プログラミング演習第一

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1 プログラミング演習第一 第 1 回目 : プログラミング開発環境とコンパイル A 組 10/4( 月 ) 1-2 限 B 組 10/5( 火 ) 1-2 限 担当 : 上瀧剛 ( こうたきごう ) Mail:koutaki@cs.kumamoto-u.ac.jp

2 演習の目標 : C 言語の文法の習得 関数( サブルーチン ) 配列 ポインタ 構造体 評価 : レポート課題のみ 試験はありません ただし プログラミング方法論が不合格の場合 本演習も不合格となります 2/3の出席が必要 レポート回収で出席を兼ねます やむを得ず欠席する場合は必ず事前に連絡下さい 事前連絡なしではレポートを受理しません

3 スケジュール ( 予定 ) 回 A 組 B 組 教科書の項目 内容 1 10/4 10/5 C 言語プログラムの作成 コンパイル hello world 2 10/4 10/5 C 言語のやさしい入門 3 10/18 10/12 printf 詳細 getc, make 4 10/25 10/19 変数とデータ型 変数 配列 文字列 5 11/8 10/26 演算子 四則演算 型キャスト ビット 6 11/15 11/9 制御文 if, for, while, break, continue 7 11/22 11/16 コンソール入力 getchar, putchar 8 11/29 11/30 関数の作り方 関数宣言 グローバル宣言 9 12/6 12/7 記憶クラス 10 12/13 12/14 ポインタ アドレス ポインタ参照 11 12/20 12/ /17 1/11 ユーザが作成するデータ型 構造体 共用体 13 1/24 1/ /31 1/25 プリプロセッサ 標準ライブラリ ファイル入出力 実用プログラム 何の役に立つのか : 卒業研究 就職活動 会社での業務 etc

4 プログラミング言語のタイプ タイプ 備考 コード例 コンパイラ ( ファイル ) FORTRAN C アセンブラ C++ Java 最初の高級言語 科学計算ソフト系 (ex. 行列演算 電子状態計算 ) ではいまだに現役だったりします C++ と並んで開発系で最もよく使われる言語 機械語に近い言語 SIMD 並列処理や高速処理が要求される箇所で 部分的に使われることがある おそらく開発系で最もよく使われる言語 基本は C 言語 開発系でよく使われる言語 基本は C 言語の文法に似ている INTEGER I, J DO I=0, 10 j = j + i ENDDO int i, j = 0; for(i = 0;i <= 10;i++) j = j + i; mov test je mov eax,dword ptr [ebp+0ch] eax,eax 765CCDA1 ecx,dword ptr fs:[18h] Int j = 0; for(int i = 0;i <= 10;i++) j = j + i; Int j = 0; for(int i = 0;i <= 10;i++) j = j + i; F77, G77 (*.f,*.f77, *f90) gcc, Visual C++(cl.exe) Boland C++ (*.c, *.h) Visual C++ Gas (*.asm) Gcc, Visual C++(cl.exe) Boland C++ (*.cpp, *.cc) Javac (*.java) 他にもいろいろあります

5 本日の演習内容プログラミング開発環境とコンパイル 0. C 言語でのプログラム作成手順 1. 簡単な C 言語のプログラム作成 2. コンパイルと実行 3. エラー 警告メッセージについて 4. まとめ 5. 課題

6 0. C 言語でのプログラム作成手順 C 言語のプログラムソースを作成 ( 人間が読みやすい形式 ) コンパイル ( コンピュータが理解できる形式に翻訳 ) テキストエディタを使います Emacs や vi Windows だとメモ帳など 翻訳プログラムをコンパイラといいます 演習では gcc(gnu C Compiler) というコンパイラを使います Windows だと VC++(cl.exe) などがあります リンク ライブラリ ( 既にコンパイル済みのプログラムや関数群 ) リンクを行うプログラムをリンカといいます gcc にはリンカ機能も含まれています 実行ファイル ( バイナリ ) 出力 実行ファイルを実行 Windows だと exe ファイルに相当します Windows のパソコンを持っている人は Cygwin というソフトをインストールすることで本演習とほぼ同等の環境で gcc を使うことができます

7 ご参考 :Cygwin の実行例

8 1. 簡単な C 言語のプログラム作成 Emacs を起動して以下のプログラムソースを作成して ex1-1.c として 保存してください >mkdir PEI >cd PEI >emacs ex1-1.c & #include <stdio.h> mv ex1-1.c PEI ファイルを PEI に移動 int main(void){ printf( hello, world! n ); return 0; }

9 2. コンパイルと実行 コンパイルソースを保存したら 以下のコマンドを実行してプログラムをコンパイルします 問題なければ 次のプロンプト > が表示されます 何かメッセージが出てくれば どこかでプログラムを打ち間違えていますので修正してください >gcc ex1-1.c > 実行以下のコマンドを入力して 先ほどコンパイルしたプログラムを実行します hello, world! と出てくれば成功です >./a.out hello, world! >

10 プログラム解説 int main(void){ printf( hello, world! n ); return 0; } メイン関数がここから { hello, world! n という文字列を出力する戻り値 =0 としてメイン関数を終了するメイン関数ここまで } Cのプログラムはmain 関数から開始されます 関数の中身はカッコ { } で閉じます 文はセミコロン ; で区切ります printfは画面に文字列を出力する関数です 標準関数と呼ばれる関数です その宣言 定義は先のstdio.hに書かれています では その処理を行う関数の中身は? 標準ライブラリ /usr/lib/libc.a の中に入っています おそらく gccの作者がマシン語 ( 画面出力というハードウェア制御が入っている ) などで作ってますので解読難 main 関数はint 型 ( 整数の値 ) を返さなければなりません ですのでreturn 0; が入っています

11 プログラム解説 文は字下げで見やすくします int main(void){ printf( hello, world! n ); return 0; } int main(void){ printf( hello, world! n ); { int a; } return 0; }

12 プログラム解説 int main(void){ printf( hello, world! n ); return 0; } メイン関数がここから { hello, world! n という文字列を出力する戻り値 =0 としてメイン関数を終了するメイン関数ここまで } printf( hello, world! n ); 文字列はダブルクォーテション で囲みます n は ( あるいはバックスラッシュ /n) は改行の意味です 他にも以下のようなものがあります n 改行 t タブ r 行の先頭に戻る a ビープ音を 鳴らす を表示 を表示 printf は他にも機能がありますが 別途説明します

13 プログラム解説 #include <stdio.h> テキスト出力関数 printf を使うために printf が宣言されているヘッダファイルを読む stdio=standard Input Output の略 # はプリアンブルの意味で ヘッダファイルの内容をそのまま置き換える では stdio.h はそもそもどこにあるのか? /usr/include/ の中にある int main(void){ printf( hello, world! n ); return 0; }

14 プログラム解説 確認 >grep printf /usr/include/stdio.h >grep "printf" /usr/include/stdio.h extern int fprintf (FILE * restrict stream, extern int printf ( const char * restrict format,...); extern int sprintf (char * restrict s, extern int vfprintf (FILE * restrict s, const char * restrict format, extern int vprintf ( const char * restrict format, _G_va_list arg); extern int vsprintf (char * restrict s, const char * restrict format, extern int snprintf (char * restrict s, size_t maxlen, THROW attribute (( format ( printf, 3, 4))); extern int vsnprintf (char * restrict s, size_t maxlen, THROW attribute (( format ( printf, 3, 0))); extern int vasprintf (char ** restrict ptr, const char * restrict f, THROW attribute (( format ( printf, 2, 0))); extern int asprintf (char ** restrict ptr, THROW attribute (( format ( printf, 2, 3))); extern int asprintf (char ** restrict ptr, THROW attribute (( format ( printf, 2, 3))); extern int vdprintf (int fd, const char * restrict fmt, attribute (( format ( printf, 2, 0))); extern int dprintf (int fd, const char * restrict fmt,...) attribute (( format ( printf, 2, 3))); extern int obstack_printf (struct obstack * restrict obstack, THROW attribute (( format ( printf, 2, 3))); extern int obstack_vprintf (struct obstack * restrict obstack, THROW attribute (( format ( printf, 2, 0))); 確かにある #include<stdio.h> はこの長いヘッダファイルの中身を貼り付けている

15 gcc について >gcc ソースプログラムのファイル名 o 出力ファイル名 l ライブラリファイル名 -o は Output の略 このオプションを省略すると a.out が出力ファイルとなる -l でライブラリファイル内の関数を出力ファイルにリンクします デフォルトでは lc (libc.a: 標準関数群 ) -lm(libm.a: 数学関数群 ) がリンクされます ライブラリファイルは /usr/lib に置いてあります 通常 ここのディレクトリを gcc は探しにいきます ライブラリファイルの中には沢山の関数が詰まっています gcc は賢いので ソースプログラム内で使われた関数だけを取り出して自動的にリンクしてくれます

16 1. 簡単な C 言語のプログラム作成 以下のプログラムソースを作成して ex1-2.c として保存 コンパイル 実行してください /* 数値計算をするサンプルプログラム */ #include <stdio.h> int main(void){ int nn; // 変数 nn を宣言 } nn = 4 + 5; // の結果を変数 nnに入れる printf( %d + %d = %d n, 4, 5, nn); // 結果を表示する return 0; %d は整数値を表示します その整数値は カンマ, の後にそれぞれ指定します printf( %d + %d = %d n, 4, 5, nn);

17 1. 簡単な C 言語のプログラム作成 コメント文の例 /* コメント文 */ // コメント文 /* と */ の間で囲まれた文をコメントにする 途中で改行しても その間はコメント扱いになる // 以降をコメントにする 改行するとコメントを抜ける C++ からの仕様だが C でも使える場合が多い /*************************************/ /* プログラム main.c by g.koutaki */ /* ver.1 */ /*************************************/ /************************************ プログラム main.c by g.koutaki ver.1 ************************************/

18 3. エラー 警告メッセージについて エラー (error) スペルミスや文法ミスでコンパイルが通らない状態 言われた箇所を直せば基本的にすぐ直る 警告 (warning) エラーではないが 望ましくないコードである プログラムは実行できる が 致命的なバグの原因になる可能性があるので なるべく警告は出さないように努める バグ (bug) エラーも警告もないが プログラムがとまったり 望ましくない結果が得られる 忌わしき事態 バグ取りは ソフトウェア開発でもっとも時間を要する作業

19 3. エラー 警告メッセージについて 例 ) わざとエラーを出してみる >cp ex1-1.c ex1-3.c としてファイルをコピー 以下のように変更してみる #include <stdio.h> int main(void){ printf( hello, world! n ); return 0; // } // はコメント文の意味 この行は無視されます 次のようなエラーが出る >gcc ex1-3.c main 関数ないでエラーがある 関数の終端がない ex1-3.c: In function main : ex1-3.c:6: error: expected declaration or statement at end of input

20 3. エラー 警告メッセージについて 例 ) わざと警告を出してみる 以下 ex1-4.c を作成する #include <stdio.h> int main(void){ int a, b; b = 1 / 0; printf( hello, world! n ); return 0; } 次のような警告が出る >gcc ex1-3.c -Wall 警告をすべて出すようにオプション-Wallを指定 ex1-3.c: In function main : ex1-3.c:6: warning: division by zero ゼロで除算を行った ex1-3.c:5: warning: unused variable a main 関数のなかで変数 aを宣言したが一度も使っていない

21 3. エラー 警告メッセージについて 例 ) わざとバグを出してみる ex1-5.c として保存する #include <stdio.h> int main(void) { int index; int data[100]; data[index] = 100; index = index + 1; return 0; } この data[100] は配列変数です 別途 演習で詳しく解説します これを作った人は index は 0 で初期化されていると勘違いしていたとする 次のようなにコンパイルは問題なく通るが プログラムを実行すると強制終了する >gcc ex1-5.c Wall >./a.out Segmentation fault (core dumped) メモリ関連で深刻なエラーが発生! >

22 3. エラー 警告メッセージについて index の値を調べてみる #include <stdio.h> int main(void) { int index; int data[100]; printf( index=%d n, index); data[index] = 100; index = index + 1; return 0; } >./a.out index= 実際にはindexにおかしな値が入っていた Segmentation fault (core dumped)

23 4. まとめ プログラムは ソース作成 コンパイル ソース修正の流れで行う コンパイルを行うプログラムはコンパイラ コンパイラはエラーや警告を教えてくれる エラーや警告がなくても生じる不具合( バグ ) がある

24 5. 課題 課題 1-1. 以下のプログラムを作成してコンパイルした結果を示しなさい その結果について解説しなさい #include <stdio.h> int main(void){ int a, b; a = 0; b = 1 / a; printf( a = %d, b = %d n, a, b)} 課題 1-2. 上のプログラムがコンパイルが通るように修正しなさい また その実行結果を示しなさい 結果が思わしくない 場合は その原因について考察しなさい

25 5. 課題 課題 2. 学籍番号下 3 桁を下図のようにo( 小文字のオー ) を組み合わせて表示するプログラムを作成して 結果を表示せよ レポートにはプログラムソースも載せること 一文字のサイズは横 5 縦 8 文字で 文字間は2 文字分空けること 文字のデザインは読めれば何でもいいです ooo o o o ooo o o o oooo ooo o o o ooo o o o o ooo ooo o o o o oooo o o o ooo

26 レポートのフォーマットについて プログラミング演習第一第 1 回課題レポート 2010/10/ T1234 上瀧剛 課題 1-1. (1) コンパイルの結果 >gcc ex1-1.c. (2) 結果の解説. 課題 1-2. (1) ソースプログラム #include <stdio.h> int main(void){ int a, b; a = 0;