C言語入門

2001年後期情報処理演習I (火曜1限)

■ C言語入門(1)

C言語入門

参考書として，98年度の大阪市立大学インターネット講座「ＵＮＩＸで学ぶＣ言語」をあげておく．

簡単なC言語のプログラム

main()
{
        int i;
        for (i = 0 ; i < 10 ; i = i + 1) {
                printf("count %d\n", i);
        }
}

Cのプログラムは，main関数から実行される．とりあえず，最初はmain関数しか使わない．

main()
{
        関数の中身
}

疑似言語との主な違い

正確に書かないと，コンパイルできない
思ったように動くのではなく，書いてある通りに動く :-)

疑似言語 C言語

変数型がない型がある．使う前に宣言が必要

配列型がない型がある．使う前に要素の数を決めておく必要がある．宣言が必要

定数型がない型がある

変数への代入 ← = (イコール1つ)
演算 +, -, *, /, % 等整数型で演算すると，結果は切り捨てられる

比較 = == (イコール2つ)

比較 ≠ !=

論理演算 A かつ B A && B

論理演算 A または B A || B (縦棒2つ)

関数 input() scanf(...) 等

関数 output(...) printf(...) 等

制御構造 if, while 同じ

制御構造 for (i ← A ... B) for (i = A ; i <= B ; i++)

文末特になし文の終わりには，; (セミコロン)が必要

コメント

/* ～ */ で囲まれた部分は，コメントとして扱われる．
コンパイラは，コメントを無視する．
"文字列"の中以外では，どこにでも書ける．
積極的にコメントを書いて，プログラムを読みやすくするべき．
教室の環境では，コメントとして日本語も書ける．

/* This is sample program */
main()
{
        /* main関数の中身 */
}

変数

変数は宣言が必要．

基本的な型

整数型 int 4バイト -2,147,483,648～2,147,483,647

long 4バイト -2,147,483,648～2,147,483,647

short 2バイト -32,768～32,767

char 1バイト -128～127

実数型 float 4バイト -3.40282*10³⁸ ～ 3.40282*10³⁸

double 8バイト省略(倍精度)

(注意：実数といっても，無限の精度があるわけではない)

変数の宣言は，関数の最初で行う．(本当は { の後ならどこでも良い)
変数の方は，変数がとりうる値の種類に応じて選ぶ．基本的に，今のところは int と float がメイン
変数の宣言は，型名の後に変数名を書く．
変数名は，アルファベットと数字, _ (アンダースコア)が使える．ただし，先頭に数字は使えない．できるだけ分かりやすい変数名をつけること．
幾つでも続けて宣言できる．

main()
{
        int i;          /* int 型の変数 i の宣言 */
        int j;          /* int 型の変数 j の宣言 */
        long x, y, z;   /* long 型の変数3つ x, y, z の宣言 */
        ....
}

printf関数

C言語では，全ての入力(キーボードやファイルから)や出力(画面やファイルへ)を，関数を用いて行う．

printf関数は，画面に出力するための関数で，疑似言語の output にほぼ対応する．

/* output("i = ", i, "j = ", j) に対応 */
printf("i = %d j = %d\n", i, j);

文字列は "ダブルクオート" で囲む．
C言語では，文字列中の \n は，改行を意味する．
最初の引数 "count %d\n" の部分が表示される．
%d は，その次の引数をここに埋め込んで表示するという意味．

よく使われる特殊文字．C言語では，文字列中の \ は特別扱いされる．

\n 改行

\t タブ

\" ダブルクオート(文字列中に"を入れるために使う)

\\ バックスラッシュ(文字列中に\を入れるために使う)

(注意) \ はもともとバックスラッシュであるが，日本の計算機では円記号で表示される場合がある．

printf での書式指定文字(当面使うもののみ)

%d 10進数で表示

%f 実数として表示

%3d 3桁の10進数

%6.2f 6桁の実数(小数点以下2桁)

printf("count %d %d\n", i, i * 10)

演習

i, j の二つの整数型変数に，適当な値を代入し，それらの和，差，積，商を表示するプログラムを書け．また，i, j を実数に変更して実行してみよ．

scanf関数

scanf関数は，キーボードから入力を行う関数，疑似言語の input にほぼ対応する．

int i;
float f;
double d;

/* i ← input() に対応 */
scanf("%d", &i)     /* i に整数値を入力する */
/* f ← input() に対応 */
scanf("%f", &f)     /* f に実数値を入力する */
/* d ← input() に対応 */
scanf("%lf", &d)    /* d に実数値を入力する */

&を忘れないように．& の意味は今は気にしない．
printf と異なり，書式指定文字列(%?)以外は書かない．

main()
{
        int i;
        print("Input an integer: ");
        scanf("%d", &i);
        if (i > 100) {
                printf("Too large\n");
        } else if (i > 50) {
                printf("Large\n");
        } else {
                printf("Small\n");
        }
        printf("End\n");
}

演習

  キーボードから2つの整数を入力し，それらの和，差，積，商を表示するプログラムを書け．
また，i, j を実数に変更して実行してみよ．

if文

条件の回りの括弧 () は必須
文の本体の中括弧 {} も必須(本当は，つけなくて良い場合もあるが..)

if (a == 0) {
        printf("a は 0 です\n");
} else {
        printf("a は 0 ではありません\n");
}

a = 10;
while (a > 0) {
        printf("a = %d\n", a);
        a = a - 1;
}

for文

C言語の for 文は，いろいろと複雑なことができるが，今は

/* for (i ← 0 ... 20) と同じ意味 */
for (i = 0 ; i <= 20 ; i++) {
        ...
}

の形だけ使う．間の ; (セミコロン) を忘れないように．

break文

疑似言語の「ループからの脱出」は break 文になる．

for (i = 0 ; i <= 20 ; i++) {
        if (i == 10) {
                break;  /* for 文を抜ける(XXX に飛ぶ) */
        }
}
/* XXX */

問題

九九の表を出力するプログラムを書け

2つの数を入力させ，それらの和，差，積，商を出力せよ． 2数として0,0が入力されるまで，この処理を続けよ．

配列

型名 配列名[要素数];

で宣言する．

int ryokin[10]; だと ryokin[0] ～ ryokin[9]までの10個のint型の変数ができる．
要素数には変数は使えない．定数のみ．
変数と同様，配列の要素の初期値は不定．
C言語では，添字(インデックス)の範囲のチェックは行われない． int ryokin[10]; に対して，ryokin[100] = 0; としてもコンパイラは文句をいわない．以下のプログラムを，実行する前にどのような結果が出るかを考えてから，実行してみよ．
main() { int a; int ryokin[10]; a = 1234; ryokin[10] = 2345; /* ryokin[10]は配列の範囲外! */ printf("a = %d\n", a); }

問題

数列

A[1] = 1
A[k] = 2 * A[k-1] + 3

の第100項を求めよ．

random関数

0 ～ 2³¹-1 までの間で乱数を発生させる関数．この関数を呼ぶ度に，乱数を返す．(a = random();)

ある範囲 (例えば0～5) の乱数が欲しいときは，6 で割った余りを使えば良い．randomが返す値は，実際は乱数のように見える数列．以下のプログラムを何回か実行してみよ．

main()
{
        int i;
        for (i = 1 ; i < 10 ; i++) {
                printf("%d\n", random());
        }
}

乱数の「種」を初期化するために，srandom関数がある．srandomの引数が，乱数の種になる．プログラムの実行の度に，なるべく異なった値を入れる．簡単に済ますには，time関数を使う．

time 関数は，1970年1月1日からの秒数を返す関数．time(0) の形で使うこと．int i; と for の間に，srandom(time(0)); を追加してみよ．

問題

0から9までの整数の乱数を100個発生させ，それぞれの出現頻度を表示せよ．乱数を1000個，10000個にしたときはどうなるか？

main()
{
        int i;
        int a;
        int hindo[10];
        /*・配列 hindo を御破算にする */
        for (i = 0 ; i <= 9 ; i++) {
                hindo[i] = 0;
        }
        /*・以下の処理を100回繰り返す(for) */
        for (i = 1 ; i <= 100 ; i++) {
                /* 0-9までの乱数を発生させる(aとする) */
                a = random() % 10;
                /* 配列 hindo を a に応じて +1 する
                (つまり，hindo[a] = hindo[a] + 1) */
                hindo[a] = hindo[a] + 1;
        }
        /*・hindoの中身を出力する */
        for (i = 0 ; i <= 9 ; i++) {
                printf("%d の頻度 : %d\n", i, hindo[i]);
        }
}

否定演算子(!)

「!(a == 0)」と書くと，「a == 0 でない」という意味になる(つまり，a != 0 と同じ)．

主に，if文やwhile文の条件で使う．

例: !(a == 0 && b == 0) (これは，論理的に a != 0 || b != 0 と同じ)

一般に，

!(A && B) ←→ !A || !B
!(A || B) ←→ !A && !B

が成り立つ．

while(永遠に)

疑似言語で無限にループするために while (永遠に) と書いたが，C言語では，while (1) あるいはfor (;;) と書けば良い．

main()
{
        while (1) {
                ...
        }
        /* こっちでも良い */
        for (;;) {
                ...
        }
}

#define

#define XXX YYY と書くと，以後の XXX が YYY に置き換えられてからコンパイルされる．

ある数値(例えば10)が，プログラム中で複数の個所で使われるような場合，例えば #define NUM 10 と書いておきと，後から変更するときに #define の行だけを変更すれば良いので便利．
プログラム中に突然数値が出てくると，他人には意味が分かりにくい．

#define 分かりやすい名前数値
としておき，「分かりやすい名前」を使えば，他人から読みやすいプログラムになる(重要)．
#define にはセミコロン(;)はつけない．
#define は通常行頭から書く．
XXX の部分が"文字列の中"に現れても，置換されない．
XXX を「マクロ」と呼ぶ．#define することを，「マクロを定義する」と呼ぶ．

#define NUM_OF_RANDOM 10

main()
{
        int i;
        for (i = 1 ; i < NUM_OF_RANDOM ; i++) {
                printf("%d\n", random());
        }
        printf("全部で %d 個の乱数を発生しました\n", NUM_OF_RANDOM);
}

文字の扱い方

コンピュータで扱うそれぞれの文字には，文字コードが割り当てられている．多くのコンピュータでは ASCIIコードと呼ばれる文字コードを使っている．

コンピュータは，内部的に文字コードという数値を使うことで文字を扱っている．

ASCIIコード表

0 NUL 1 SOH 2 STX 3 ETX 4 EOT 5 ENQ 6 ACK 7 BEL

8 BS 9 HT(タブ) 10 NL(改行) 11 VT 12 NP 13 CR 14 SO 15 SI

16 DLE 17 DC1 18 DC2 19 DC3 20 DC4 21 NAK 22 SYN 23 ETB

24 CAN 25 EM 26 SUB 27 ESC 28 FS 29 GS 30 RS 31 US

32 SP 33 ! 34 " 35 # 36 $ 37 % 38 & 39 '

40 ( 41 ) 42 * 43 + 44 , 45 - 46 . 47 /

48 0 49 1 50 2 51 3 52 4 53 5 54 6 55 7

56 8 57 9 58 : 59 ; 60 < 61 = 62 > 63 ?

64 @ 65 A 66 B 67 C 68 D 69 E 70 F 71 G

72 H 73 I 74 J 75 K 76 L 77 M 78 N 79 O

80 P 81 Q 82 R 83 S 84 T 85 U 86 V 87 W

88 X 89 Y 90 Z 91 [ 92 \ 93 ] 94 ^ 95 _

96 ` 97 a 98 b 99 c 100 d 101 e 102 f 103 g

104 h 105 i 106 j 107 k 108 l 109 m 110 n 111 o

112 p 113 q 114 r 115 s 116 t 117 u 118 v 119 w

120 x 121 y 122 z 123 { 124 | 125 } 126 ~ 127 DEL

改行(NL, New Line)等にもコード(10)が割り当てられている．

日本語の文字コードには日本語EUCコード，JIS漢字コード，シフトJISコード等が使われている．

C言語で文字を扱うためには char 型の変数を使うことが多い．char 型は，ASCII文字1文字を入れておくことができるサイズ．日本語の文字は入らない．

C言語では，'シングルクオート' で文字を囲むと，その文字のコードを表す．

char c;         /* 変数の宣言 */

c = 65;         /* A という文字を記憶 */
c = 'A';        /* シングルクオートして書いても良い(こちらのほうがベター) */
c = '\n';       /* 改行のコード10 */

c = 'AB';       /* これは許されない */
c = 'あ';       /* 日本語もダメ */

printf で文字コードを引数に与えて文字として表示するためには，%c を使う．

char c;         /* 変数の宣言 */

c = 'A';
printf("a の文字は %c, 文字コードだと %d\n", c, c);

標準入力と標準出力

多くのプログラムはキーボードから入力して画面に出力するようにできている．

UNIXでは，プログラムに変更を加えなくても入力装置(通常はキーボード)や出力装置(通常は画面)を簡単に切り替えることができる．

  % prog < file1               (キーボードの代わりに file1 から入力)
  % prog > file2               (画面の代わりに file2 へ出力)
  % prog < file1 > file2    (file1 から入力して file2 へ出力)

このため，プログラムの入力装置(普通はキーボード)を標準入力，出力装置(普通は画面)を標準出力と呼んでいる．多くのプログラムは，標準入力から入力を受取り，標準出力へ出力を行う．

例えばprintfは標準出力に書き出す関数．scanfは標準入力からフォーマットに従って入力を受け付ける関数である．

getchar関数とへッダファイル

標準入力から1文字入力するためにはgetchar関数を使う．入力した文字のコードが返り値になる．(ただしリターンキーを押さないと入力した文字がプログラムに渡されないことに注意)．

int a;          /* int 型の変数を使っていることに注意 */
a = getchar();  /* 1文字入力 */

標準入力には，「終わり」という概念がある．キーボードから「終わり」を入力するに Control-D を入力する(UNIX の場合)．
「終わり」になると，getchar 関数は EOF という値を返す．(実際は EOF はマクロで，-1 という値)．EOF は End Of File の意味．
getchar は -1 ～ 255 の値を返す．-1 が char の範囲に入りきらないので，int 型の変数に代入している．
Cのプログラムで，#include <stdio.h>と書くと，そこに stdio.h を取り込むという指示になる．stdio.h は UNIX では /usr/include/stdio.h にある．
～.h のファイルをへッダファイルあるいはインクルードファイルと呼ぶ．
stdio は STandard I/O (Input/Output) (標準入出力) という意味．C言語の標準的な入出力のための関数やマクロが宣言されている．
EOF は stdio.h で定義(#define)されているマクロなので，#include <stdio.h> がないとコンパイルできない．

/*
 * 標準入力から受け取った文字のコードを表示するプログラム
 * 入力が「終わり」になるまで続ける
 */
#include <stdio.h>        /* へッダファイルの取り込み */

main()
{
        int code;
        for (;;) {             /* break 文が実行されるまで繰り返す */
                code = getchar();
                if (code == EOF) { /* 「終わり」になったらループから脱出 */
                        break;
                }
                printf("%c のコードは %d です\n", code, code);
        }
}

/*
 * 標準入力から受け取った文字から空白の数を数えるプログラム
 * 入力が「終わり」になるまで続ける
 */
#include <stdio.h>        /* へッダファイルの取り込み */

main()
{
        int code;
        int count = 0;
        for (;;) {             /* break 文が実行されるまで繰り返す */
                code = getchar();
                if (code == EOF) { /* 「終わり」になったらループから脱出 */
                        break;
                }
                if (code == ' ') { /* 空白を見つけたらカウンタを増やす */
                        count++;
                }
        }
  	printf("Number of blanks = %d\n", count);
}

演習(スペースと行数を数えるプログラム)

標準入力から入力した文字のうち，スペース ' ' の数と行数を数えるプログラムを書け．

This is a pen(リターン)
That is a book(リターン)
(ここでControl-Dを入力)
スペースの数 = 6, 行数 = 2

行数を数えるには，改行('\n')の数を数えれば良い．

演習(行番号を付与するプログラム)

標準入力から入力した各行に行番号を付与するプログラムを書け．

This is a pen(リターン)
1: This is a pen
That is a book(リターン)
2: This is a book
(ここでControl-Dを入力)

k-abe@media.osaka-cu.ac.jp