プログラミングI第11回

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1 プログラミング 1 第 11 回 関数の復習 関数とは? 引数 戻り値 再帰 ここにあるサンプルプログラムは /home/course/prog1/publc_html/7/hw/lec/sources/ 下に置いてありますから 各自自分のディレクトリにコピーして コンパイル 実行してみてください実行してみてください Prog-1 7 Lec 11-1 Programmng-1 Group

2 関数とは? 何度も同じ処理をする必要がある時に その部分を独立したプログラムにする それを何度も呼ぶことでプログラムを見やすくする ( 見やすいプログラムはバグが少ない ) 関数はプログラミング言語によっては プロシジャ (procedure) 手続き サブルーチン (subroutne) などとも呼ばれる CやFortranは関数 ( 手続き ) を呼ぶことでプログラムするので 手続き型言語 と呼ばれる Prog-1 7 Lec 11- Programmng-1 Group

3 関数のまとめ #nclude stdo.h> float float njou(float) 引数が仮引数にコピーされる 関数内で仮引数の値に従って計算 ( 処理 ) 戻り値が関数の値となる manの前にプロトタイプ宣言 manの後ろに関数本体の宣言 呼び元 引数 関数 man() float float a b c b njou(a) c njou(1.41)...(...( 以下略以下略 ) float float njou( float float x ) float float y y y x x x y 戻り値 Prog-1 7 Lec 11-3 Programmng-1 Group

4 引数 ( ひきすう ) と戻り値 引数の種類 普通の型 ( float など ) 構造体 ( など ) ポインタ ( adr など ) 配列 ( [] など ) 実際にはポインタと同じ 自分で typedef した型 (Heght など ) 戻り値の種類 普通の型 ( float など ) 構造体 ( など ) ポインタ ( adr など ) 自分で typedef した型 (Heght など ) Prog-1 7 Lec 11-4 Programmng-1 Group

5 サンプル 1 要素の和の大きい方 ( つまり平均の大きい方 ) の配列の先頭アドレスを返す関数 x 1 y 3 4 合計が大きい配列 y の先頭アドレスつまり y または &y[] を戻り値として返す 合計 3 合計 7 Prog-1 7 Lec 11-5 Programmng-1 Group

6 配列 ( ポインタ ) を引数ポインタを戻り値 関数は max( x y) とも書けるし max( x[] y[]) のように要素数を指定しても良い ( 但し要素数は実質的には何の意味もない ) いずれにしても関数の仮引数 x y はポインタである 実行結果実行結果 s11stdss1 s11stdss1./a.out./a.out a[] a[] 1 1 a[1] a[1] b[] b[] 3 3 b[1] b[1] 4 4 p[] p[] 3 3 p[1] p[1] 4 4 s11stdss s11stdss max([] max([] []) []) man() man() a[] a[] 1 1 b[] b[] p p ) ) prf("a[%d] prf("a[%d] %d\n"a[]) %d\n"a[]) ) ) prf("b[%d] prf("b[%d] %d\n"b[]) %d\n"b[]) p p max(a max(a b) b) ) ) prf("p[%d] prf("p[%d] %d\n"p[]) %d\n"p[]) max( max( x[] x[] y[]) y[]) sumx sumx sumy sumy ) ) sumx sumx x[] x[] sumx sumx (x (x ) ) でも可でも可 sumy sumy y[] y[] f f (sumx (sumx > > sumy) sumy) x x y y Prog-1 7 Lec 11-6 Programmng-1 Group

7 問題 プログラムを少し変えてみた このプログラムをコンパイルすると警告 (warnng) が出る とりあえず実行は出来たが 結果がおかしい このプログラムのどこがいけないのか? s11stdss1 s11stdss1 gcc gcc lec1-.c lec1-.c warnng warnng functon functon s s address address of of local local varable varable s11stdss s11stdss./a.out./a.out a[] a[] 1 1 a[1] a[1] b[] b[] 3 3 無理やり実 b[1] b[1] 4 4 行すると p[] p[] 3 3 p[1] p[1] s11stdss3 s11stdss3 max( max( ) ) man() man() a[] a[] 1 1 b[] b[] p p ) ) prf("a[%d] prf("a[%d] %d\n"a[]) %d\n"a[]) ) ) prf("b[%d] prf("b[%d] %d\n"b[]) %d\n"b[]) p p max(a max(a b) b) ) ) prf("p[%d] prf("p[%d] %d\n"p[]) %d\n"p[]) max( max( x x y) y) sumx sumx sumy sumy z[] z[] ) ) sumx sumx x[] x[] sumy sumy y[] y[] f f (sumx (sumx > > sumy) sumy) ) ) z[] z[] x[] x[] ) ) z[] z[] y[] y[] z z Prog-1 7 Lec 11-7 Programmng-1 Group

8 問題の答え 関数 maxは関数内の配列 zの先頭アドレスをリターンしている ところが変数 zは 自動変数 で 関数終了と共に生存期間が終了する つまり関数 maxは既に存在していない自動変数 ( 又はローカル変数 局所変数 ) のアドレスをリターンしている点がまずい よく間違うのでまとめておく ローカル変数の値自体をリターンする ローカル変数のアドレスをリターンする max( max( x x y) y) sumx sumx sumy sumy z[] z[] ) ) sumx sumx x[] x[] sumy sumy y[] y[] f f (sumx (sumx > > sumy) sumy) ) ) z[] z[] x[] x[] ) ) z[] z[] y[] y[] z z zをリターンする のがまずい! Prog-1 7 Lec 11-8 Programmng-1 Group

9 配列の要素数を渡す 全部の要素を使用しない場合の配列の要素数の渡し方 例 1 1 total( total( ) ) man() man() data[] data[] t t n n for(n for(n n n n) n) f(scanf("%d"&data[n]) f(scanf("%d"&data[n])!! 1) 1) break break t t total(data total(data n) n) prf("total prf("total %d n"t) %d n"t) total( total( a a n) n) sum sum n n ) ) sum sum a[] a[] sum sum 引数として渡す方法 1 1 total( total( ) ) n n man() man() data[] data[] t t for(n for(n n n n) n) f(scanf("%d"&data[n]) f(scanf("%d"&data[n])!! 1) 1) break break t t total(data) total(data) prf("total prf("total %d n"t) %d n"t) total( total( a) a) sum sum n n ) ) sum sum a[] a[] sum sum 外部変数として渡す方法 Prog-1 7 Lec 11-9 Programmng-1 Group

10 構造体を引数 構造体を戻り値 次元の座標を回転させるプログラム 平面の点を表す構造体と角度を渡し 戻り値として回転後の点の構造体を受け取る #nclude #nclude stdo.h> stdo.h> #nclude #nclude math.h> math.h> PI PI PI PI の定義の定義 double double x x x x 座標座標 double double y y y y 座標座標 角度 conv(double conv(double ) ) 関数プロトタイプ関数プロトタイプ man() man() p1 p p p prf("before prf("before (%f (%f %f)\n"p1.xp1.y) %f)\n"p1.xp1.y) p p conv(pi/4. conv(pi/4. p1) p1) 関数の呼出関数の呼出 ( ( 角度角度 度 ) ) prf("rotated prf("rotated (%f (%f %f)\n"p.xp.y) %f)\n"p.xp.y) θ temp p conv(double conv(double theta theta p) p) temp temp ワーク用構造体ワーク用構造体 座標変換座標変換 temp.x temp.x p.x p.x cos(theta) cos(theta) p.y p.y (-sn(theta)) (-sn(theta)) temp.y temp.y p.x p.x sn(theta) sn(theta) p.y p.y cos(theta) cos(theta) temp temp Prog-1 7 Lec 11-1 Programmng-1 Group

11 構造体ポインタ を引数 同じプログラムを構造体ポインタで作成 構造体ポインタと角度を渡し 構造体ポインタで指し示されている場所の値を直接更新する 問題 なぜ temp にコピーする必要があるのか?? θ new p temp p #nclude #nclude stdo.h> stdo.h> #nclude #nclude math.h> math.h> PI PI PI PI の定義の定義 double double x x x x 座標座標 double double y y y y 座標座標 vod vod conv(double conv(double ) ) 関数プロトタイプ関数プロトタイプ man() man() p1 p prf("before prf("before (%f (%f %f)\n"p1.xp1.y) %f)\n"p1.xp1.y) conv(pi/4. conv(pi/4. &p1) &p1) 関数の呼出関数の呼出 ( ( 角度角度 度 ) ) prf("rotated prf("rotated (%f (%f %f)\n"p1.xp1.y) %f)\n"p1.xp1.y) vod vod conv(double conv(double theta theta p) p) temp temp ワーク用構造体ワーク用構造体 temp temp p p temp temp に引数の構造体をコピーに引数の構造体をコピー 座標変換座標変換 p->x p->x temp.x temp.x cos(theta) cos(theta) temp.y temp.y (-sn(theta)) (-sn(theta)) p->y p->y temp.x temp.x sn(theta) sn(theta) temp.y temp.y cos(theta) cos(theta) Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

12 問題の答え 問題 なぜ temp にコピーする必要があるのか?? 答え下のソースのように temp を使わない場合 x 座標の計算は正しく出来るが y 座標の計算は誤った答えとなる なぜなら 1 の計算をした時点で x 座標 (p->x) の値が更新されてしまうので の計算では更新後の p->x を基に計算してしまうからである vod vod conv(double conv(double theta theta p) p) 座標変換座標変換 p->x p->x p->x p->x cos(theta) cos(theta) p->y p->y (-sn(theta)) (-sn(theta)) 1 p->y p->y p->x p->x sn(theta) sn(theta) p->y p->y cos(theta) cos(theta) 既に更新されている Prog-1 7 Lec 11-1 Programmng-1 Group

13 文字列の比較 関数 mystrcmp は文字列を つ受け取りアスキーコードで比較する 全く同じなら を 前者の方が大きければ 1 を 後者の方が大きければ -1 を返す "abc" と "abd" "abcd" と "abd" "abcd" と "abce" "Abc" と "abc" はどちらも後者が 大きい man 部分 つの文字列をscanfで読み込む 関数の戻り値によってどちらの文字列が長いか判定の表示をする #ncludestdlb.h> #ncludestdlb.h> LE LE 1 1 mystrcmp( mystrcmp( ) ) man() man() a[le] a[le] b[le] b[le] status status whle(1) whle(1) status status scanf("%s%s"ab) scanf("%s%s"ab) f(status f(status!! ) ) break break swtch swtch (mystrcmp(a (mystrcmp(a b)) b)) case case -1-1 prf("%s prf("%s %s %s latter latter s s larger\n"a larger\n"a b) b) break break case case prf("%s prf("%s %s %s both both are are equal\n"a equal\n"a b) b) break break case case 1 1 prf("%s prf("%s %s %s latter latter s s smaller\n"a smaller\n"a b) b) break break default default prf("%s prf("%s %s %s error\n"a error\n"a b) b) ext(1) ext(1) 1/ Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

14 ポインタを引数 整数を戻り値 mystrcmp( mystrcmp( s1 s1 s) s) whle whle (s1 (s1 s) s) f(s1 f(s1 '\') '\') s1 s1 s s f f (s1 (s1 s) s) ヌルが来るまで全ての文字が等しければ をリターン / アスキーコードでの大小比較 Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

15 ポインタを引数 ポインタを戻り値 小さい方の文字列のアドレスを戻り値として返す ( 文字列の大小は mystrcmp と同じ方式とする ) なお 両方の文字列が同じである時は 戻り値として ULL を返す LE LE 1 1 strsmaller( strsmaller( ) ) man() man() a[le] a[le] b[le] b[le] str str status status whle(1) whle(1) status status scanf("%s%s"ab) scanf("%s%s"ab) f(status f(status!! ) ) break break str str strsmaller(a strsmaller(a b) b) f(str f(str ULL) ULL) prf("%s prf("%s %s %s both both are are same\n"ab) same\n"ab) prf("%s prf("%s %s %s smaller smaller strng strng s s %s\n" %s\n" a a b b str) str) strsmaller( strsmaller( s1 s1 s) s) s1[] s1[] s[] s[] ) ) f(s1[] f(s1[] '\') '\') ULL ULL f f (s1[] (s1[] s[]) s[]) s1 s1 s s Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

16 外部変数の利用 (1) この例は引数でデータを受け渡す サンプルである man でデータ個数を入力し データ個数分配列を用意する 関数 nputdata では配列にデータを入力する この際配列と要素数は引数として受け取る 関数 outputdata はデータを表示する 関数 nputdata と同様に 配列と要素数は引数として受け取る vod vod nputdata( nputdata( ) ) vod vod outputdata( outputdata( ) ) man() man() data data numdata numdata prf("enter prf("enter number number -> -> ") ") scanf("%d"&numdata) scanf("%d"&numdata) data data malloc(numdata malloc(numdata szeof()) szeof()) nputdata(datanumdata) nputdata(datanumdata) outputdata(datanumdata) outputdata(datanumdata) vod vod nputdata( nputdata( dt dt num) num) num num ) ) scanf("%d"&dt[]) scanf("%d"&dt[]) vod vod outputdata( outputdata( dt dt num) num) num num ) ) prf("data[%d] prf("data[%d] %d\n"dt[]) %d\n"dt[]) Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

17 外部変数の利用 () 配列のアドレス (data) と配列の大きさ (numdata) を外部変数 ( グローバル変数 ) とする 各関数で data と numdata を直接使用することが可能である 外部変数に関してはハンドアウト Lec-6 を参照のこと vod vod nputdata(vod) nputdata(vod) vod vod outputdata(vod) outputdata(vod) data data numdata numdata man() man() prf("enter prf("enter number number -> -> ") ") scanf("%d"&numdata) scanf("%d"&numdata) data data malloc(numdata malloc(numdata szeof()) szeof()) nputdata(data) nputdata(data) outputdata(data) outputdata(data) vod vod nputdata(vod) nputdata(vod) numdata numdata ) ) scanf("%d"&data[]) scanf("%d"&data[]) vod vod outputdata(vod) outputdata(vod) numdata numdata ) ) prf("data[%d] prf("data[%d] %d\n"data[]) %d\n"data[]) Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

18 複数の戻り値を得たい場合 以下の 3 つを場合によって使い分けると良い 戻り値に構造体を使用 (1 ページ ) 関連するデータを構造体にまとめることで 分かりやすいプログラムに出来る ( ただし 無理にまとめるぐらいなら他の方法を考えよう ) 引数をポインタとし ポインタの指し示す変数を直接書き換える (11 ページ ) 一般的に配列の受け渡しに良く利用される 引数とは違うデータ型を戻したい場合 引数を変更したくない場合は別途戻り値用の引数を利用する 外部変数を使用する (16~17 ページ ) 複数の関数で共用する変数を更新する時に便利 ローカル変数との混同などでバグが出やすく 保守が大変となるので多用は勧められない Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

19 再帰 (1) 例えば 階乗 の漸化式は (n > 1 の時 ) n > 1 の時 n! n (n - 1)! n 1 の時 n! 1 5! の値を計算してみる 5! 5 4! 5 (4 3!) 5 4 3! 5 4 (3!) 5 4 3! ( 1!) ! Prog-1 7 Lec Programmng-1 Group

20 再帰 () C プログラムでの 再帰 とは 関数中から同じ関数を呼び出すこと 前頁の階乗の漸化式は n > 1 の時 n! n (n - 1)! n 1 の時 n! 1 階乗を計算する関数 factoral(n) の定義は以下のようになる factoral(n) n factoral(n - 1) (n > 1 の時 ) factoral(n) 1 (n 1 の時 ) 関数は以下のようになる factoral( factoral( n) n) f(n f(n 1) 1) 1 1 factoral(1) factoral(1) factoral(n factoral(n - - 1) 1) n n 漸化式の部分 Prog-1 7 Lec 11- Programmng-1 Group

21 再帰 (3) 分かりやすいように 関数 factoral() に prf 文を加えてみた s11stdss1 s11stdss1./a.out./a.out ow ow n n man man factoral(5) factoral(5) factoral(4) factoral(4) factoral(3) factoral(3) factoral() factoral() factoral(1) factoral(1) factoral(1) factoral(1) 1 1 factoral() factoral() factoral(3) factoral(3) 6 6 factoral(4) factoral(4) 4 4 factoral(5) factoral(5) 1 1 ow ow back back n n man man 5! 5! 1 1 s11stdss1 s11stdss1 factoral() factoral() man() man() ans ans n n 5 5 prf("ow prf("ow n n man\n") man\n") ans ans factoral(n) factoral(n) prf("ow prf("ow back back n n man\n") man\n") prf("%d! prf("%d! %d\n"nans) %d\n"nans) factoral( factoral( n) n) fact fact prf("factoral(%d) prf("factoral(%d) \n"n) \n"n) f(n f(n 1) 1) fact fact 1 1 fact fact factoral(n factoral(n - - 1) 1) n n prf("factoral(%d) prf("factoral(%d) %d\n"nfact) %d\n"nfact) fact fact 再帰 Prog-1 7 Lec 11-1 Programmng-1 Group

22 再帰 (4) 呼ばれる順番 man() 計算 終了する順番 factoral(5) factoral(4) factoral(3) factoral() factoral(1) (5) (4) (3) () (1) s11stdss1 s11stdss1./a.out./a.out ow ow n n man man factoral(5) factoral(5) 1 factoral(4) factoral(4) factoral(3) factoral(3) 3 factoral() factoral() 4 factoral(1) factoral(1) 5 factoral(1) factoral(1) 1 1 (1) (1) factoral() factoral() () () factoral(3) factoral(3) 6 6 (3) (3) factoral(4) factoral(4) 4 4 (4) (4) factoral(5) factoral(5) 1 1 (5) (5) ow ow back back n n man man 5! 5! 1 1 s11stdss1 s11stdss1 Prog-1 7 Lec 11- Programmng-1 Group

23 再帰を使用する際の注意 再帰では関数呼び出しの思わぬ無限ループに陥りやすいので 注意する 例えば関数 factoral で f(n 1) 1 の条件がなく ただ factoral(n - 1) n だとすると無限ループとなってしまう Prog-1 7 Lec 11-3 Programmng-1 Group

24 再帰を使うべきかどうかを良く考えてから使用する 再帰は漸化式をそのままプログラミング出来 直感的に理解しやすいプログラムを作成できるが 通常のループによる計算に比べて計算機資源 ( メモリなど ) や時間を多量に消費する場合が多い 1! の計算を再帰とループ両方の方法で1 万回計算して実行時間を比較するプログラムが以下の場所にあるので 興味のある人は実行してみると良い /home/course/prog1/publc_html/7/hw/lec/sources/lec11-9b.c Prog-1 7 Lec 11-4 Programmng-1 Group