が保存しているデータを代入したい場合 printf(format [,arg] ...);   format に従って標準出力に出力を行う関数。 format の部分は、文字列である。  %から始まるものは、順番にargを参照して変換される。  それ以外（たんなる文字とか）は、そのまま。  i=x; i=x; 例： int i; char c; 空白や改行も、そのままでる char str*; printf("print %d %c %s¥n",i,c,str); 記号「=」の右側と左側で、変数の役割が違っていることに注意する。そのまま出る符合無し10進数に置換される 39/59 演習：変数とprintf (1) #include<stdio.h> #include<stdio.h> 実行してみましょう int int main(){ main(){ int int x,y; x,y; char char c; c; }} x=10; x=10; y=x; y=x; c='a'; c='a'; x+=5; x+=5; printf("print printf("print %d %d %d %d %c %c %d¥n",x,y,c, %d¥n",x,y,c, 400); 400); 文字列に置換される文字に置換される 40/59 演習：変数とprintf (2) #include<stdio.h> #include<stdio.h> int int main(){ main(){ int int x,y; x,y; char char c; c; }} それぞれの行が実行されたとき、変数の値がどうなるか、記入しましょう。 x y c ? ? ? x=10; x=10; y=x; y=x; c='a'; c='a'; x+=5; x+=5; printf("print printf("print %d %d %d %d %c %c %d¥n",x,y,c, %d¥n",x,y,c, 400); 400); 配列その1 配列その2  配列とは、変数が沢山並んだようなもの。  配列に値を代入・参照したい場合は、  使用する場合は、宣言しておく必要がある。配列名[番号] のようにします。データ型配列名[個数]; #include<stdio.h> main(){ int t[10]; ... } #include<stdio.h> tという名前のサイズ10の整数型の配列を宣言 main(){ int t[10]; t[2]=2; t[5]=t[2]; } t[0] t[1] t[2] t[3] t[4] t[5] t[6] t[7] t[8] t[9] t[0] t[1] t[2] t[3] t[4] t[5] t[6] t[7] t[8] t[9] 1 1 演習：配列配列その2  配列を使うときの注意。  t[10] のように宣言すると、 t[0]～t[9] までの10個が使用できるようになる。 t[1]～t[10]までではないので注意。  宣言してない部分まで使用しない。例えば、上の例で、 t[10]=1 とかしてはいけない。大抵のCコンパイラは、何も警告してくれません。  データ型配列名[番号] [番号] のようにすると、2次元配列が利用できます。 #include<stdio.h> #include<stdio.h> main(){ main(){ int int x[10]; x[10]; int int y[5][5]; y[5][5]; 実行してみましょう x[2]=2; x[2]=2; x[5]=x[2]; x[5]=x[2]; y[1][2]=x[2]; y[1][2]=x[2]; }} printf("%d printf("%d %d %d %d¥n",x[2], %d¥n",x[2], x[5], x[5], y[1][2]); y[1][2]); 算術演算その1  C言語では、様々な演算子が使用できる。算術演算 47/59 算術演算子：論理演算子： x + y ： x と y の和 A && B ：AかつB x - y ： x と y の差 A || B ：AもしくはB x * y ： x と y の積 x / y ： x を y で割った商 x % y ： x を y で割った余り関係演算子： x < y ： x < y のとき真（1）、さもなければ偽(0) x <= y ： x <= y のとき真（1）、さもなければ偽(0) x > y ： x < y のとき真（1）、さもなければ偽(0) x >= y ： x > y のとき真（1）、さもなければ偽(0) x == y ： x = y のとき真（1）、さもなければ偽(0) x != y ： x != y のとき真（1）、さもなければ偽(0) 演習：算術演算 (1) 算術演算その2  インクリメントとディクリメント インクリメント → 増加 ディクリメント → 減少 A) B) C) D) #include<stdio.h> #include<stdio.h> x++ ： xの値を評価後、インクリメント ++x ： xの値をインクリメント後、評価 x-- ： xの値を評価後、ディクリメント --x ： xの値をディクリメント後、評価例： A) B) C) D) 実行してみましょう main(){ main(){ int int x,y; x,y; y=x++ ： y=x; x=x+1; ：値を渡してから、xに1を加える y=++x ： x=x+1; y=x; ： xに1を加えてから、値を渡す y=x-- ： y=x; x=x-1; ：値を渡してから、xから1を引く y=--x ： x=x-1; y=x; ： xから1を引いてから、値を渡す }} x=2+3; x=2+3; printf("001 printf("001 -> -> %d¥n",x); %d¥n",x); y=x++; y=x++; printf("002 printf("002 -> -> %d %d %d %d ¥n",x,y); ¥n",x,y); y=++x; y=++x; printf("003 printf("003 -> -> %d %d %d %d ¥n",x,y); ¥n",x,y); 演習：算術演算 (2) #include<stdio.h> #include<stdio.h> それぞれの行が実行されたとき、 main(){ main(){ int int x,y; x,y; }} 変数の値がどうなるか、記入しましょう。実行してみましょう x y ? ? 型変換とキャスト x=2+3; x=2+3; printf("001 printf("001 -> -> %d¥n",x); %d¥n",x); y=x++; y=x++; printf("002 printf("002 -> -> %d %d %d %d ¥n",x,y); ¥n",x,y); y=++x; y=++x; printf("003 printf("003 -> -> %d %d %d %d ¥n",x,y); ¥n",x,y); 52/59 型変換(1) 型変換(2) 次のようなプログラムの場合……。 #include<stdio.h> #include<stdio.h> int int i; i; double double d; d; main(){ main(){ i=2; i=2; d=i; d=i; printf("%f¥n",d); printf("%f¥n",d); }}  double型の変数に整数型の変数iの値を代入している！ C言語では、自動的に型変換が行われる。  型の違う変数へ代入。 double の変数に int を代入等。  関数の引数として、異なる型の値を代入。 pow(x,y)のxとして整数値を渡す等。  大丈夫。 C言語では、自動的に型変換を行い、代入してくれます。今回も、double型の変数dには 2という値が代入されます。 53/59 できる限り、情報を失うことがないように変換する。  int から double や、float から double は、情報を失うことなく、きちんと変換する。  double から int や double から float は、変換する際に情報が欠落する。 54/59 強制的な型変換（キャスト）  計算結果の型強制的に型変換を行うこともできる。  (型名)を、変数や値につける。 #include<stdio.h> #include<stdio.h> int int i; i; double double d; d; main(){ main(){ i=2; i=2; d=(double)i; d=(double)i; printf("%f¥n",d); printf("%f¥n",d); }} 計算式中に複数の型が現れるときは、優先順位に従って計算結果の型が決まる int 型の変数 i の値を double 型に変換したのち、 d に代入。優先順位 int → (unsigned int →) long → (unsigned long →) d=i としたときと同じ。 float → double → long double 気にしなくてもプログラムを書くことができる場合も多い。しかし、型変換を意識しないといけない場合もある。 55/59 演習：型変換実行し、何故そのような結果に #include #include <stdio.h> <stdio.h> なるか、考えましょう main(){ main(){ printf("001-> printf("001-> %f¥n",5.0/4.0); %f¥n",5.0/4.0); printf("001-> printf("001-> %f¥n",5/4); %f¥n",5/4); printf("002-> printf("002-> %f¥n",5/4.0); %f¥n",5/4.0); printf("003-> printf("003-> %f¥n",(double)5/4); %f¥n",(double)5/4); printf("004-> printf("004-> %f¥n",(double)(5/4)); %f¥n",(double)(5/4)); }} 例：  int型 + long型 = long型  int型 + double型 = double型解説：型変換次の printf がどのような値を出力するか答えなさい。  printf("%f¥n",5.0/4.0); 1.250000  printf("%f¥n",5/4); 何らかの値がでます。  printf("%f¥n",5/4.0); 1.250000  printf("%f¥n",(double)5/4); 1.250000  printf("%f¥n",(double)(5/4)); 1.000000 解説その1  printf("%f¥n", 5.0/4.0); 1.250000  5.0はdouble型、4.0は整数型 double型/double型の計算結果はdouble型  計算結果は1.250000 となり、それが出力される。優先順位 int → (unsigned int →) long → (unsigned long →) float → double → long double 解説その2  printf("%f¥n",5/4); 何らかの値がでます。計算結果も整数型に  5は整数型、4も整数型  printfは自動的に型変換を行ってくれません。  整数型があるメモリの部分を浮動小数点として解釈して、何かしら出力する。優先順位 int → (unsigned int →) long → (unsigned long →) float → double → long double 解説その3  printf("%f¥n",5/4.0); 1.250000  5は整数型、4.0はdouble型整数型/double型の計算結果はdouble型  計算結果は1.250000 となり、それが出力される。優先順位 int → (unsigned int →) long → (unsigned long →) float → double → long double 解説その4  printf("%f¥n",(double)5/4); 1.250000  (double)5はdouble型、4は整数型 double型/整数型の計算結果はdouble型  計算結果は1.250000 となり、それが出力される。優先順位 int → (unsigned int →) long → (unsigned long →) float → double → long double 解説その5  printf("%f¥n",(double)(5/4)); 1.000000  計算の順番に注意！  (5/4)が行われた後、(double)でキャストされる。  (5/4)の計算結果は整数型の値 1 に  整数型の値 1 を(double)でキャストした結果、 1.000000になる。おわりに優先順位 int → (unsigned int →) long → (unsigned long →) float → double → long double 来週以降にやること        構造化プログラミング繰り返し（whileとfor）、分岐（ifとswitch）変数とアドレスポインタ関数と値渡し、アドレス渡しスコープ構造体 64/59