4 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．

4.1 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，このコメント文は有効である．また，//と書くと，これ以降， 行末までがコメント文になる．
• 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．

4.2 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;

• データの型を変更したい場合，明示的な型変換(キャスト)を使う．例えば，整数 型のデータ i と j の除算などに便利である．i=3, j=4として， i/jを計算すると 0 になってしまいプログラマーの意図したとおりに動 作しない．(doubel)iとして，整数型の変数の値を一時的に倍精度実数にして 計算する--ことにより問題が解決できる．
• 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．

4.3 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．

4.4 キーボード入力，ディスプレイ出力

4.4.1 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．

4.4.2 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．

4.5 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 }
     

     
     
     

4.6 配列

• 同じようなデータが多くある場合，配列を使う．多くのデータ に一つずつ名前をつけると大変である．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する? 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理解できるであろう．
  • 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]

  このように宣言するだけで，10000個の倍精度実数を記憶する領域を使うことあで きる．データにアクセスするためには，変数名と整数の添字のあたいを指定する．
• 配列を使う場合も宣言が必要である．以下にその例を示す．

  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から始まる．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]である．
• 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 み書きが単純化である．そして，高速である．

4.7 関数

• C言語は，関数の集まりだ．その中でmain関数は特別で，そこからプログラムは，実 行される．
• プログラマーが関数を作成する場合，以下のように記述する．ここでは， hogehogeがプログラマーが作成した関数である．
  
  
  

     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 }
  

  
  
  
  • 3行目が関数のプロトタイプ宣言である．関数名，戻り値や引数の型を宣言 している．
  • 8行目で関数hogehogeを呼び出している．
  • 14〜17行で，関数hogehogeの定義を行っている．
  • 関数の戻り値は，16行目のreturnの後の式の値となる．
• 変数には有効範囲(スコープ)がある．それは，変数を宣言する場所で決まる．変 数を宣言するおもな場所は次の通りである．
  • 全ての関数の外側，プログラムの先頭付近で宣言した変数は全ての関数で 有効である．これをグローバル変数と呼ぶ．
  • 関数の先頭で宣言した変数は，その関数内のみで有効である．これを， ローカル変数と呼ぶ．また，関数の仮引数もローカル変数である．
  • コードブロック--{    }で囲まれた部分⁵--の先頭で宣言した変数は，そのブロック内のみで有効 になる．これもローカル変数のひとつであるが，ここではブロック 内宣言の変数と呼ぶことにする．
  この3つの変数宣言の場所とスコープの関係をを図1に示す．スコー プが理解できれば，このプログラムの実行結果が次のようになることが分かるだ ろう．
  
  
  

  	fuga at	main = 222
  	hoge at main = 111
  	foo at test = 333
  	foo at test = 111
  	bar at for loop = 444
  	bar at for loop = 444
  

• 関数へのデータの渡し方に，2種類ある．
  
  

  	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する．仮引数 は，実引数の値がコピーされる．呼ばれた関数が処理を行っても，呼び 出した側の実引数の変数には，影響がない．
  	アドレス渡し	呼び出す側の実引数は，ポインター(アドレス)である．呼ばれる側は，ポ インター変数を用意して，実引数のポインター(アドレス)を受け取る．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る．

• 関数へ配列を渡す場合は特別で，アドレス渡しになる．実引数は配列名 ⁶，仮引数は配列にする． ただし，多次元配列の場合，仮引数の左端の要素数は書かない．

図 1: 変数のスコープ(有効範囲)

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