C言語入門

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1 1 C 言語入門 第 3 週 プログラミング言語 Ⅰ( 実習を含む ), 計算機言語 Ⅰ 計算機言語演習 Ⅰ, 情報処理言語 Ⅰ( 実習を含む )

2 2 リダイレクト 先週の復習

3 3 出力のリダイレクト 書式 : コマンド > ファイル コマンドの出力をファイルに繋ぐ コマンド実行時の出力をファイルに保存出来る 例 : 第 1 週の hello.c について mintty + bash./a > hello_result.txt hello_result.txt hello, world コマンドプロンプト hello > hello_result.txt

4 4 printf 関数 値の表示

5 教科書 pp.61, 64-66, 値の表示 printf 関数を使う printftest.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int i = 128; double d = 123e-3; char s[] = "hello, world"; printf("i: %d n", i); printf("d: %f n", d); printf("s: %s n", s); return EXIT_SUCCESS; } いろんな値を表示できる mintty+bash+gcc $ gcc printftest.c &&./a i: 128 d: s: hello, world

6 教科書 pp.61, 64-66, printf 関数 int printf(const char *FORMAT,...); 引数 : FORMAT: 書式...: 任意の数の引数 戻り値 : 書き出された文字数 エラーの場合負の数 参考 : [1] pp

7 教科書 pp.61, 64-66, printf: 書式 %~ 変換文字までをフィールドと呼ぶび テンプレート ( 穴空き定規 ) ように扱われる フィールドは以下の要素から成る %[ フラグ ][ 最小フィールド幅 ][. 精度 ][ 長さ修飾子 ] 変換文字 printf("1 + 2 = %d n", 1 + 2); = n ここに int 型の整数型データとして解釈した 2 つ目の引数の値 ( 上記の例では 1+2 の計算結果 ) を符号付き 10 進数にして印字する 参考 : [1] pp

8 教科書 pp.61, 64-66, printf: フラグ -: 左揃えで印字 +: 数を符号付きで印字 スペース : 最初の文字が符号でない場合スペースを前に付ける 0: フィールド幅いっぱいに左側から 0 を詰める #: 別の出力形式を指定 o: 先頭の桁を 0 にする x: 0 でない結果の先頭を 0x にする e,f,g: 出力に必ず小数点を付ける g: 末尾の 0 を削除しない 参考 : [1] pp

9 教科書 pp.61, 64-66, printf: 最小フィールド幅 変換された引数は少なくともこの幅になる 必要ならもっと広い幅のフィールドに印字 変換された引数がフィールド幅よりも短い場合 padding(= 詰め物 ) が行われる padding は通常はスペース フラグに 0 が指定された場合は 0 が用いられる *: 次の引数の値を用いる 参考 : [1] pp

10 教科書 pp.61, 64-66, printf:. 精度. ( ピリオド ): フィールド幅と精度の分離子 (separator) 文字列に対しては印字する最大文字数 e,f の対しては小数点以下に印字すべき桁数 g に対しては有効数字の桁数 整数に対しては印字すべき最小桁数 ( 頭に 0 が付加される ) *: 次の引数の値を用いる 参考 : [1] pp

11 教科書 pp.61, 64-66, printf: 長さ修飾子 h: short または float として扱う l: long として扱う L: long double として扱う 参考 : [1] pp

12 教科書 pp.61, 64-66, printf: 変換文字 文字変換後の引数の型 d, i int; 符号付き10 進数 o int; 符号なし8 進数 x, X int; 符号なし16 進数 u int; 符号なし10 進数 c int; unsigned char に変換された後の単一文字 s char *; 文字列を文字列終端 (' 0') または指定された桁まで f double; [-]mmm.dddddd 形の10 進数 dの桁数は精度で指定 e, E double; [-]m.dddddde±xx 型の10 進数 dの桁数は精度で指定 g, G double; 指数が-4より小さいか精度以上の場合 %e それ以外は%f 扱い p void *; ポインタとして印字 ( 処理系依存 ) n int *; このprintfでここまでに書き出された文字数を引数に書き込む % % を印字参考 : [1] pp

13 教科書 pp.61, 64-66, printf の詳細 修正 & 追記 ここでは概略しか示せていないのと一部不正確な部分もあるので 詳細は bash から man コマンドを用いて以下の方法で確認すること mintty+bash man sprintf mintty+bash man 3 printf 邦訳は以下のページ 3 はマニュアルのセクション番号を意味する セクション 3 はサブルーチン ( つまりライブラリ関数 ) 関連のマニュアル printf はセクション 1 にもあるので sprintf かセクション 3 の printf を引く必要がある

14 教科書 pp.61, 64-66, printf のマニュアル導入 printf のマニュアルが引けない場合 以下のコマンドを mintty+bash から実行 mintty+bash apt-cyg install cygwin-doc cygwin-doc パッケージのインストール

15 15 演習 : 円の面積を計算せよ (1) 追記 area_of_a_circle1.c をダウンロードして /*WYCH1*/ の部分を書き変えることで以下のプログラムを完成させなさい /*WYCH2*/ /*WYCH3*/ の部分は次の演習で変更するので今はまだ書き変えない事 なお WYCH は Write Your Code Here を略している double 型の変数 r に円の半径を代入する 円の面積 S は公式 S = πr 2 を用いて計算し 結果は小数点以下 2 桁まで出力する 出力には printf と "%f" を用いれば良いが 前述の精度を設定する必要がある 円の面積を表示する前に 確認のため計算に用いる半径も表示する r に代入する半径はソースコードにリテラル値として直接埋め込む 異なる半径面積を計算したい時は ソースコードのリテラル値を書き変えてコンパイルし直すこととする 半径を 1~10 まで 1 刻みで増やして計 10 個の面積を計算せよ

16 教科書 p マクロ preprocessor のキーワード置換機能 書式 : #define マクロ名置換内容 定数等に名前を付ける際に使う macrotest1.c #include <stdio.h> #define MSG "world" void main() { printf("hello, %s n", MSG); } MSG はコンパイル前に "world" で置換される 修正誤 :area_of_a_circle1.c 正 :macrotest1.c

17 17 マクロ コンパイル時のオプション -D で外部から与えることも出来る macrotest2.c 普通はこのままコンパイルしても MSG がないためエラーになる mintty+bash+gcc $ gcc -DMSG=" "kou "" macrotest2.c &&./a hello, kou コマンドプロンプト +Borland C #include <stdio.h> void main() { printf("hello, %s n", MSG); } >bcc32 -DMSG=" "kou "" macrotest2.c && macrotest2 Borland C for Win32 Copyright (c) 1993, 2000 Borland macrotest.c: Turbo Incremental Link 5.00 Copyright (c) 1997, 2000 Borland hello, kou 修正誤 :extmacrotest2.c 正 :macrotest2.c

18 教科書 p マクロ PI に関しては実は math.h で提供されている mintty+bash $ grep M_PI /usr/include/math.h #define M_PI #define M_PI_ #define M_PI_ #define M_TWOPI (M_PI * 2.0)

19 教科書 p マクロ 先程の EXIT_SUCCESS や SCNd32 もマクロ mintty+bash $ grep "#define.exit_" /usr/include/stdlib.h #define EXIT_FAILURE 1 #define EXIT_SUCCESS 0 $ grep SCNd32 /usr/include/inttypes.h #define SCNd32 "d" それぞれの環境に適切な数値や文字列等が設定されている

20 教科書 pp ファイルの包含 preprocessor のファイル取り込み機能 別のファイルに記述されたプログラムやマクロ等を取り込む際に使う 書式 : #include < ファイル名 >// システム提供ファイル用 /usr/include 等から探して取り込む #include " ファイル名 "// ユーザー作成ファイル用 作業ディレクトリから探して取り込む

21 備考 : UNIX コマンド 21 grep コマンド grep [OPTIONS] PATTERN [FILE...] 検索文字列を含むファイルを検索する 引数 PATTERN : 正規表現等による検索文字列 FILE : 検索対象のファイルやディレクトリ OPTIONS -R -n : ディレクトリ下のすべてのファイルを検索 : 行番号を表示 -A NUM : マッチ位置の後 NUM 行も表示 -B NUM : マッチ位置の前 NUM 行も表示 -C NUM : マッチ位置の前後 NUM 行も表示 マニュアル邦訳

22 備考 : UNIX コマンド 22 正規表現 表記意味 c 文字 c c 文字 c. 任意の一文字 [...] [] 内の任意の一文字 [^...] [] 内に含まれない任意の一文字 * 直前のパターンが0 回以上反復 + 直前のパターンが1 回以上反復? 直線のパターンが0または1 回出現 前後の正規表現の何れか (...) () 内の正規表現をグループ化 ^ 行頭にマッチ $ 行末にマッチ

23 23 演習 : 円の面積を計算せよ (2) 先程完成させた area_of_a_circle1.c をコピーして area_of_a_circle2.c を作成し /*WYCH1*/ /*WYCH2*/ の部分を書き変えることで以下のプログラムを完成させなさい r に代入する半径としてマクロ R を代入することで 異なる半径面積を計算したい時は コンパイル時に -D オプションを用いて -DR=1 のよう外部から値を与えることで ソースコードを変更なしに コンパイルし直すだけで済むように変更せよ π の値はリテラル値を直接書き込むのではなく math.h で定義されたマクロ M_PI を用いるように変更せよ 半径を 1~10 まで 1 刻みで増やして計 10 個の面積を計算せよ

24 教科書 pp.61, 64-66, 98, fprintf 関数 int fprintf(file *fp, const char *FORMAT,...); printf の結果を fp へ書き出す 引数 : fp: FORMAT:...: 戻り値 : 書き出された文字数 エラーの場合負の数 FILE 構造体へのポインタ書式任意の数の引数 参考 : [1] pp

25 [1] pp.196, 199, 標準入出力と標準エラー出力 以下の入出力が利用できる stdin : standard input stdout: standard output : 標準入力 : 標準出力 stderr: standard error output: 標準エラー出力 scanf や getchar 等は stdin から入力している printf や putchar 等は stdout へ出力している stdin, stdout はパイプやリダイレクトの対象だが stderr は標準では対象外 ( 指定すれば対象にすることも可能 )

26 [1] pp.196, 199, 標準入出力と標準エラー出力 パイプやリダイレクトで処理されたくない内容は stderr へ出力すると良い fprintf を使うと 出力先を変更出来る mintty + bash stdiotest.c 以下の例では (*1) がファイルへ出力されず画面に出力されている事が確認出来る printf("output to stdout with printf n"); fprintf(stdout, "output to stdout with fprintf n"); fprintf(stderr, "output to stderr with fprintf n"); $ gcc stdiotest.c $./a > redirect.txt output to stderr with fprintf $ cat redirect.txt output to stdout with printf output to stdout with fprintf 標準出力 (stdout) を redirect.txt へリダイレクト fprintf で明示的に stderr へ出力した結果 (*1) redirect.txt に出力された内容を表示 printf で暗黙的に stdout へ出力した結果 fprintf で明示的に stdout へ出力した結果

27 [1] pp.196, 199, 標準入出力と標準エラー出力 stdin,stdout,stderr は stdio.h で定義されている stdio.h は standard input / output header

28 28 scanf 関数 値の読み込み

29 教科書 pp.80-83, 値の読み込み scanf 関数を使う scanftest.c int i; double d; char s[16]; fprintf(stderr, "i =? b"); scanf("%d", &i); fprintf(stderr, "d =? b"); scanf("%lf", &d); fprintf(stderr, "s =? b"); scanf("%s", s); printf("i: %d n", i); printf("d: %f n", d); printf("s: %s n", s); キーボードから入力した値を変数に保存して利用出来る mintty+bash+gcc $ gcc scanftest.c &&./a i = 1234 d = 1234e-5 s = hello, world i: 1234 d: s: hello,

30 教科書 pp.80-83, scanf 関数 int scanf(const char *FORMAT,...); 引数 : FORMAT:...: 戻り値 : 書式 任意の数の引数値を格納する変数へのポインタ 変換され代入された入力項目の数 ファイル終端またはエラーの場合 EOF 参考 : [1] pp

31 教科書 pp.80-83, scanf: 書式 スペース タブ : 無視される (% でない ) 普通の文字 : 入力の次の空白でない文字とマッチ 変換仕様 : %[*][ 最大フィールド幅 ][ ターゲット幅 ] 変換文字 int a; scanf("%d", &a); &: アドレス演算子変数へのポインタを得る スカラ変数の前には & を付ける配列変数 ポインタ変数には不要 入力文字列を 10 進数として扱い int 型の整数型変数へ代入 参考 : [1] pp.250,

32 教科書 pp.80-83, scanf: 変換仕様 *: 入力フィールドはスキップされる代入抑止 最大フィールド幅 : 読み込む最大文字数 ターゲット幅 : h: int を short に l: int を long に float を double に L: float を long double に 参考 : [1] pp

33 教科書 pp.80-83, scanf: 変換文字 文字 入力データ ; 引数の型 d 10 進数 ; int * i 整数 ; int * ( 頭に0,0xが付くと8,16 進数とみなす ) o 8 進数 ; int * u 符号なし10 進数 ; unsigned int * x 16 進数 ; int * c 文字 ; char * ( 末尾に ' 0' を付加しない ) s 非空白文字の文字列 ; char * ( 末尾に ' 0' を付加 ) e,f,g 浮動小数点数 ; float * p printf("%p") で印字されるポインタ値 ; void * n これまでに読み込まれた文字数 ; int * [...] [...]+; char * ( 末尾に ' 0' を付加 ) [^...] [^...]+; char * ( 末尾に ' 0' を付加 ) % %; 参考 : [1] pp

34 教科書 pp.80-83, scanf の詳細 ここでは概略しか示せていないのと一部不正確な部分もあるので 詳細は bash から man コマンドを用いて以下の方法で確認すること mintty+bash man scanf 邦訳は以下のページ

35 教科書 pp.80-83, scanf の引数とポインタ &a 値の代入するには変数のアドレスが必要 : : 0x~00 0x~01 0x~02 0x~03 : : 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x~04 0x?? &: アドレス演算子変数が配置されているメモリ上のアドレスが得られる 0x~05 0x?? このアドレスのことを 0x~06 C 言語ではポインタと呼ぶ 0x?? 0x~07 0x~08 : : 0x?? 0x?? : : 32bit int a; scanf("%d", &a); scanf に値の格納先のアドレスを渡す 0x???????? a

36 補足 36 scanf: C99 の stdint.h の場合 #include<inttypes.h> して SCN~ を使う "%hd" "%"SCNd16 "%d" "%"SCNd32 "%u" "%"SCNu32 使う bit 数を確実に保証出来る 実装依存なので欲しい桁数が扱えないかも? 参考 : [1] pp

37 備考 37 buffer overflow の脆弱性 確保した配列よりも長い文字列を入力 mintty+bash+gcc $ gcc scanftest.c &&./a i = 1234 d = 1234e-5 s = abcdefg@@@@@@@@@@@@@@@@ i: d: s: abcdefg@@@@@@@@@@@@@@@@ 他の変数の領域を侵食してしまう

38 備考 38 buffer overflow の脆弱性の仕組み メモリ上の変数の割り当て 0x~00 0x?? : : char s[16]; 0x~0f 0x?? 0x~10 : 0x~17 : 0x?? : 0x?? : double d; 確保したサイズ以上のデータを書き込むと他の変数のデータを上書きしてしまう 0x~1c 0x?? : : int i; 0x~1f 0x?? : : : :

39 備考 39 buffer overflow の脆弱性の対策 最大フィールド幅を明記する! "%s" "%15s" 終端文字列 ' 0' も格納する必要があるため 最大フィールド幅は確保したバイト数 -1 以下にする必要がある char s[16]; なら最大 15 文字まで

40 40 演習 : 円の面積を計算せよ (3) 先程完成させた area_of_a_circle2.c をコピーして area_of_a_circle3.c を作成し /*WYCH1*/ /*WYCH2*/ /*WYCH3*/ の部分を書き変えることで以下のプログラムを完成させなさい r に代入する半径を実行時にキーボードから入力することで コンパイルし直さなくても半径を変更出来るように変更せよ scanf と "%lf" を利用すれば良い r の入力を求める際は "r =? b" を標準エラー出力に予め表示せよ なお b はバックスペースを表すエスケープシーケンスである 半径を 1~10 まで 1 刻みで増やして計 10 個の面積を計算せよ

41 演算子 41

42 教科書 p.78, 84, sizeof 演算子 コンパイル時に変数やデータ型の割り当てバイト数を求める演算子 sizeof オブジェクト sizeof( 型名 )

43 教科書 p.78, 84, sizeof 演算子の例 例 ) 各データ型の割り当てバイト数 sizeof_ex1.c printf("sizeof(char) : %2d n", sizeof(char)); printf("sizeof(wchar_t) : %2d n", sizeof(wchar_t)); printf("sizeof(short) : %2d n", sizeof(short)); printf("sizeof(int) : %2d n", sizeof(int)); printf("sizeof(long) : %2d n", sizeof(long)); #ifndef BORLANDC printf("sizeof(long long) : %2d n", sizeof(long long)); #endif printf("sizeof(float) : %2d n", sizeof(float)); printf("sizeof(double) : %2d n", sizeof(double)); printf("sizeof(long double): %2d n", sizeof(long double));

44 44 各データ型のサイズ (1/5) sizeof_ex1.c による比較 32 bit 版 Cygwin + GNU C 64 bit 版 Cygwin + GNU C $ gcc sizeof_ex1.c &&./a sizeof(char) : 1 sizeof(wchar_t) : 2 sizeof(short) : 2 sizeof(int) : 4 sizeof(long) : 4 sizeof(long long) : 8 sizeof(float) : 4 sizeof(double) : 8 sizeof(long double) : 12 $ gcc sizeof_ex1.c &&./a sizeof(char) : 1 sizeof(wchar_t) : 2 sizeof(short) : 2 sizeof(int) : 4 sizeof(long) : 8 sizeof(long long) : 8 sizeof(float) : 4 sizeof(double) : 8 sizeof(long double): 16 コンパイルする環境により割り当てビット数や最大値と最小値が異なる可能性がある

45 45 各データ型のサイズ (2/5) sizeof_ex1.c による比較 Borland C >bcc32 sizeof_ex1.c && sizeof_ex1 Borland C for Win32 Copyright (c) 1993, 2000 Borland sizeof_ex1.c: Turbo Incremental Link 5.00 Copyright (c) 1997, 2000 Borland sizeof(char) : 1 sizeof(wchar_t) : 2 sizeof(short) : 2 sizeof(int) : 4 sizeof(long) : 4 sizeof(float) : 4 sizeof(double) : 8 sizeof(long double): 10 コンパイルする環境により割り当てビット数や最大値と最小値が異なる可能性がある

46 46 各データ型のサイズ (3/5) sizeof_ex1.c による比較 Visual Studio 2013 Express Desktop Windows 32 bit 版 >cl sizeof_ex1.c && sizeof_ex1 Microsoft(R) C/C++ Optimizing Compiler Version for x86 Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved. sizeof_ex1.c Microsoft (R) Incremental Linker Version Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved. /out:sizeof_ex1.exe sizeof_ex1.obj sizeof(char) : 1 sizeof(wchar_t) : 2 sizeof(short) : 2 sizeof(int) : 4 sizeof(long) : 4 sizeof(long long) : 8 sizeof(float) : 4 sizeof(double) : 8 sizeof(long double): 8 コンパイルする環境により割り当てビット数や最大値と最小値が異なる可能性がある

47 47 各データ型のサイズ (4/5) sizeof_ex1.c による比較 Visual Studio 2013 Express Desktop Windows 64 bit 版 >cl sizeof_ex1.c && sizeof_ex1 Microsoft(R) C/C++ Optimizing Compiler Version for x64 Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved. sizeof_ex1.c Microsoft (R) Incremental Linker Version Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved. /out:sizeof_ex1.exe sizeof_ex1.obj sizeof(char) : 1 sizeof(wchar_t) : 2 sizeof(short) : 2 sizeof(int) : 4 sizeof(long) : 4 sizeof(long long) : 8 sizeof(float) : 4 sizeof(double) : 8 sizeof(long double): 8 コンパイルする環境により割り当てビット数や最大値と最小値が異なる可能性がある

48 48 各データ型のサイズ (5/5) gcc 32bit gcc 64bit bcc32 cl 32bit cl 64bit char wchar_t shor int long long long float double long double

49 補足 データ型のサイズ C99 における解決方法 stdint.h ヘッダファイルを使う #include <stdint.h> //... int8_t i8; // 符号付き 8bit 整数 uint8_t ui8; // 符号なし 8bit 整数 int16_t i16; // 符号付き16bit 整数 uint16_t ui16; // 符号なし16bit 整数 int32_t i32; // 符号付き32bit 整数 uint32_t ui32; // 符号なし32bit 整数 int64_t i64; // 符号付き64bit 整数 uint64_t ui64; // 符号なし64bit 整数 第 1 週のサンプルプログラム wavtest.c bmptest.c でも使っています 注 : Boarland C は C99 非対応なので stdint.h が使えない 49

50 教科書 p.78, 84, sizeof 演算子の例 2 例 ) 変数やリテラルの割り当てバイト数 mintty+bash+gcc $ gcc sizeof_ex2.c &&./a sizeof(i) : 4 sizeof(d) : 8 sizeof(s) : 13 sizeof( 1 ): 4 sizeof( 1.): 8 sizeof("1"): sizeof_ex2.c int i = 128; double d = 123e-3; char s[] = "hello, world"; printf("sizeof(i) : %2d n", sizeof(i)); printf("sizeof(d) : %2d n", sizeof(d)); printf("sizeof(s) : %2d n", sizeof(s)); printf("sizeof( 1 ): %2d n", sizeof( 1 )); printf("sizeof( 1.): %2d n", sizeof( 1.)); printf("sizeof( "1 "): %2d n", sizeof("1"));

51 教科書 p.78, 84, sizeof 演算子の例 例 ) 配列変数の割り当てバイト数 sizeof_ex3.c int a[10]; printf("sizeof(int) : %2d n", sizeof(int)); printf("sizeof(a) : %2d n", sizeof(a)); printf("sizeof(a[0]) : %2d n", sizeof(a[0])); printf("sizeof(a)/sizeof(a[0]) : %2d n", sizeof(a)/sizeof(a[0])); mintty+bash+gcc $ gcc sizeof_ex3.c &&./a sizeof(int) : 4 sizeof(a) : 40 sizeof(a[0]) : 4 sizeof(a)/sizeof(a[0]) : 10 int 型の割り当てバイト数 配列変数 a の割り当てバイト数 変数 a[0] の割り当てバイト数 配列変数 a の要素数

52 教科書 p.70, 型変換 (cast) 演算子 ( 変換したい型 ) 値 casttest.c int a = 1; int b = 2; double x = a / b; double y = a / (double) b; printf("%f n", x); printf("%f n", y); cast 演算子 (type) 値 type: 任意のデータ型 mintty+bash+gcc $ gcc casttest.c &&./a 整数同士の割り算だと 1/2 が 0 になっている int 型の b の値を double 型に変換

53 [1] pp.52-57, 暗黙の算術変換 ( 概略 ) 二項演算子の両辺が異なる型の場合以下の手順で型を変換 ( 符号ありの場合 ) 基本的には大きい方へと型をそろえて行く処理 1. 片方が long double: 他方を long double に変換 2. 片方が double: 他方を double に変換 3. 片方が float: 他方を float に変換 4. char, short を int に変換 5. 片方が long: 他方を long に変換

54 教科書 p.69, 算術演算子 算術演算子 演算子の機能 書式 単項演算子 + 被演算数の値 + expr - 被演算数の符号反転 - expr 二項演算子 + 加算 expr1 + expr2 - 減算 expr1 expr2 * 乗算 expr1 * expr2 / 除算 expr1 / expr2 % 剰余算 expr1 % expr2

55 教科書 pp.75-79, 代入演算子 複合代入演算子 代入演算子 演算子の機能 書式 代入演算子 = 代入 var = expr += 加算 var += expr -= 減算 var = expr *= 乗算 var *= expr /= 除算 var /= expr 複合代入演算子 %= 剰余算 var %= expr &= ビット毎のAND var &= expr ^= ビット毎のXOR var ^= expr = ビット毎のOR var = expr <<= 左シフト var <<= expr >>= 右シフト var >>= expr 複合代入演算子は var=var+expr のような演算と代入を同時に行う

56 教科書 pp.78-79, bit 演算子 算術演算子 演算子の機能 単項演算子 ~ 1の補数 ~ expr 二項演算子 << 左シフト expr1 << expr2 >> 右シフト expr1 >> expr2 & ビット毎のAND expr1 & expr2 ^ ビット毎のXOR expr1 ^ expr2 ビット毎のOR expr1 expr2

57 教科書 pp.78-79, 84. bit シフト ( 論理シフト ) ( 符号なし整数の場合 ) 57 利用可能 bit の外側には 0 が充填される 論理シフトであれば左シフト 右シフト共に符号付き 符号なしで結果は共通 0xe << 2 0x90 0xe >> 2 0x3a

58 教科書 pp.78-79, 84. bit シフト ( 算術シフト ) ( 符号付き整数の場合?) 58 最上位ビットより上位は符号拡張される 符号ビットが 0 なら 0 1 なら 1 が充填される 左シフトは符号付き 符号なしで結果は共通 右シフトは最上位ビットの値により符号付き 符号なしで結果が異なる 0x1b >> 2 0x xe8 0xfa >> 2 環境依存なので 環境によっては論理シフトになる可能性も考慮しておくこと

59 教科書 pp.78-79, 右シフト 実際の環境はどうなっているのか? bitshifttest.c unsigned int uc = 0xe ; // == 0b signed int sc = 0xe ; // == 0b uc >>= * 3; sc >>= * 3; 修正誤 :0b 正 :0b 修正誤 :0b 正 :0b printf("%02x n", uc & 0xff); // 0b == 0x3a printf("%02x n", sc & 0xff); // 0b == 0xfa? 修正誤 :0b 正 :0b

60 教科書 pp.78-79, 右シフト 算術シフトになっている環境が多い? 64bit 版 cygwin + GNU C $ gcc bitshifttest.c &&./a 3a fa Borland C >bcc32 bitshifttest.c && bitshifttest... 3a fa Visual Studio 2013 Express Desktop Windows 64bit 版 >cl bitshifttest.c && bitshifttest... 3a fa

61 教科書 pp.78-79, 論理演算 X Y X AND Y X OR Y X XOR Y NOT X 論理演算子 ビット毎の論理演算子 意味 英語表記 && & 論理積 AND 論理和 OR ^ 排他的論理和 XOR (exclusive or)! ~ 論理反転 NOT 論理演算子による演算結果は真 (=1) または偽 (=0) となる

62 教科書 pp.78-79, C 言語の論理値 ( 真偽値 ) 数値を論理値として用いている 論理値 数値 真偽値判定時 偽 0 0のみが偽として扱われる 真 1 0 以外はすべて真として扱われる 論理演算とビット毎の論理演算に注意 logictest.c int x = 1; // = 0b01 int y = 2; // = 0b10 printf("x && y = %d n", x && y); printf("x y = %d n", x y); printf("x & y = %d n", x & y); printf("x y = %d n", x y); mintty+bash+gcc $ gcc logictest.c &&./a x && y = 1 x y = 1 x & y = 0 x y = 3

63 教科書 pp.78-79, 論理演算とビット毎の論理演算 論理演算を行う単位が違う 論理演算子 ビット毎の論理演算子 論理演算では全体を 1 つの論理値として扱う ビット毎の論理演算では各ビットを個別に扱う

64 教科書 pp , p bit 毎の AND による bit mask bit 毎に AND を取った結果が得られる & X & Y で右辺の値をマスクとして用いた場合 0: 0 でクリア 1: 元の値をそのまま通過

65 教科書 pp , p bit 毎の OR による bit mask bit 毎に OR を取った結果が得られる X Y で右辺の値をマスクとして用いた場合 0: 元の値をそのまま通過 1: 1 でクリア

66 教科書 pp , p bit 毎の XOR による bit 反転 bit 毎に XOR を取った結果が得られる ^ X ^ Y で右辺の値をマスクとして用いた場合 0: 元の値をそのまま通過 1: bit を 0 1 反転 同じ値で再度 XOR を取ると元に戻るので簡易暗号的な使い方も出来る

67 教科書 pp , p の補数演算子 要は単なるビット毎の論理反転 ~ ビット毎の論理反転

68 68 補数とは 基数 b(b 進数 ) n 桁で表現可能な整数 a に対し b n a : 基数 (b) の補数 b n a 1 : 減基数 (b 1) の補数 例 : 2 進数 8 桁で表す 1 について 2 の補数 0b b = 0b の補数 ( 単なるビット毎の論理反転 ) 0b b = 0b

69 教科書 pp , p.84. インクレメント デクレメントの演算子 69 算術演算子 演算子の機能 前置演算子 ++ インクレメント ++expr -- デクレメント --expr 後置演算子 ++ インクレメント expr++ -- デクレメント expr-- 前置演算子は演算後に値を取り出す 後置演算子は演算前に値を取り出す incrtest.c int i = 5; printf("%d n", ++i); printf("%d n", --i); printf("%d n", i++); printf("%d n", i--); mintty+bash+gcc $ gcc incrtest.c &&./a

70 教科書 pp , 147. 比較演算子 ( 関係演算子 等値演算子 ) 70 演算子 比較の意味 関係演算子 < 左辺が小 expr1 < expr2 <= 左辺が小または等しい expr1 <= expr2 > 左辺が大 expr1 > expr2 >= 左辺が大または等しい expr1 >= expr2 等値演算子 == 等しい expr1 == expr2!= 等しくない expr1!= expr2 演算結果は真 (=1) または偽 (=0) となる

71 教科書 pp ポインタ演算子 アドレス演算子 書式 : & オブジェクト オブジェクトの配置されたアドレスを得る 間接演算子 書式 : * ポインタ ポインタが指すアドレスに配置されたオブジェクトを得る

72 [1] pp.63-66, 条件演算子 72 三項演算子 (?:) 真 条件式 偽 書式 : 条件式? 式 1 : 式 2 式 1 式 condexprtest.c mintty+bash+gcc #include <stdio.h> $ gcc condexprtest.c &&./a i = 1 void main() not zero { $./a int i; i = 0 fprintf(stderr, "i =? b"); zero scanf("%d", &i); printf("%s n", i? "not zero" : "zero"); } 追加修正

73 73 優先度 高低 演算子の優先度 演算子 結合規則 備考 ( ) [ ] ->. 左から右! ~ * & (type) sizeof 右から左 単項演算子 * / % 左から右 二項演算子 + - 左から右 二項演算子 << >> 左から右 bitシフト < <= > >= 左から右 関係演算子 ==!= 左から右 等値演算子 & 左から右 bit 毎のAND ^ 左から右 bit 毎のXOR 左から右 bit 毎のOR && 左から右 論理演算子 (AND) 左から右 論理演算子 (OR)?: 右から左 三項演算子 = += -= *= /= %= &= ^= = <<= >>= 右から左 代入演算子, 左から右 [1] p.65. より

74 配列変数 74

75 教科書 pp 配列変数 同じ変数名で複数の要素を管理する char a[10]; // 要素数 10 の char 型変数の宣言 初期値式が与えられなかった場合 値は不定????? a[0] a[1] a[2] a[3]... a[9] 要素数 10 の添え字付き変数 [1] pp , p.273.

76 教科書 pp 配列変数 配列変数の要素への代入 char a[10]; // 要素数 10 の char 型変数の宣言 a[0] = 'a'; // 0 番目の要素へ代入 宣言後の代入 初期値式が与えられなかったので 値は不定 'a'???? a[0] a[1] a[2] a[3]... a[9] 要素数 10 の添え字付き変数 [1] pp , p.273.

77 教科書 pp 配列変数 添え字は値が取れれば変数や数式でも良い int i = 1; char a[10]; // 要素数 10 の char 型変数の宣言 a[i + 1] = 'a'; // 2 番目の要素へ代入?? 'a'?? a[0] a[1] a[2] a[3]... a[9] 要素数 10 の添え字付き変数 [1] pp , p.273.

78 教科書 pp 配列変数 確保した領域外はアクセスは禁止 char a[10]; // 要素数 10 の char 型変数の宣言 short b = 0x1234; a[10] = 'a';// 宣言された領域外へのアクセス ここに書き込むと何が起こるか分からない 0x1234????? 'a' b a[0] a[1] a[2] a[3]... a[9] a[10] 他の変数が使っていたらその値を壊してしまう 要素数 10 の添え字付き変数 [1] pp , p.273.

79 教科書 pp 配列変数 初期値式による配列変数の初期化 char a[10] = {'a', 'b'}; // 初期値式付きの // 要素数 10 の char 型変数の宣言 初期値式による初期化 初期値式が要素数より少ない場合 残りは 0 で初期化 'a' 'b' a[0] a[1] a[2] a[3]... a[9] 要素数 10 の添え字付き変数 [1] pp , p.273.

80 教科書 pp 配列変数 初期値式による配列変数の初期化 char a[] = {'a', 'b'}; // 初期値式付きで // 要素数を省略した char 型変数の宣言 初期値式による初期化 'a' a[0] 'b' a[1] 初期値式の要素数分確保される [1] pp , p.273.

81 教科書 pp 配列変数 文字列による初期化 ( 要素数指定 ) char a[10] = "ab"; // 文字列による初期値付きの // 要素数 10 の char 型変数の宣言 文字列と文字列終端の ' 0' 初期値式が要素数より少ない場合 残りは 0 で初期化 'a' 'b' a[0] a[1] a[2] a[3]... a[9] 要素数 10 の添え字付き変数 [1] pp , p.273.

82 教科書 pp 配列変数 文字列による初期化 ( 要素数自動決定 ) char a[] = "ab";// 文字列による初期値付きで // 要素数を省略した char 型変数の宣言 文字列と文字列終端の ' 0' 'a' a[0] 'b' a[1] 0 a[2] 文字列の文字数 + 文字列終端 ' 0' の 1 文字分の要素 [1] pp , p.273.

83 83 変数の初期化 明示的な初期化がない場合 外的変数 静的変数 0 自動変数 レジスタ変数 不定 初期化する場合 外的変数 静的変数 定数式でのみ初期化可 コンパイル時に 1 度だけ初期化される 自動変数 レジスタ変数 任意の式で初期化可 実行時にブロック毎に初期化される [1] pp , p.273.

84 84 配列変数の初期化 要素数を与えない場合 初期値式の数で配列のサイズが決まる 要素数を与えた場合 初期値式を与えない場合 値は不定 初期値式を与える場合 要素数を超えるとエラー 要素数に足りない部分は0で初期化される [1] pp , p.273.

85 85 条件分岐と繰り返し 制御構造

86 86 if 文と switch 文 条件分岐

87 教科書 pp 条件分岐 (if 文 ) 87 真偽値による場合分け if ( 条件式 ) { // 条件式が真の場合の処理 1 } 真 条件式 偽 処理 1

88 教科書 pp 条件分岐 (if, else 文 ) 88 真偽値による場合分け if ( 条件式 ) { // 条件式が真の場合の処理 1 } else { // 条件式が偽の場合の処理 2 } 真 条件式 偽 処理 1 処理 2

89 教科書 pp 入れ子の条件分岐 (if, else 文 ) 真偽値による場合分け if ( 条件式 1) { // 条件式 1が真の場合の処理 1 } else { if ( 条件式 2) { // 条件式 1が偽かつ // 条件式 2が真の場合の処理 2 } else { // 条件式 1が偽かつ // 条件式 2が偽の場合の処理 3 } } if は任意の数入れ子に出来ます 真 処理 1 条件式 1 真 偽 条件式 2 偽 処理 2 処理 3 89

90 教科書 pp 条件分岐 (if, else if, else 文 ) 90 真偽値による場合分け if ( 条件式 1) { // 条件式 1 が真の場合の処理 1 } else if ( 条件式 2) { // 条件式 1 が偽かつ // 条件式 2 が真の場合の処理 2 } else { // 条件式 1 が偽かつ // 条件式 2 が偽の場合の処理 3 } 真 処理 1 条件式 1 偽 真 条件式 2 偽 処理 2 処理 3 else if は任意の数追加出来ます

91 教科書 pp 多分岐判断機構 (switch 文 ) 値による場合分け switch ( 式 ) { case 値 1: // 式が値 1 の場合の処理 1 case 値 2: // 式が値 2 の場合の処理 2 default: // 他の条件に // 当てはまらない場合の処理 N }; 式値 1 値 2 default 処理 1 処理 2 処理 N break break break break 文を入れておかないと次の条件の処理を連続して実行するので注意

92 92 for 文, while 文, do-while 文によるループと continue 文 break 文によるループの再開と脱出 繰り返し ( ループ )

93 93 ループの再開と脱出 continue 文 while, do while, for 文内で使用可能 以降の処理を中断してループ末尾から再開する for 文では後処理 ( 第 3パラメータ ) も実行する break 文 while, do while, for, switch 文内で使用可能 以降の処理を中断してループを脱出する switch 文の場合はswitch 文から脱出する

94 教科書 p 後判定ループ (do while 文 ) 真偽値による繰り返し do { // 条件式が真の場合の処理 } while ( 条件式 ); continue 処理 break 真 条件式 偽 do while 文は ループ内の処理を最低 1 回は実行する

95 教科書 pp 前判定ループ (while 文 ) 真偽値による繰り返し while ( 条件式 ) { // 条件式が真の場合の処理 } 式 2 偽 continue 真 処理 break

96 教科書 pp 初期化 更新処理付きループ (for 文 ) 96 真偽値による繰り返し 式 1 for ( 式 1; 式 2; 式 3) { // 式 2 が真の場合の処理 }; 式 2 偽 前判定ループだが式 1 による初期化と式 3 による更新処理をひとまとめにして書ける continue 真 処理 式 3 break

97 教科書 pp for 文と while 文 ( 前判定ループ ) 以下のループは等価 continue 時の式 3 の扱いに注意 式 1 for ( 式 1; 式 2; 式 3) { // 式 2 が真の場合の処理 }; 式 1; while ( 式 2) { // 式 2 が真の場合の処理式 3; }; for 文の continue while 文の continue 式 2 真処理式 3 偽 break

98 教科書 pp for 文と while 文 ( 前判定ループ ) 以下のループは等価 continue 時の式 3 の扱いに注意 i = 0 for (i = 0; i < 10; i++) { // ループ内の処理 }; i = 0; while (i < 10) { // ループ内の処理 i++; }; for 文の continue while 文の continue i < 10 真処理 i++ 偽 break

99 教科書 pp 後判定ループ (do while 文 ) continue, break 後の処理 (i の値 ) に注目 looptest_dowhile.c int i = 0, j = 0, n; fprintf(stderr, "n = "); scanf("%d", &n); do { j++; printf("%d, %d: 1st", i, j); if (j == 2) {printf(" continue n"); continue;} printf(" 2nd"); if (j == 4) {printf(" break n"); break;} printf(" 3rd n"); i++; } while (i < n); mintty + bash $./looptest_dowhile n = 10 0, 1: 1st 2nd 3rd 1, 2: 1st continue 1, 3: 1st 2nd 3rd 2, 4: 1st 2nd break mintty + bash $./looptest_dowhile n = 0 0, 1: 1st 2nd 3rd do while 文は ループ内の処理を最低 1 回は実行する

100 教科書 p 前判定ループ (while 文 ) continue, break 後の処理 (i の値 ) に注目 looptest_while.c int i = 0, j = 0, n; fprintf(stderr, "n = "); scanf("%d", &n); while (i < n) { j++; printf("%d, %d: 1st", i, j); if (j == 2) {printf(" continue n"); continue;} printf(" 2nd"); if (j == 4) {printf(" break n"); break;} printf(" 3rd n"); i++; } mintty + bash $./looptest_while n = 10 0, 1: 1st 2nd 3rd 1, 2: 1st continue 1, 3: 1st 2nd 3rd 2, 4: 1st 2nd break mintty + bash $./looptest_while n = 0

101 教科書 pp 初期化 更新処理付きループ (for 文 ) continue, break 後の処理 (i の値 ) に注目 looptest_for.c int i = 0, j = 0, n; fprintf(stderr, "n = "); scanf("%d", &n); for (i = 0; i < n; i++) { j++; printf("%d, %d: 1st", i, j); if (j == 2) {printf(" continue n"); continue;} printf(" 2nd"); if (j == 4) {printf(" break n"); break;} printf(" 3rd n"); } mintty + bash $./looptest_for n = 10 0, 1: 1st 2nd 3rd 1, 2: 1st continue 2, 3: 1st 2nd 3rd 3, 4: 1st 2nd break mintty + bash $./looptest_for n = 0

102 [1] p continue 文 以下のループ内に更に小さなループが含まれない場合の continue は goto contin と同義 for (...) { //... contin: ; } do { //... contin: ; } while (...); while (...) { //... contin: ; }

103 [1] p goto 文 指定した名札付き文へ移動 ( ジャンプ ) する 名札 (label) は以下のように設定出来る ラベル名 : 文 goto 文は余程理由がない限り使わないこと do while 文相当 while 文相当 for 文相当 loop: ; { // something to do contin: ; } if (expr) goto loop; brk: ; loop: ; if (expr) { // something to do contin: ; goto loop; } brk: ; expr1; loop: ; if (expr2) { // something to do contin: ; expr3; goto loop; } brk: ;

104 104 参考文献 [1] B.W. カーニハン /D.M. リッチー著石田晴久訳 プログラミング言語 C 第 2 版 ANSI 規格準拠 共立出版 (1989)

105 105 宿題 次回までに以下の事をやっておくこと 教科書の第 3 章の終わりまで読み 指示された操作を試して動作を確認する 不明な点 疑問点についてメモし 次回の授業に持参する または 本講義の Moodle コース上にある第 3 週宿題用フォーラムに書き込んでおく