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4 C言語からgnuplotを操作する
4.1 パイプラインとは
gnuplotをC言語のプログラムから制御するには，パイプを使うのが最も簡単である．C言語の プログラムで，パイプを開いて，それをgnuplotに接続するのである．接続方法を説明す る前に，UNIXのパイプと言う機能を簡単に説明しておく．UNIXのコマンドの大部分は，標準入力(キーボード)からデータを受け取り，標準出力(ディ スプレイ) に処理した結果を出力するようになっている．例えば，
ls -l
などである．このように，コマンドをフィルターと呼ぶ．
複数のコマンドを使って，処理したいデータがある場合，UNIXではコマンドを接続するこ とができる．標準出力から出てくるデータを次のコマンドの標準入力に渡すのである．例 えば，
ls -l | sort -n +4
のようにするのである．最初のコマンドで，カレントディレクトリーのファイルとディレ クトリーの情報を調べ，次のコマンドでファイル容量の順に並べている．
このようにコマンドを連結する機能をパイプラインという．そして，連結する | を パイプという．あたかも，パイプにデータが流れているかのようである．もちろん，2個 以上のコマンドの連結が可能である．このようにパイプを使ってコマンドをつなぐことに より，UNIXではかなり複雑な動作も簡単に記述できる．
4.2 パイプを使う方法
パイプを使うことにより，C言語のプログラムを通してgnuplotを制御することができる． パイプを通してC言語のプログラムから，gnuplotにコマンドを流して，プログラマーの思 い通りに動作させることが可能である．これを実現するためには，- パイプを開く
- パイプを通してコマンドを送る
- パイプを閉じる
パイプを開くためには，ファイルポインターをつかう．そのためファイルポインターを格 納すの変数を用意しなくてはならない．パイプの先もファイルとして扱われるのである．
FILE *hoge;
次にgnuplotを立ち上げて，そこにパイプを接続する必要がある．パイプの情報のファイ ルポインターで示される．
popen()関数がパイプを開く命令である．これで，gnuplot が立ち上がり，パイプを 通して，コマンドを送ることができる．オプションのpersistで，gnuplotが終了し てもグラフが残るようにしている．そうしないと，コンピューターの動作は高速なので， gunplotは一瞬にして終了し，グラフが消えてしまい，ほとんど動作内容が分からなく なる．
hoge = popen("gnuplot -persist","w");
パイプを通して，gnuplotにコマンドを送るのはfprintf()関数を使う．
このfprintfを使って，gnuplotにいくらでもコマンドを送ることができる．あたか も，C言語の向こう側でgnuplotが立ち上がって，それから命令を送っているかのように動 作する．このようなことができるのが，コマンドを打ち込むCharacter-based User Interface(CUI)の良いところである．
fprintf(hoge, "plot sin(x)\n");
すべての動作が終了したならば，パイプを閉じなくてはならない．これは，ファイルの操 作と全く同じである．
pclose(hoge);
4.3 プログラム例
4.3.1 グラフ作成
先に示した方法で，C言語からgnuplotを制御して，三角関数のグラフを作成するプログラ ムをリスト1に示す． 1 #include <stdio.h>
2
3 int main(void){
4 FILE *hoge;
5
6 hoge = popen("gnuplot -persist","w");
7 fprintf(hoge, "plot sin(x)\n");
8
9 pclose(hoge);
10
11 return 0;
12 }
4.3.2 データファイルとグラフ作成
複雑な数値計算を行う場合，データを作成してから，それをグラフ化することがしばしば ある．次に，インパルスのデータを作成した後，グラフ化する例をリスト2に示す． 1 #include <stdio.h>
2
3 int main(void){
4 FILE *data, *gp;
5 int i, imax=20;
6 double x=-5.0, dx, y;
7 char *data_file;
8
9 /*------ データファイル作成 ---------- */
10
11 data_file="out.dat";
12 data = fopen(data_file,"w");
13
14 dx=10.0/imax;
15
16 for(i=0; i<=imax; i++){
17 if(x<-1){
18 y=-1.0;
19 }else{
20 y=1.0;
21 }
22
23 fprintf(data,"%f\t%f\n", x, y);
24 x+=dx;
25 }
26
27 fclose(data);
28
29 /*------ グラフの作成 ---------- */
30
31 gp = popen("gnuplot -persist","w");
32 fprintf(gp, "set xrange [-5:5]\n");
33 fprintf(gp, "set yrange [-1.5:1.5]\n");
34 fprintf(gp, "set pointsize 2\n");
35 fprintf(gp, "plot \"%s\" using 1:2 with linespoints 1 4 \n", data_file);
36 pclose(gp);
37
38 return 0;
39 }
4.3.3 setコマンドを使った例
もう少し複雑な，setコマンドを駆使した例をリスト3に示す． 1 #include <stdio.h>
2 #include <math.h>
3 void mk_triangle_data(char *a, double x1, double x2, int n);
4 void mk_graph(char *f, char *xlb, double x1, double x2,
5 char *ylb, double y1, double y2);
6
7 /*==========================================================*/
8 /* main function */
9 /*==========================================================*/
10 int main(void){
11
12 double pi = 4*atan(1);
13
14 mk_triangle_data("out.txt", -2*pi, 2*pi, 1000);
15 mk_graph("out.txt", "x", -2*pi, 2*pi, "y", -3, 3);
16
17 return 0;
18 }
19
20 /*==========================================================*/
21 /* make a data file */
22 /*==========================================================*/
23 void mk_triangle_data(char *a, double x1, double x2, int n){
24 double x, dx;
25 double y1, y2, y3;
26 int i;
27 FILE *out;
28
29 dx = (x2-x1)/n;
30
31 out = fopen(a, "w");
32
33 for(i=0; i<=n; i++){
34 x = x1+dx*i;
35 y1 = sin(x);
36 y2 = cos(x);
37 y3 = tan(x);
38
39 fprintf(out, "%e\t%e\t%e\t%e\n", x, y1, y2, y3);
40 }
41
42 fclose(out);
43 }
44
45 /*==========================================================*/
46 /* make a graph */
47 /*==========================================================*/
48 void mk_graph(char *f, char *xlb, double x1, double x2,
49 char *ylb, double y1, double y2)
50 {
51
52 FILE *gp;
53
54 gp = popen("gnuplot -persist","w");
55
56 fprintf(gp, "reset\n");
57
58 /* ------- set x grid ---------*/
59
60 fprintf(gp, "set grid\n");
61
62 /* ------- set x axis ---------*/
63
64 fprintf(gp, "set xtics 1\n");
65 fprintf(gp, "set mxtics 10\n");
66 fprintf(gp, "set xlabel \"%s\"\n", xlb);
67 fprintf(gp, "set nologscale x\n");
68 fprintf(gp, "set xrange[%e:%e]\n", x1, x2);
69
70 /* ------- set y axis ---------*/
71
72 fprintf(gp, "set ytics 1\n");
73 fprintf(gp, "set mytics 10\n");
74 fprintf(gp, "set ylabel \"%s\"\n", ylb);
75 fprintf(gp, "set nologscale y\n");
76 fprintf(gp, "set yrange[%e:%e]\n", y1, y2);
77
78 /* ------- plat graphs ---------*/
79
80 fprintf(gp, "set terminal x11\n");
81
82 fprintf(gp, "plot \"%s\" using 1:2 with line,\
83 \"%s\" using 1:3 with line,\
84 \"%s\" using 1:4 with line\n", f, f, f);
85
86 fprintf(gp, "set terminal emf\n");
87 fprintf(gp, "set output \"tri.emf\"\n");
88
89 fprintf(gp, "replot\n");
90
91 pclose(gp);
92 }
ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志 Yamamoto Masashi
2006-02-13