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る。

3.1 C言語の基礎

• C言語では、大文字と小文字は、区別される。変数名 hogehogeと Hogehoge、hoGehogeは異なる。
• 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 ものである。これは、人間のためのもので、コンパイラーは無視する。 /*〜*/で囲まれた部分が、コメント文となる。行をま たいでも、それは有効である。
• 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ある。名 前に用いることができる文字は決まっている。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「_」である。
• Cはフリーフォーマットで記述でききるので、文の区切りの記号が必要 である。その区切りの記号にセミコロン「;」を用いる。
• コンピューター内部では、\(バックスラッシュ) と￥(円マーク)の取り扱いは全く同じです。
• {と}は対応しており、{と}で囲まれた部分は、一つの処理のまと まり(ブロック)を表す。
• プログラムはmain()関数から実行される。
• 基本的には、プログラムは上から下へと処理の動作が行われる。

3.2 データの型

• 変数は、値を入れておく箱のようなものである。1つの変数に1個の値 を入れておく(記憶)ことができる。
• 変数を使う場合、実行文に先立って、その宣言を行う必要がある。
• 変数は定義してから用いなくてはならない。型と変数名を指定することにより、 変数の定義ができる。これは、プログラムを実行するときに必要な領域を確保す るために必要で、コンパイラーが実行ファイルを作るときに使う。
• 使用頻度が高い型は、以下の通りである。
  
  

  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る。ローカル変数とグローバル 変数があり、適用範囲が異なる。
  
  

  	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、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 演算子

• C言語で使われる演算子で分かりにくいものを表1 にまとめておく。
  

  表 1: 分かりにくい演算子

  種類	演算子	機能	使用例	備考
  算術演算子	%	剰余(余り)	c=a%b	除算の余りを計算
  関係演算子	==	等しい	if(a==b)	a==bの演算結果は、0 or 1
  	!=	等しくない	if(a!=b)	a!=bの演算結果は、0 or 1
  論理演算子	!	否定	if(!a)	!aの演算結果は、0 or 1
  	||	論理和(or)	if(a || b)	a || bの演算結果は、0 or 1
  	&&	論理積(and)	if(a && b)	a && bの演算結果は、0 or 1
  代入演算子	=	代入	b=a	右辺の式の値を左辺の変数に代入
  	a+=b		b=a	a=a+bと同じ
  	a-=b		b=a	a=a-bと同じ
  	a*=b		b=a	a=a*bと同じ
  	a/=b		b=a	a=a/bと同じ
  その他	++	インクリメント	a++	a=a+1と同じ
  	-	デクリメント	a-	a=a-1と同じ

  
  
• 論理演算では、0が偽(誤り)で 1が真(正しい)となる。
• 0と1以外で論理演算を行った場合、0のみが偽として取り扱われ、非0は真となる。

3.4 キーボード入力、ディスプレイ出力

3.4.1 scanf()関数

• キーボードから、値(文字や数値)を読み込むために、 scanf()関数を使う³。読 み込んだ値は、変数に格納される。
• scanf()関数の記述の仕方は、次の通りである。

  scanf("変換仕様の並び ", &変数名, &変数名, $\cdots$, &変数名);

• 変換仕様とは、キーボードから入力されたものがどのような値か判断 するために使う。主なものは以下の通りである。
  

  1文字	%c
  整数	%d
  小数	%lf
  指数形式	%e

• 変数名は、先頭に&をつける必要がある⁴。

3.4.2 printf()関数

• ダブルクォーテーションで囲まれた部分 ("出力の並び") に、ディスプレ イに表示したい文字列や変数の変換仕様を記述する。変換仕様は対応す る変数の出力方法を決めるものである。

  printf("出力の並び", &変数名, &変数名, $\cdots$, &変数名);

• 使用頻度の高い変換仕様は、以下の通りである。
  

  1文字	%c
  整数	%d
  小数	%f
  指数形式	%e

• 整数の表示桁数を調整するときは、変換仕様%dの %とdの間に、表示したい桁数を記述する。
• 少数部の桁を調整するときは、変換仕様%fの%と fの間に、「.桁数」と記述する。
• 改行したい場合は、改行したい場所に「\n」を記述 する。
• データの区切りにタブ(Tab)が使われることが多い。タブを入れたいときには、 「\t」を記述する。タブとは適当な空白のこと。

3.5 制御文

• 通常、プログラムは上から下へと実行される。しかし、条件に従い実行の流れを 変えたい場合がある。そのような場合、制御文をつかう。制御文には、分岐と繰り 返しがある。
• 分岐には if 文と switch 文がある。ただし、switch 文は滅多に 使われない。
  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. switch(式)
     • 余り使われないので、説明は省く。
• 使用頻度の高い繰り返し文は、次の3個である。
  1. 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。

     
     
     
     

        1 #include <stdio.h>
        2 int main(void){
        3   int a, b;
        4 
        5   a = 0; 
        6   b = 0;
        7 
        8   for(a=1; a<=100; a++){
        9     b += a;
       10   }
       11 
       12   printf("b = %d\n",b);
       13 
       14   return 0;
       15 }
     

     
     
     
  2. do{文}while(継続条件式);
     • 実行順序は、以下の通り。

       (1)

       文を実行

       (2)

       継続条件式が真ならば(1)へ戻り、偽ならば do文は終了

     
     
     
     

        1 #include <stdio.h>
        2 int main(void){
        3   int a, b;
        4 
        5   a = 1;
        6   b = 0;
        7 
        8   do{
        9     b += a;
       10     a++;
       11   }while(a<=100);
       12 
       13   printf("b = %d\n",b);
       14 
       15   return 0;
       16 }
     

     
     
     
  3. while(継続条件式){文};
     • 実行順序は、以下の通り。

       (1)

       継続条件式が偽ならば、while文は終了。新な らば、(2)へ

       (2)

       文を実行

       (3)

       (1)へ戻る

     
     
     
     

        1 #include <stdio.h>
        2 int main(void){
        3   int a, b;
        4 
        5   a = 1;
        6   b = 0;
        7 
        8   while(a<=100){
        9     b += a;
       10     a++;
       11   }
       12 
       13   printf("b = %d\n",b);
       14 
       15   return 0;
       16 }
     

     
     
     

3.6 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。

3.7 ポインター

この辺はテストにでないが、以下について理解して欲しい。

• 通常の変数には整数や実数の値を格納するが、ポインターにはアドレスを格納す る。
• ポインターの宣言には、型名とアスタリスク(*)を付ける。

  	
  	int *pi;	
  	double *px;
  

• 変数のアドレスを取り出すには、変数名の前にアンパサンド(&)をつける。 &はアドレス演算子である。

  	pi=&i;	
  	px=&x;
  

• ポインターが示しているデータの値を取り出すためには、ポインター変数の前に アスタリスク(*)をつける。*は間接参照演算子である。

  	
  	j=*pi;
  	y=*px;
  

3.8 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。
  
  
  

     1 #include <stdio.h>
     2 
     3 戻り値の型　hogehoge(引数の型と名前);
     4 
     5 /*-----------  main function ----------------------*/
     6 int main(void){  
     7   文;  
     8   a = hogehoge(実引数)
     9   文;	
    10   return 0;
    11 }
    12 
    13 /* ---------- user defined function ----------------*/
    14 戻り値の型　hogehoge(仮引数の型と名前){
    15   文;
    16   return(式);
    17 }
  

  
  
  
  • 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。

3.9 プリプロセッサー

• コンパイルに先立って、ソースプログラムを整形する機能をプリプロセッサーと 言う。プリプロセッサーは、必ず#から始まる。
• #include文は、引き続くファイルがそこに展開される。
• #define文は、文字の置き換えに使われる。

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