学際科目の情報制御基礎において、学科間でプログラミングの初歩の理解差があるので、簡単なC言語プログラミングの基礎の説明。
Hello World
“Hello World”と表示するだけのC言語プログラムは以下のようになる。
// コメントの書き方1 // "//"で始まる行は、プログラムの説明(コメント)
/* コメントの書き方2 */ // "/*"から"*/"で囲まれる範囲もコメント
#include <stdio.h> // #で始まる行はプリプロセッサ行
// stdio.h には、入出力関数の説明が書いてある
int main() { // 一連の処理の塊を関数と呼ぶ。
// C言語では main() 関数を最初に実行する。
printf( "Hello World\n" ) ; // printf() は、以下の物を表示する関数。
// "\n"は、文字を出力して改行するための特殊文字
return 0 ; // main() 関数が、正常終了したことを意味する
} // 0 を返り値として返す。
“#include <…>”のプリプロセッサ行は、最初のうちは解りにくいので、「これを書かないとダメ…」と思っていればいい。
#include <stdio.h> は、別ファイル(ヘッダファイル) stdio.h に記載されているプログラムリストを読み込む機能。
stdio.h には、printf() や scanf() などの基本的な関数や定数などの情報が記載されている。
C言語の基本的な命令(文)は、”;”で終わる。(単文)
複数の処理をまとめる場合には、”{“から”}”の中に、複数の文を書き並べる。(複文)
関数とは、複数の処理をひとまとめにした、処理の「かたまり」と思えばいい。
関数の型 関数名( 仮引数 ... ) { 処理1 ... ; 処理2 ... ; }printf() の 文字列中の”\n”(あるいは”¥n”)は、改行を意味する。
「\:バックスラッシュ」は、日本語環境では「¥:円記号」で入力・表示することが多い。
変数と代入
#include <stdio.h>
#include <math.h> // 数学関数を使う 平方根 sqrt() を使っている
int main() {
// 変数の宣言
int i ; // 符号付き32bit変数 i の宣言
int a = 123 , j ; // a を 123 で初期化 , j も整数型
float x ; // 単精度実数の x を宣言
double y = 1.234 , z ; // 倍精度実数の y を宣言し 1.234 で初期化,
// z も倍精度実数
// 変数への代入
i = 1 ; // i に 1 を代入
i = 12 + 2 * a ; // 12+2*a を代入 a は123なので、
// iには、258 が入る。
x = sqrt( 2.0 ) ; // x に 2.0 の平方根(1.4142)を代入
z = y * 2.0 + x * 3.0 ; // y*2+x*3をzに代入
// 変数の内容の表示
printf( "%d\n" , i ) ; // 整数型(%d)で、 i の値を表示
printf( "%f\n" , x ) ; // 単精度実数(%f) で、x の値を表示
printf( "%lf\n" , z ) ; // 倍精度実数(%lf)で、z の値を表示
printf( "iの値は%d,xの値は%lfです。\n" , i , x ) ;
return 0 ; // 正常終了 0 を返す
}
変数(計算結果を格納する入れ物)を使う場合は、変数を宣言する。
変数名には、何が入っているのか理解しやすいように、名前をつければいい。(英字で始まり、英数字が続くもの,_が入ってもいい)
変数に値を記憶する時は、”変数名=式 ;”の様に書くと、代入演算子”=” の右辺を計算し、その計算結果が左辺の変数に保存される。
変数の内容を表示する時には、printf() の文字列の中に、%d,%f,%lf などの表示したい式の型に応じたものを書いておく。
式の値が、その %.. の部分に書き込まれて、出力される。
繰り返しの制御命令
最も基礎的な繰り返し命令として、for() 文を説明。
#include <stdio.h>
int main() {
int i ;
for( i = 1 ; i <= 10 ; i++ ) { // iを1から10まで変化させる。
printf( "%d %d\n" , i , i*i ) ; // i と iの二乗を表示
}
return 0 ;
}
for文の意味を説明するために、対応するフローチャートを示す。
先のプログラムをフローチャートで示し、その命令の実行順序と、その変数の変化を下図に示す。
練習問題1
簡単なプログラミングの練習として、前回講義の練習問題をC言語で書いてみよう。
- 電気電子工学科,電子情報工学科の学生は、出席番号が奇数は処理C,偶数は処理Dについて回答せよ。
- それ以外の学科の学生は、出席番号が奇数は処理A,偶数は処理Bの結果について回答せよ。
制御構文とフローチャート
構文の入れ子
文と複文
C言語の文法で、{,} は複数の処理をまとめる複文とよばれる。
これに対して、a = 123 ; といったセミコロンで終わる「処理 ;」は単文という。
制御構文は、「if ( 条件) 文」で文となる。このため、文が単文であれば、{,} は不要である。
if ( 条件 ) {
a = 123 ;
}
if ( 条件 )
a = 123 ; // 単文なら中括弧は不要
同じように、「while(条件) 文」、「for(A,B,C) 文」、「do 文 while(条件) ;」も、それぞれ文を構成する。
{,} の複文は、{ 文 文 文… } のように、一連の文を実行し、それを1つの文として扱うための機能である。
練習問題2
プログラムの制御構造の確認として、以下の３つ(No.1,No.2,No.3)の問題から、
M科,C科,B科の学生は((自分の出席番号+1) % 2)+1 の問題、E科,EI科の学生は、((自分の出席番号+1) % 3)+1について、プログラムのフローチャートを描き、その処理がどのように進むのか答えよ。
レポートには、以下の点を記載すること。
- フローチャート
- 実行順序
- 変数の変化がわかる内容
- (できれば、実際にプログラムを動かし、正しいことを検証)
// No.1
#include <stdio.h>
int main() {
int i , j ;
for( i = 1 ; i <= 4 ; i++ ) {
if ( i % 2 == 0 ) { // i%2 は2で割った余り,i%2==0ならば偶数のとき
for( j = 1 ; j <= 2 ; j++ )
printf( "%d %d\n" , i , j ) ;
}
}
return 0 ;
}
// No.2
#include <stdio.h>
int main() {
int x = 10 , y = 7 , s = 0 ;
while( x > 0 ) {
if ( x % 2 != 0 )
s = s + y ;
y = y * 2 ;
x = x / 2 ; // 注意: xは整数型
}
printf( "%d\n" , s ) ;
return 0 ;
}
// No.3
#include <stdio.h>
int a[ 6 ] = { 2 , 3 , 5 , 8 , 13 , 21 } ;
int main() {
int left = 0 , right = 6 , mid ;
int key = 13 ;
while( right - left > 0 ) {
mid = (left + right) / 2 ; // 整数型で計算
printf( "%d\n" , a[ mid ] ) ;
if ( a[ mid ] == key )
break ;
else if ( a[ mid ] > key )
right = mid ;
else
left = mid + 1 ;
}
return 0 ;
}