2 変数のスコープ

変数はデータを記憶するためのもの--記憶領域に名前をつけたもの--である．それには，いろいろ便利な仕組みがある．それらの仕組みは，(1)大規模なプログラムを効率的に記述，(2)メモリー--記憶領域--を節約，(3)高速に動作させるためにある．諸君が作る小さなプログラムであればあまり恩恵はないが，将来必ず役に立つときがくる．

2.1 宣言の場所と有効範囲

変数は，宣言する場所によって有効範囲が異なる．この有効範囲のことをこれを変数のスコープ(scope:範囲)という．有効範囲というのは，プログラム中で変数が使える場所のことである．具体的には，その変数を使って計算したり，表示することができる範囲で

printf("%f", hogehoge);

のように書いてもエラーにならない範囲である．

変数を宣言する場所，次の3箇所と考えてよい．

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²--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．これをしっかり理解せよ．

これが理解できたならば，図1のプログラムの実行結果が，以下のようになることが分かるであろう．自分でこのプログラムの動作を追ってみよ．

$\fbox{実行結果}$

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

**図 1:** 変数のスコープ(有効範囲)
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/scope.eps}$

どのような理由で，変数は宣言する場所でスコープが異なるのであろうか?．ちょっと考えると，グローバル変数だけでよいように思える．小さなプログラムであれば，グローバル変数だけでよい．実際，グローバル変数しかないプログラミング言語もある．このようなプログラミング言語は，大きなプログラムを作ることは不可能で，ちょっとした小さなプログラム専用である．なぜならば，グローバル変数だけだと，同じ変数名を使うことができず，変数名の命名に大変苦労する．C言語のように宣言する場所で，変数のスコープが異なると，同じ変数名を使うことができる．メイン関数で「hogehoge」と言う変数を使っていても，他のユーザー定義関数などで「hogehoge」を使っても，異なった物として取り扱ってくれる．これは，便利な機能で複数のプログラマーがそれぞれ関数を作成してひとつのプログラムを作る場合，各人が勝手な変数名を使うことができる．最初の疑問「変数宣言の場所でスコープが異なる理由?」の答えは，同じ変数名を使えることにするためで，それにより大規模なプログラムが開発できるようにしている．

それでは，「グローバル変数とローカル変数で同じ変数名を使った，どちらが実際使われるのか?」ということになる．そのため，同じ変数名には優先順位がある．優先度の高い順に並べると，(1)ブロック内宣言の変数，(2)ローカル変数，(3)グローバル変数となる．これを理解するために，同じ変数名を使ったプログラムをリスト1に示す．

   1 #include <stdio.h>
   2 
   3 void test(void);               // プロトタイプ宣言
   4 
   5 int hoge=999;
   6 
   7 //===============================================
   8 // メイン関数
   9 //===============================================
  10 int main(void){
  11   int i;
  12 
  13   printf("hoge at main = %d\n", hoge);
  14 
  15   test();
  16 
  17   for(i=1; i<2; i++){
  18     int hoge=888;
  19     printf("hoge at for loop = %d\n", hoge);
  20 
  21   }
  22 
  23   return 0;
  24 }
  25 
  26 
  27 //===============================================
  28 // test  ユーザー定義関数
  29 //===============================================
  30 void test(void){
  31   int hoge=777;
  32 
  33   printf("hoge at test = %d\n", hoge);
  34   
  35 }

このプログラムを実行した結果を以下に示す．変数のスコープと優先順位が理解できたなば，この実行結果に納得がいくだろう．

$\fbox{実行結果}$

hoge at main = 999
hoge at test = 777
hoge at for loop = 888

2.3 グローバル変数の例

2.3.0.1 2つ以上の値を返す関数

これまで学習してきたユーザー定義関数は，返せる値はひとつのみであった．グローバル変数を使うと2つ以上の値を返すことができる³．その例をリスト 2に示す．プログラムの大事な点は次のとおりである．

6行目 double value1, value2; こえらの2つの変数はグローバル変数で，どこからでも値を読み出したり，書き込んだりできる．
32行目 value1=pow(a,b); を計算するC言語の関数．

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <math.h>
   3 
   4 void shisuu_kansu(double a, double b);     // プロトタイプ宣言
   5 
   6 double value1, value2;                     // global 変数
   7 
   8 //================================================================
   9 // メイン関数
  10 //================================================================
  11 int main(void){
  12   double a, b;
  13 
  14   printf("a^bとa^(-b)を計算します\n");
  15   printf("a?\t");
  16   scanf("%lf",&a);
  17   printf("b?\t");
  18   scanf("%lf",&b);
  19 
  20   shisuu_kansu(a, b);
  21 
  22   printf("a^b = %f\n", value1);
  23   printf("a^(-b) = %f\n", value2);
  24   
  25   return 0;
  26 }
  27 
  28 //================================================================
  29 // ユーザー定義関数     a^bとa^(-b)を計算
  30 //================================================================
  31 void shisuu_kansu(double a, double b){
  32 
  33   value1=pow(a,b);
  34   value2=pow(a,-b);
  35 
  36 }

$\fbox{実行結果}$

x^aとx^(-a)を計算します
x?      6.3
a?      1.35
x^a = 11.998024
x^(-a) = 0.083347

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

Yamamoto Masashi
平成18年11月10日

2 変数のスコープ

2.1 宣言の場所と有効範囲

2.2 優先順位

2.3 グローバル変数の例

2.3.0.1 2つ以上の値を返す関数