3 C言語

今後、C言語を用いての数値計算を学習する上で、C言語の重要な事項をまとめます。

3.1 C言語の基礎

C言語では、大文字と小文字は、区別されます。変数名 hogehogeと Hogehoge、hoGehogeは異なります。
コメント文は、プログラムの内容をわかりやすくするために記述するものです。これは、人間のためのもので、コンパイラーは無視します。 /*～*/で囲まれた部分が、コメント文です。行をまたいでも、それは有効です。
識別子とは、変数、記号定数、関数などにつける名前のことです。名前に用いることができる文字は決まっています。英大文字「A～Z」と英子文字「a～z」、数字の「0～9」とアンダースコアー「_」です。
Cはフリーフォーマットで記述できますので、文の区切りの記号が必要です。その区切りの記号にセミコロン「;」を用います。

3.2 データの型

変数は定義してから用いなくてはなりません。型を指定することにより、変数を定義できます。これは、コンパイラーがプログラムを実行するときに、必要な領域を確保するためです。
使用頻度が高い型は、以下の通りです。

型名型指定子変数宣言例

文字型 char char a, b;

整数型 int int i,j;

倍精度実数型 double double x, y;

C言語では、変数の適用範囲は厳密に決められています。自動変数と外部変数があり、適用範囲が異なります。

	ローカル変数	関数の中で定義され、その関数の中だけで使用できる。関数がコールされるとメモリー上に変数が配置される。その関数の処理が終わるとその変数は消滅する。通常良く使うのはこれである。
	グローバル変数	関数の外で定義され、どの関数でも使用できる。プログラムが起動されるとメモリー上に変数が配置される。プログラムが終了するまで、変数は維持される。

3.3 制御文

通常プログラムは、上から下へと実行されます。しかし、実行の流れを変えたい場合が多々あります。そのプログラムの実行の順序を制御するのを制御文といいます。
使用頻度の高い制御文は、次の3個です。
1. if(条件1){文1}else if(条件2){文2}else{文3}
  - 条件1が真の時、文1が実行されます。条件1が偽の場合、次の条件2の真偽を判断し、真ならば文2を実行します。else if文はいくらでも書くことができます。
  - 最初に真である条件に続く文を実行すると、if文から抜けます。
  - 全てのif又はelse ifの条件が偽ならば、 elseの文3を実行します。
2. for(初期値;継続条件式;再設定式){文}
  - 実行順序は、以下の通り。
    
    (1)
    
    初期値の設定
    
    (2)
    
    継続条件が真ならば、続く文を実行し、偽ならば for文は終了する。
    
    (3)
    
    再設定式を実行　
    
    (4)
    
    再び、(2)から実行する。
3. do{文}while(式);
  - 実行順序は、以下の通り。
    
    (1)
    
    文を実行
    
    (2)
    
    条件式が真ならば(1)へ戻り、偽ならば do文は終了

3.4 配列

配列は、同じようなデータが多くある場合に使います。多くのデータに一つずつ名前をつけると大変です。1万個のデータがあった場合、1万個の名前を付けた変数を用意しますか?。下の例で、変数を用いての大量のデータ処理が不可能ということが分かるでしょう。
- 1万個の変数で領域を用意する場合の宣言
  
  double aaa, aab, aac, aad, aae, aaf；
  
  $\vdots$
  
  double oun, ouo, oup, ouq;
- 配列で1万個の領域を用意する場合の宣言
  
  double a[10000]
配列を使う場合も宣言が必要です。宣言の例は、以下の通りです。

配列の次元要素数宣言例

1次元 100 double x[100]

2次元 100 $\times$ 100 double x[100][100]

3次元 100 $\times$ 100 $\times$ 100 double x[100][100][100]
配列添字は0から始まります。したがって、「double x[1000]」と宣言した場合、使える配列は、x[0]～x[999]までです。
添字である数字でデータの指定ができるため、メモリからのデータの読み書きが単純化できます。

3.5 関数

C言語は、関数の集まりです。その中でmain関数は特別で、そこから実行されます。
プログラマーが関数を作成する場合、以下のように記述します。ここでは、hogehogeがプログラマーが作成した関数です。
```
#include <stdio.h>

戻り値の型　hogehoge(引数の型と名前);

/*------  main function -----------*/
int main(){  
  文;  
  a = hogehoge(実引数)
  文;   
  return(0);
}

/* ----- user defined function --------*/
戻り値の型　hogehoge(仮引数の型と名前){
  文;
  return(式);
}
```
- 1行目が関数のプロトタイプ宣言です。関数名、戻り値や引数の型を宣言しています。
- 8行目で関数hogehogeを呼び出しています。
- 関数hogehogeの定義は、14～17行で行っています。
- 関数の戻り値は、16行目の式の値です。

関数へのデータの渡し方に、2種類あります。

	値渡し	呼び出す側と呼ばれる側の関数が各々変数を用意します。仮引数は、実引数のコピーとなります。呼ばれた関数が処理をしても、呼び出した側の実引数の変数は、影響がありません。
	アドレス渡し	呼び出す側の実引数は、アドレスです。呼ばれる側は、ポインターを用意して、実引数のアドレスを受け取ります。呼ばれた関数が処理をすると、呼び出した側の実引数の変数にも影響があります。

3.6 ファイル処理

ファイルへのデータの書き出しの手順は、以下のとおりです。
```
#include <stdio.h>
main(){
  FILE *fp;

  文;
  fp = fopen("hogehoge","w");   
  fprintf(fp, "%e", a);  
  文;
        
  fclose(fp);
  return(0);
}
```
- 3行目で、変数fpをファイルポインターとして宣言しています。
- 6行目で、ファイルhogehogeを書き込みモードで、オープンしています。
- 7行目で、変数aの値を指数形式(%e)でファイルポインターfpが示すファイルに書き込んでいます。
- 10行目でファイルをクローズしています。

ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志

Yamamoto Masashi
平成16年9月13日

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