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1 情報処理 Ⅱ 2011 年 11 月

2 授業の進め方 プリプロセッサ指令 構造体 ファイル入出力 その他の型 記憶域管理関数 2 年以降でさらに学習 習熟 配列 と ポインタ は違うの? 値はメモリの中でどのように格納されるの? 配列 文字列 ポインタ 識別子 算術型 関数 変数の有効範囲 制御文 演算子 再帰呼び出し ライブラリ関数 式評価 プログラムの作成 コンパイル 実行 2

3 配列の宣言 (1) int a[3]; と宣言すると,3 個の int 型オブジェクトを確保する. a[0], a[1], a[2] が左辺値として使用できる. 宣言の形にも関わらず,a[3] は使用できない. 代入したときの動作は不定. 配列は0から始まる と覚える. a 配列変数名 : 参照可能だが代入は不可. a[0] a[1] a[2] オブジェクト : 代入と参照が可能. 3

4 オブジェクトとは 実体,object C では, メモリに格納されている実体 のこと オブジェクト という言葉が出てきたら, 値がメモリの中にどのような形で格納されるかをイメージすること! オブジェクト指向 とは完全に無関係 a 配列変数はオブジェクトではない メモリに割り付けられない a[0] a[1] a[2] 配列領域はオブジェクト メモリに割り付けられる 4

5 配列のサイズの求め方 a が配列変数のとき,sizeof(a) / sizeof(a[0]) でそのサイズ ( 要素数, 配列長 ) が求められる. 算術型に限らず, どんな配列変数でも成立する. aがポインタ変数の場合や,mallocなどにより動的に確保した領域には, 利用できない. a[0] a[1] a[2] a[9] sizeof(a) sizeof(a[0]) 5

6 合計 平均 最大 最小 問題 キーボードから 5 個の整数を読み取り, その合計 平均 最大値 最小値を表示するプログラムを作りなさい. 整数を読み取るには, ライブラリ関数の scanf を使いなさい. int5.c 6

7 scanf の留意点 変換指定子は, 値を格納したい変数の型に合わせる %d int, %f double, %ld long など 格納したい変数の直前に & をつける 単項演算子の一つ. 第 6 回の授業で説明する. 関数の戻り値 ( 関数を呼び出すことによって得られる値 ) で成否を判断する 読み込めた個数を返す. 失敗すれば,0 または負 読み込みに失敗したら, 入力が進まない. 入力が進む ストリーム while (scanf("%d", &a)!= EOF) と書いていて, 数字 空白以外の入力があると, 無限ループに陥る 7

8 合計 平均 最大 最小求め方 (1) 問題 ( 再掲 ) 概略 キーボードから 5 個の整数を読み取り, その合計 平均 最大値 最小値を表示するプログラムを作りなさい. 整数を読み取るには, ライブラリ関数の scanf を使いなさい. キーボードから整数を読み取り scanf 表示する printf 配列を使用する ( 使わなくても書けるが ) 個々の整数と, 合計 最大値 最小値はint 型, 平均はdouble 型とする 8

9 合計 平均 最大 最小求め方 (2) 詳細 for を用いて,5 個の整数を配列に格納する. 途中で読み込みに失敗したら, input error と出力して終了する. for を用いて合計を求め, 変数 sum に格納する. (double)sum / 5 により平均を求め, 変数 avg に格納する. 最小値, 最大値を格納する変数をそれぞれ min,max とし, 初期値 ( 暫定的な最小値, 最大値 ) をいずれも a[0] とする. a[1]~a[4] のそれぞれについて, 現時点での min と比較し, 配列中の値のほうが小さければ, それを最小値とする. 最大値についても同様に処理する. 人間の目なら 5 個の中から最大 最小を一瞬で見つけられるが, コンピュータは 2 つの値の比較を繰り返して, 求めなければならない. 9

10 文字列 C の文字列は, 末尾に ' 0' のつく char 配列である. ' 0' は 0 と同一. 文字を意識するときに使用する. 'a' の書式を文字定数という. ただし,int 型の値である. "a" の書式を文字列リテラルという. ナル文字 という ヌル文字 ともいう 文字列リテラルを直接書き換えることはできないが, 配列変数の初期化に指定すれば, 書き換え可能. 'a' 文字 : 文字列 : "a" 'a' ' 0' 10

11 文字列をずらす 入力 : "sleep" 出力 : 0: sleep 1: tmffq 2: unggr 25: rkddo 26: sleep 文字単位で, 次の文字 にしている ( ただし z の次は a) 出力は, シーザー暗号で, 入力を平文とし, ずらす数 を鍵として与えたときにできるすべての暗号文になっている. caesar.c 11

12 次の文字にするには ( 旧 ) text 's' 'l' 'e' 'e' 'p' ' 0' char c = text[j]; if ('a' <= c && c <= 'z') { text[j] = (c 'a' + 1) % 26 + 'a'; } ( 新 ) text 't' 'm' 'f' 'f' 'q' ' 0' 文字コードは,'a'~'z' が順に配置されているものとする ( 例 :ASCII) 12

13 多次元配列の宣言 多次元配列 : 配列の配列 int a[2][2]; と宣言すると, sizeof(int) が 4 のとき, sizeof(a) は 16 sizeof(a[0]) は 8 sizeof(a[0][0]) は 4 a 参照可能だが代入は不可. a[0] a[1] a[0][0]a[0][1]a[1][0]a[1][1] オブジェクト : 代入と参照が可能. 13

14 多次元配列の使い道 行列 n 行 m 列の実行列なら, double a[n][m]; ただしnとmは定数. a[j][i] はj 行 i 列 (0 j n 1, 0 i m 1) の値. ゲームなどで用いられる, 2 次元の盤やフィールド a[0][0] a[1][0] a[n 1][0] a[0][1] a[0][m 1] a[n 1][m 1] 14

15 行列の積 n 行 m 列と m 行 p 列の行列の積を求めることができ, 結果は n 行 p 列の行列になる. c[i][j] = 0 k m 1 (a[i][k] * b[k][j]) これを 0 i n 1,0 j p 1 に対して計算すればよい. m p b n n matrixnmp.c a p c 15

16 ポインタ ポインタとは? 指し示すもの ポインタ = アドレス + 型 なぜ必要? y *y メモリ ( 特に, 配列, 文字列, ヒープ ) に効率よくアクセスできるから. 関数の仮引数によく使用されるから. 16

17 図の見方 オブジェクト ( 代入可 ) 値 ( 代入不可 ) ポインタ変数 ( 代入可 ) ポインタ値 ( 代入不可 ) 配列変数 ( 代入不可 ) 17

18 オブジェクトとポインタの関係 (1) int x; int *y; とするとき, x は int 型の変数, またはその値 y は int * 型のポインタ変数, またはその値 ( ポインタ値 ) *y は y が指し示す先 を表す int 型の値 &x は x を指し示すもの を表す int * 型のポインタ値 宣言文での * はポインタ宣言子 ( 演算子ではない ) * は間接演算子 & はアドレス演算子ともに単項演算子 ( 積や論理積ではない ) x &x y *y 18

19 オブジェクトとポインタの関係 (2) α が, 適切なポインタ値 ( 指し示す先がある ) ならば, *α は 指し示す先のオブジェクト であり, 参照も代入もできる ( 左辺値になり得る ). int x = 0; int *y = &x; *y = 2; printf("%d n", x); とすると, 2 が出力される. y y x=0 *y= x=0 *y= x=2 時間19

20 配列がポインタになるとき 配列変数は, 参照時にはポインタ値になる. int x[5]; とするとき, x[k] はint 型の値 ( 左辺値になり得る ) &x[k] および x+k は, x[k] を指し示すもの を表す int * 型のポインタ値 ( 左辺値ではない ) ポインタ値としては, x と x+0 と &x[0] は同じ値となる. x 演算子の優先順位に注意すると,&x[k] は, (&x)[k] ではなく &(x[k]) と同じ x+0 x+1 x+4 x[0] x[1] &x[0]&x[1] x[4] &x[4] address.c 20

21 配列の演算子と間接演算子の関係 int x[5]; int *y = x; とするとき, x[3] と y[3] と *(x + 3) と *(y + 3) は同じオブジェクトを表す. 左辺値になり得る ( 代入可能 ). 変数 αが配列変数であってもポインタ変数であっても, α[i] と *(α + i) は同じオブジェクトを表す. i は負でもよい. *(α + 0) は *α と書ける. x x[0] y[0] x[1] y[1] x[2] y[2] x[3] y[3] x[4] y[4] y 21

22 一つの配列を指し示す複数のポインタ int x[5]; int *y = x + 1; とするとき, x[3] と y[2] は同じオブジェクトを表す. x x[0] y[ 1] x[1] y[0] x[2] y[1] x[3] y[2] x[4] y[3] y z ( 同一型の ) ポインタ値どうしの減算が可能. 上図で,y x は 1. y z は -3. 同一配列の中を指し示している 2 つのポインタが何要素分だけ離れているかを知ることができる. 22

23 ポインタ変数にできて配列変数にできないこと ( 前提 : int x[5]; int *y;) 代入 y = x; x = y; 整数との加減算 y++; や y = 3; x++; や x = 3; x x[0] x[1] x[2] x[3] x[4] y y+1 y+2 y+3 y+4 23

24 配列変数にできてポインタ変数にできないこと (1) 初期化していない状態での参照や代入 int x[10]; int *y; とするとき, x[5] = 1; y[5] = 1; 適切に指し示す先を設定しておけば, 問題ない. x x[0] x[1] x[9] y??? 初期化していないとき, それぞれの値は不明. しかし代入はできる. 24

25 配列変数にできて ポインタ変数にできないこと (2) 文字列の書換え char x[] = "programming"; char *y = "programming"; とするとき, x[7] = ' 0'; y[7] = ' 0'; 配列変数 x の初期化は, 文字列が配列値として格納されるのに対して, ポインタ変数 y の初期化および代入は, ( 書換えられない ) 文字列リテラルを参照するだけだから. y = x; y[7] = ' 0'; 25

26 ポインタ変数 ++ x x[0] x[1] x[2] x[3] x[4] y++; y y+1 y+2 y+3 y+4 y 1 y y+1 y+2 y+3 指し示す先を, 配列の 1 要素分, 次に移動する. 配列変数は安定的 ポインタ変数は身軽 とも言える. 26

27 ポインタのポインタ 指し示すものを指し示す 例 : char **p; p は char ** 型 p[0] および *p は char * 型 p[0][0] および **p はchar 型 適切に指し示していれば,p, p[0], p[0][0] はいずれも左辺値 ( 参考 ) 多次元配列の模式図 p p[0] p[0][0] 27

28 コマンドライン引数 コマンドライン引数とは 例 : cc program.c でコンパイルするとき, cc はコマンド名, program.c はコマンドライン引数と呼ばれる. C 言語でコマンドライン引数を獲得するには argv は char ** 型のポインタ変数 main 関数を int main(int argc, char *argv[]) と宣言する. argv argv[0] argv[1] argv[2] = NULL./abc 123 を実行したとき argc = 2 "./abc" "123" 書き換え可能な文字列 28

29 文字列を 1 文字ずつ参照するには 仕様 考え方 コマンドライン引数の文字列に対して, 0 と 1 の個数が等しければ equal を, そうでなければ not equal を出力する. "101010": equal "111100": not equal p ではなく *p *p++ ではなく p++ for (p = "101010"; *p!= ' 0'; p++) で, 文字列を先頭から1 文字ずつ参照する. pは着目する 位置 を,*pはその 文字 を表す. for 文を終えると,pはナル文字を指し示している. p ' 0' 0eq1.c 29

30 11 月 28 日のスケジュール 10:50~11:30 おさらい問題を各自解く ( 小テスト1) 大問 1の各小問の解答を用紙に記入すること書籍 ノートの参照, 友人との相談を行ってよい 11:30~12:10 おさらい問題の解説 12:10~12:20 小テスト2 30

31 おさらい問題 とは 試験を想定した問題集. 参考のため点数を書いているが, 成績には関係しない. 第 15 回授業では, 全範囲を対象として再度実施 成績は, レポート (20 点 )+ 期末試験 (80 点 ) 期末試験までに身につけてほしいこと C の文法を正しく理解する for 文を記述して適切な値で反復処理ができる 与えられたプログラムコードを日本語で的確に説明する for 文の記述では, 演算子の活用および従属型 ( 内側のループの範囲が, 外側の値 ( の変化 ) に依存する )2 重ループが含まれる. 31

32 正答率 (%) 大問 1((1)~(5)) (1)1.<001><096>.#include 文は ( 狭義の ) コンパイルの前になくなる. (2)2. 昨年度の試験問題. 辞書で いりこ いれこ を引くこと. (3)2.<066>. if~else は構文, else if はイディオム. (4)2.<132><133>.%pはアドレスの出力となる. (5)1.<096>. 実行するプログラムから見れば, コマンドライン引数は (main 関数の ) 実行の前に与えられるものであり, scanfによる入力は, 実行中に受け取ることになる. <3 桁 > は教科書の項目番号 ( ページではない ) 32

33 大問 1((6)~(10)) (6)2.<001>.sizeofは予約語. ^ は識別子で使用できる文字ではない. 大文字と小文字が区別されるので, Return は問題ない. (7)1.<015>.signedもunsignedもないintは符号あり. 0 をとることができる点にも注意. (8)2.<059>. 増文 は誤変換. (9)4.<067><066>.ifの中にbreak; があったら, どこを抜けるかよく確認すること. (10)4.<048><058>.! はビットを対象とした演算子ではなく, ^ は単項演算子ではない. $ は演算子ですらない. 33

34 大問 1((11)~(15)) (11)3.<045><049>. = と == の取り違いは, コンパイラが教えてくれないので, よく注意すること. (12)1.<046><043>. と && では, ショートカット判定 評価結果は1か0 に注意. 2 1 なら,3となる. (13)2.<022><040>. 配列のサイズは, コンパイル時に評価できる式でもよいので, a[7 2*2] は a[3] と等価. (14)2.<040>. a は, 長さが2バイトの, 書き換えられない char 配列となる.34は論外. (15)1.<070><072>. 配列変数 aに対して,2はa[0], 3はsizeof(a),4はsizeof(a)/sizeof(a[0]). 34

35 大問 2((1)~(4)) (1) 1,0,1 (2) i *= 3 ( 別解 :i = i * 3) (3) (1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(3,1) (4) i; j < 3; j++ ( 別解 :j < 3のところをj <= 2) 昨年度の試験問題と同一. 初期化 条件 増分に配慮し, 変数が期待どおりの範囲をとれるよう, 適切な for 文を書けることを目指してほしい. 35

36 2 重ループを, 表で考える ( 大問 2(4)) (i,j)=(0,0),(0,1),(0,2),(1,1),(1,2),(2,2) j=0 j=1 j=2 i=0 (0,0) (0,1) (0,2) i=1 (1,0) (1,1) (1,2) i=2 (2,0) (2,1) (2,2) i が 0 のとき,j は 0 から 2 まで i が 1 のとき,j は 1 から 2 まで i が 2 のとき,j は 2 から 2 まで 36

37 2 重ループを, 表で考える ( 大問 2(3)) for(i=1;i<=3;i++) for(j=1;j<=4 i;j++) i が 1 のとき,j は 1 から 3 まで i が 2 のとき,j は 1 から 2 まで i が 3 のとき,j は 1 から 1 まで j=1 j=2 j=3 i=1 (1,1) (1,2) (1,3) i=2 (2,1) (2,2) (2,3) i=3 (3,1) (3,2) (3,3) 37

38 大問 2((5)~(11)) (5) ナル文字 ( 別解 : ヌル文字 ; 0 ) (6) char * ( 別解 :charのポインタ) (7) 指し示す先に,bの指し示す先の値を (8) 配列の1 要素分増える (9) *b ( 別解 :bの値を変更する前の,bの指し示す先の値) (10) ナル文字をコピーした (11) 次の文を, このwhileループの中の処理としてしまう <072> にコードがある. ただし現在では推奨されない. strcpy 関数を使うのが最善であり, ループカウンタを入れて for 文で記述するほうがまだよい ( 読みやすい ). 38

39 大問 3( メモ ) 何をするものか? unsigned char 型の取り得る全ての値について, その 2 進表現を求める どんなコマンド? cc o charall charall.c でコンパイルし,./charall で実行する どんな出力? 256 行. 最初は 0: , 次は 1: , 最後は 255: 変数の変化? 独立型の 2 重ループで,x は 0,1,,255,0 ( オーバーフローによって 0 が代入され,do~while のループを抜ける ).b は for ループのたびに,128,64,,1,0( 右シフトで半減していき, 最下位ビットの 1 がなくなれば終了 ) 39

40 大問 3( メモ ) 技法? #include は printf 関数を使用するため bはunsignedにしないと,128の右シフトで符号ビットが残る可能性がある printfで %3d とすることで,0~256の表示を右揃えにできる x & b は,b の 1 のあるビットの位置に,x も 1 があるかを判定している. あれば 1, なければ 0 を出力し,b を変化させてていくことで,x の 2 進表現となる. ++x は x = x + 1 と等価であり,x の値を 1 増やし, その値を評価値とする.x が 0 のとき,++x は 1 で,255 のときは,(256 ではなく,unsigned char 型のオーバーフローにより )0. 40