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あやかうえや
5 years ago
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1 University of Electro-Communications Human Interface section 基礎プログラミングおよび演習第 1 回担当 : 階 522/520

2 University of Electro-Communications Human Interface section 自己紹介 & 研究室紹介

3 自己紹介 & 研究室紹介長谷川晶一高校 1 年のときに初めてプログラミング MS-DOS のバッチファイル C 言語 C++ 言語大学サークルでバーチャルリアリティ作品を作る会社 (SONY) でデジタルテレビのソフトを作る (100 人で開発 ) 大学に戻りバーチャルリアリティ研究者になるバーチャルリアリティコンテスト 1996 の様子最近の状況は研究室 URL

5 プログラミングの紹介 University of Electro-Communications Human Interface section

6 プログラミングの重要性自律ロボットの研究はプログラム作成時間が半分以上ラジコンならばソフトウェアがなくても動く自分で判断して動くロボットではソフトが主役たとえば家庭用ロボットの研究開発

7 コンピュータ (= 計算機 ) とは計算 = ややこしい処理をする機械プログラムに従って動作する階差機関 (Charles Babbage 1791~1871) の復元数表の計算と印刷解析機関 (Charles Babbage 1791~1871) を作ったものプログラム可能なコンピュータコンピュータの歴史

8 プログラムとはコンピュータの動作を決める手順書ジャガード織機 (wikipedia より )

9 PC とロボットとプログラム PC の構成キーボード USB マウス CPU メモリビデオメモリ GPU ディスプレイ制御マイコンの構成ポテンショメータ A/D コンバータ CPU メモリアナログモータドライバ D/A コンバータロボットスイッチ / ソレノイドエンコーダ PWM モータドライバパラレル I/O カウンタ

10 CPU とメモリ CPU の動作 1. 命令カウンタを 1 増やす 2. メモリの命令カウンタのアドレスから命令を読み出す 3. 命令に従って計算するメモリから読みして計算してメモリに書き戻す命令によっては命令カウンタを書き換えることもある ( ジャンプ ) CPU 命令カウンタ命令レジスタアドレス命令メモリプログラム計算ユニット 3FFFFFFE 3FFFFFFF

11 プログラムの表現 add r0 61 sub r1 sub r1 jmp r2 アセンブラメモリプログラム ( アセンブリ言語 ) 人に分かりやすいように命令を意味のある単語に置き換えたものプログラム ( マシン語 ) 命令レジスタに読みだす値を並べたもの

12 プログラムの表現高級言語 (C 言語,BASIC,Perl,Ruby ) コンピュータが実行できる言語でかつ人が読み書きしやすい, わかりやすい言語 int main(){ printf( Hello, world! ); return 0; コンパイラ } C 言語 ( ソースコードファイル ) mov r0 61 sub r1 sub r1 jmp r2 アセンブラアセンブリ言語実行形式マシン語

13 なぜ C 言語人にわかりやすいプログラムのための言語はたくさんある ( 暇な人はHello_world.htmを参照 ) が C 言語はなんにでも使える実行形式を小さくできる家電製品などの組込マイコンなどでも使える実行速度が高速な実行形式を作ることができる OS( オペレーティングシステム ) の中核部に使えるわりと人にもわかりやすい大規模なプログラムの開発にも使えるみんなが使っている入門用としてはちょっとむずかしめの言語です

14 その他の言語 C++ Java FORTRAN Ruby, PHP C 言語を拡張オブジェクト指向 Sunが作ったC++ に似た言語どこでも動くのが特徴スパコン用最適化が効きやすい Webサーバで動くサービスに多いシェルスクリプト (Unix), バッチファイル (Windows) 使えるとOSがちょっと便利になる C# Microsoftが作ったC++ に似た言語 SunのJavaに対抗して作った Visual Basic Microsoft Officeのスクリプトなど

15 プログラミングの手順 University of Electro-Communications Human Interface section

16 プログラミングの手順ビルド : ソースコードから実行形式を作ること C 言語 ( ソースコードファイル ) int main(){ ビルド printf( Hello, world! ); コンパイラ return 0; +アセンブラ } (gcc) プログラム開発の手順 1. ソースコードを書く 2. ビルドする 3. 実行してみる問題があったら問題があったらプロセスメモリ実行形式ファイル実行形式ファイルをメモリにロードして実行 OS (Mac OS Xの FinderやTerminal)

17 プログラム開発の実際 Xcode ビルドと実行とデバッグをするための開発環境テキストエディタコンパイラ (gcc) デバッガ (gdb) デバッグデバッガとは? デバッグ : プログラムが正しく動作するように修正することデバッガ : 修正を助けるプログラムプログラムを 1 行ずつ実行して動作の様子を見ることなどができる

18 開発環境の起動画面下のメニュー (Dock) のファインダーをクリック一番上のメニューから移動ーコンピュータを選ぶ

19 Xcode を起動する開発環境の起動 System-Developer-Application-Xcode

20 Dock に登録 Dock メニューの Xcode を右クリックして Dock に保存しておくと便利

21 Xcode の設定初めて Xcode を起動したときにだけ出てきます次へと完了で OK です

22 新規プロジェクトの作成プログラムを作るプロジェクトの作成

23 新規プロジェクト ( コマンドライン ) 授業では Command Line Tool-Standard Tool を使いますほかは使いません

24 新規プロジェクトに名前をつける英字で始まり英数字で名前をつけます名前は何でもかまいませんがここでは課題 1ということで ex1にします提出課題には通し番号がついています

25 プロジェクトの構成プロジェクトの構成が示されます main.c というファイルから ex1 が作られます

26 main.c の中身です Hello world! と表示するだけのプログラムを作る C 言語のソースコードになっています main.c の中身

27 プログラムのビルドと実行ビルドで Xcode が gcc を使ってビルドしてくれるビルドして実行でそのまま実行できるプログラムの出力 & プログラムへのキー入力

28 ターミナルからプログラムを実行 Finder でユーティリティフォルダのターミナルを起動ターミナルで cd ex1/build/debug と入力 ls と入力./ex1 と入力このex1がXcodeで作ったプログラム実行すると Hello, World! と表示が出る

29 C 言語の基本 #include <stdio.h> int main(int argc, const char* argv[]){ // insert code here printf ( Hello, World! n ); return 0; } 標準入出力機能 (standard I/O) を使うことを宣言メインのプログラムの始まりコメント Hello, World! と表示メインから戻るメインのプログラムの終わり灰色青黒 : なくてもいいところ : ないとだめだけれど後で説明する部分 : 今回説明する部分

30 C 言語の基本 #include <stdio.h> int main(int argc, const char* argv[]){ // insert code here printf ( Hello, World! n ); return 0; } // insert code here printf ( Hello, World! n ); return 0; C 言語ではこの部分に書いたプログラムが上から順に実行されます // から行末までをコメントといいますコンパイラはコメントを読みません他の人がプログラムを読むときに助けなるようなことや自分のためのメモを書くために使いますこのコメントは Xcode が書いたコメントでここにコードを挿入してくださいということです

31 C 言語の書き方 // insert code here printf ( Hello, World! n ); return 0; printf という関数 (function: 機能 ) を呼び出しています printf( 出力したい文字列 ) ; 関数の名前関数の引数文の終わりをあらわすセミコロン関数 printf は文字列を出力します n は表示すると改行になる文字です Mac と PC でフォントが違うのでの代わりに = バックスラッシュになります

32 とりあえずいろいろ表示してみよう printf( と ); の間にいろいろな文字列を入れていろいろな文字列を表示するプログラムを作ってみてください #include <stdio.h> int main(int argc, const char* argv[]){ // insert code here printf ( Hello, World! n ); printf ( 2 Hello, World! ); printf ( 3 Hello, World! ); printf ( 3 Hello, World! ); printf ( n n n4 Hello, World! ); return 0; } 上から順に実行されます

33 ビルドがうまくいかない? いろいろ書いているとビルドがうまくいかないことが起こりえますたとえば次の例では #include <stdio.h> int main(int argc, const char* argv[]){ // insert code here machigai printf ( Hello, World! n ); return 0; } なぞの machigai という文字列がありますコンパイラ (gcc) がその旨を伝えるためにエラーメッセージを出します (xcode が表示します )

34 ビルド時のエラープロジェクトのエラーと警告を見るか main.c の赤丸印にマウスをあわせるとメッセージが見られます

35 エラーメッセージを読もう先ほどの例では error: `machigai undeclared (first use in this function) エラー :machigai は宣言されていません ( この関数の中ではここで初めて使われました ) と出ています C 言語にはまだお話していない文法がたくさんあるので意味が取りにくいと思いますですがコンパイラ (gcc) が machigai をどう解釈してよいかわからずなにか言っているこの行の machigai のあたりに何か問題があるようだということは判ると思いますメッセージはいろいろありますが必ずよく読んで意味を考えてください

36 エラーメッセージの例 #include <stdio.h> int main(){ printf ( Hello, World! n ); printf ( Hello, World! n ) } error:parse error before } token エラー : 語 } の前で構文解析エラーが起きました } の前に何かが足りないためにコンパイラ (gcc) が C 言語の解析 ( 解釈 ) ができなくなったと言っていますこの場合前の文の最後に足りない文字がありますね

37 エラーメッセージの例 #include <stdio.h> int main(){ printf ( Hello, World! n ); printf ( Hello, World! n); } error: missing terminating character エラー : 終わりの文字が必要です error:parse error before } token エラー : 語 } の前で構文解析エラーが起きました文字列の終わりのがないと言っていますコンパイラは ); も表示する文字列 (Hello World! n) の続きだと思ったようですこのため構文解析エラーも起きていますこのようにひとつの原因で複数エラーが出ることもありますエラーメッセージは最初の方から見て行きましょうひとつ直すと全部直ることもありますこまめにビルドしましょう

38 エラーメッセージの意味そのほかのエラーメッセージについては C 科大久保先生のページ /error.html を見てください MacOS の gcc は日本語のエラーメッセージを出してくれません Windows の場合 Visual C++ / Borland C++ / cygwin の gcc で日本語のメッセージが出ます

39 関数をもうひとつ上から順に実行されることを確かめるためにもう 1 つだけ関数を覚えましょう #include <stdio.h> int main(){ printf ( Plase hit ENTER key n ); getchar(); printf ( Thankyou n ); } 1 文字入力 [ENTER] キーが押されるまでキーボードからの文字入力を待ちます [ENTER] が押されたら最初に入力されたキーを読み出します

40 順番に実行される様子を見るいろいろ変えてみて様子を見てください #include <stdio.h> int main(){ printf ( Plase hit ENTER key 3 times. n ); getchar(); getchar(); getchar(); printf ( Thankyou n ); printf ( Plase hit ENTER key 2 times. n ); getchar(); getchar(); printf ( Thankyou n ); }

41 プログラムのデバッグビルドがうまくいってもプログラムが思ったように動作しないこともありますデバッグデバッガとは? デバッグ : プログラムが正しく動作するように修正することデバッガ : 修正を助けるプログラムプログラムを1 行ずつ実行動作の様子をゆっくり見ることなどができる

42 デバッグの実際メニューからデバッガを選んでデバッガを起動

43 ブレークポイントを設定デバッグブレークポイントを設定してデバッグを始めるとプログラムがブレークポイントのところで止まる int main(. の行にブレークポイントを設定してデバッグを開始してみてください

44 デバッグステップ実行ブレークポイントで止まった後はステップオーバーで 1 行ずつ実行して様子を見ることができます参考 main が終わってもしばらくプログラムは続きます C 言語のソースがないのでアセンブリ言語やマシン語が表示されます驚かないでステップインを選ぶと関数の中にどんどん入っていきます printf の中身が全部わかるためには結構勉強が必要です

45 課題提出 Web サイト課題と提出ここをクリックして指示に従って Web のアカウントを作るパスワードを設定させられます一度ログアウトしてからログインしなおすよう指示されます

46 ログインここに設定したユーザ名とパスワードをを入力

47 ユーザー情報の編集ログインしたらユーザ情報を書き入れて下さいメールアドレスを間違えないように授業の連絡に使います

48 課題の提出資料課題一覧に毎回の授業の資料と課題を用意しますまずここをクリック課題の説明と提出課題の説明と提出授業の説明と授業で使用した資料へのリンク

49 成績について出席課題試験で成績をつけます出席課題提出 Web サイトのログイン時に出席を記録します授業中に教室から必ず一度ログインしてください教室外からでもログインできますがどこからログインしたか記録していますのでご注意を課題次の授業までに提出してください間に合わない場合はそれ以降でも出してください他の人のプログラムの丸写しはだめです必ず自分で作ってください ( 簡単にチェックできます ) 試験期末試験をする予定です

50 プログラミング上級者の方へすでに C 言語でプログラムを作ったことがありポインタも構造体も使ったことがあって授業や演習の内容が退屈な人もいるかもしれませんそのような方は困っている人を助けてあげてください作ってあげるのではなくて教えてあげることが勉強になります人のプログラミングを後ろからみて邪魔せず手伝えれば一流です課題は一応出してください課題より高度なプログラムを出していただいてもかまいませんそれでも退屈な方には OpenGL を勉強することをお勧めしますを見て自習してください Xcode の場合プロジェクトに GLUT Framework を追加しソースに #include <GLUT/glut.h> と書けば GLUT が使えます

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Microsoft PowerPoint - bp02.ppt University of Electro-Communications Human Interface section 基礎プログラミングおよび演習第 2 回担当 : 長谷川晶一 @5 階 522/520 復習 C 言語の基本 #include int main(int argc, const char* argv[]){ // insert code here printf