C言語入門

(1)

C言語入門

第7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,

(2)

前回の復習

(3)

連立一次方程式を行列で計算する

• 吐き出し法(ガウスの消去法)

• ステップ1: 前進消去(上三角行列の作成)

gaussian_elimination1.c // step1 for (k = 0; k < M - 1; k++) { for (i = k + 1; i < M; i++) { x = a[i][k] / a[k][k]; for (j = 0; j < N; j++) {

a[i][j] = a[i][j] - a[k][j] * x; } b[i] = b[i] - b[k] * x; } } まずどこでピボッティング処理するのが良いのか考える少なくとも、a[k][k]で割る前でないと意味がないので候補はこの3か所

(4)

連立一次方程式を行列で計算する

• 吐き出し法(ガウスの消去法)

• ステップ1: 前進消去(上三角行列の作成)

gaussian_elimination1.c // step1 for (k = 0; k < M - 1; k++) { for (i = k + 1; i < M; i++) { x = a[i][k] / a[k][k]; for (j = 0; j < N; j++) {

a[i][j] = a[i][j] - a[k][j] * x; } b[i] = b[i] - b[k] * x; } } k毎に処理しないといけないので一番上は除外 k毎に処理しておけば i毎に処理する必要はない従って一番下も除外結果、真ん中が最適と言うことになる

(5)

ピボッティング

• a[k][k] が 0 か調べる

gaussian_elimination1.c // step1 for (k = 0; k < M - 1; k++) { if (a[k][k] == 0) { // この場合にピボッティングする必要がある } for (i = k + 1; i < M; i++) { x = a[i][k] / a[k][k]; for (j = 0; j < N; j++) {

a[i][j] = a[i][j] - a[k][j] * x; }

b[i] = b[i] - b[k] * x; }

(6)

ピボッティング

• k+1行目以降でk列目が 0 でない行を探す

gaussian_elimination1.c // step1 for (k = 0; k < M - 1; k++) { if (a[k][k] == 0) { for (i = k + 1; i < M; i++) { // ここでa[i][k]が0でない行を探す } } // ... }

(7)

ピボッティング

• 目的の行を見つけた際の処理を書く

gaussian_elimination1.c // step1 for (k = 0; k < M - 1; k++) { if (a[k][k] == 0) { for (i = k + 1; i < M; i++) { if (a[i][k] != 0) { // 目的の行を見つけた際の処理を書く } } } // ... } 授業では最初ここを a[i][k] == 0 としていたので、上手く動いていませんでした。

(8)

ピボッティング

• k行とi行の各列で値を交換する

gaussian_elimination1.c // step1 for (k = 0; k < M - 1; k++) { if (a[k][k] == 0) { for (i = k + 1; i < M; i++) { if (a[i][k] != 0) { for (j = 0; j < N; j++) { // k行とi行の各列でaの値を交換する処理 } // k行とi行でbの値を交換する処理 } } } // ... }

(9)

ピボッティング

• 暫定的に完成したピボッティング

gaussian_elimination1.c if (a[k][k] == 0) { for (i = k + 1; i < M; i++) { if (a[i][k] != 0) { float tmp; for (j = 0; j < N; j++) { tmp = a[k][j]; a[k][j] = a[i][j]; a[i][j] = tmp; } tmp = b[k]; b[k] = b[i]; b[i] = tmp; } } } なぜ暫定的かと言うとこのままだと、二重にピボッティングする事もある。実害はないが無駄な処理なのでピボッティングに成功したらそこでピボッティングの処理を打ち切るほうが効率的。

(10)

繰り返し(ループ)の復習

(11)

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を再開する

• 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

continue 文の

2つ目の説明が微妙に間違ってました

正しくはループ末尾から再開

8週資料参照

(12)

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);

条件式処理真偽 do while 文は、ループ内の処理を最低1回は実行する。教科書 p.123. continue break

do while 文内の

continue 文で

飛ぶ先が間違ってました

正しくは次項または

8週資料参照

(13)

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);

条件式処理真偽 do while 文は、ループ内の処理を最低1回は実行する。教科書 p.123. continue break

(14)

初期化・更新処理付きループ (for 文)

• 真偽値による繰り返し

for (式1; 式2; 式3) {

// 式2が真の場合の処理

};

式2 式1 真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。処理式3 教科書 pp.124-129. continue break

(15)

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

for (式1; 式2; 式3) {

// 式2が真の場合の処理

};

式2 式1 真偽処理式3 教科書 pp.123-129. for文の continue break

式1;

while (式2) {

// 式2が真の場合の処理

式3;

};

while文の continue

(16)

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

for (i = 0; i < 10; i++) {

// ループ内の処理

};

i < 10 i = 0 真偽処理 i++ 教科書 pp.123-129. for文の continue break

i = 0;

while (i < 10) {

//ループ内の処理

i++;

};

while文の continue

(17)

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); 教科書 pp.119-122. 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。

(18)

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 == 4) {printf(" break¥n"); break;} printf(" 3rd¥n"); i++; } 教科書 p.123. 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

(19)

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 == 4) {printf(" break¥n"); break;} printf(" 3rd¥n"); } 教科書 pp.124-129. 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

(20)

(21)

コマンドライン引数

• main 関数の引数として取得出来る。

argtest.c

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

int i;

printf("argc = %d¥n", argc); for (i = 0; i < argc; i++) {

printf("argv[%d] = ¥"%s¥"¥n", i, argv[i]); } return EXIT_SUCCESS; } main の引数名は自由につけて良いが以下の名前を使うのが慣例になっている

argc: ARGument Count argv: ARGument Vector 教科書 pp.265-272.

[1] pp.139-144.

argument は英語で引数を意味する

(22)

コマンドライン引数

• main 関数の引数として取得出来る。

コマンドプロンプト >argtest a b "c d" "e¥"f" argc = 5 argv[0] = "C:¥Users¥kou¥Desktop¥CLangI2014S1¥argtest.exe" argv[1] = "a" argv[2] = "b" argv[3] = "c d" argv[4] = "e"f" mintty + bash $ ./argtest a b "c d" "e¥"f" argc = 5 argv[0] = "./argtest" argv[1] = "a" argv[2] = "b" argv[3] = "c d" argv[4] = "e"f" 教科書 pp.265-272. [1] pp.139-144. コマンドライン空白で分割されて argvに格納される。 argvに空白を含めたい場合は「"」(ダブルクォーテーション)で囲む「"」を含めたい場合は「¥」でエスケープする argv[0]は実行中のコマンド名

(23)

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:

標準入力

• stdout: STanDard OUTput:

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

(24)

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

• fscanf や fprintf を使うと、入出力先を自由に

選択出来る

[1] pp.196, 199, 218. stdiotest.c

printf("output to stdout with printf¥n");

fprintf(stdout, "output to stdout with fprintf¥n"); fprintf(stderr, "output to stderr with fprintf¥n"); mintty + bash

$ ./stdiotest > redirect.txt output to stderr with fprintf $ cat redirect.txt

output to stdout with printf output to stdout with fprintf

(25)

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

(26)

fprintf 関数

• int fprintf(FILE *fp,

const char *FORMAT, ...);

• printfの結果をfpへ書き出す

• 引数:

• fp:

FILE 構造体へのポインタ

• 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

教科書 pp.61, 64-66, 98, 300. 参考: [1] pp.305-306.

(27)

fscanf 関数

• int fscanf(FILE *fp,

const char *FORMAT, ...);

• fpからデータを読み込む

• 引数:

• fp:

FILE 構造体へのポインタ

• FORMAT:

書式

• ...:

任意の数の引数

値を格納する変数へのポインタ

• 戻り値:

• 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

教科書 pp.80-83, 254. 参考: [1] pp.307-309.

(28)

fopen 関数

• FILE fopen(const char filename,

const char *mode);

• ファイルを開き、FILE構造体へのポインタを得る

• 引数:

• filename: ファイル名(パス)の文字列

• mode:

ファイルを開くモード

• 戻り値:

• FILE 構造体へのポインタ

• エラーの場合 NULL

教科書 pp.298-305. 参考: [1] pp.194-198.

(29)

fopen 関数の mode

mode 読み込み 書き込み 動作 "r" 任意の位置 × ファイルを開く、存在しない場合エラー "w" × 任意の位置ファイルを作成し、前の内容は消去する "a" × ファイル末尾ファイルを開く、または作成 "r+" 任意の位置任意の位置ファイルを開く、存在しない場合エラー "w+" 任意の位置任意の位置ファイルを作成し、前の内容は消去する "a+" 任意の位置ファイル末尾ファイルを開く、または作成教科書 pp.298-305. 参考: [1] pp.194-198. "r", "w", "a", "r+", "w+", "a+" はテキストモードで読み書きするテキストモードでは改行コード(¥n)の扱いが環境によって異なる • Windows: CR LF (0xd 0xa) • Mac: CR (0xd) • UNIX: LF (0xa) バイナリモードにするには、"rb", "wb", "ab", "r+b", "w+b", "a+b" のように "b" を追加する

(30)

fclose 関数

• int fclose(FILE *fp);

• ファイルを閉じます

• 引数:

• fp:

FILE構造体へのポインタ

• 戻り値:

• 0 を返す

• エラーの場合 EOF を返す

教科書 pp.298-305. 参考: [1] pp.194-198.

(31)

(32)

演習: print_0.c

• 0を表示せよ

• 数値の直後で改行すること

コマンドプロンプト

>print0

0 >

(33)

演習: print_dec.c

• scanf関数を用いてキーボードから入力され

た整数をint型の変数iに読み込み10進数と

して表示せよ

• i を入力する前に「i = 」と

標準エラー出力に表示する事

第3週資料 pp.23-33, 34-42. mintty + bash $ ./print_dec i = 123 123

(34)

演習: print_octdechex.c

• scanf関数を用いてキーボードから入力された

8,10,16進数の整数をint型の変数iに読み込

み8,10,16進数の3種類の表示せよ

• i を入力する前に「i = 」と

標準エラー出力に表示する事

• 8進数表示の前には0を表示せよ

• 16進数表示の前には0xを表示せよ

• 各数値は幅6桁で右寄せで表示し

末尾は改行すること

8,16進数頭の0,0xは6桁に含める

第3週資料 pp.23-33, 34-42. mintty + bash $ ./print_octdechex i = 0123 0123 83 0x53 $ ./print_octdechex i = 123 0173 123 0x7b $ ./print_octdechex i = 0x123 0443 291 0x123

(35)

演習: print_evenodd.c

• iが偶数か奇数か調べ以下の文字列を

printf関数に与えて表示せよ

• 偶数の場合: "even number¥n"

• 奇数の場合: "odd number¥n"

• print_evenodd_tmp.c を

print_evenodd.c にコピーし

指定の場所に作成する事

mintty + bash $ ./print_evenodd i = 1 odd number mintty + bash $ ./print_evenodd i = 2 even number

(36)

演習: print_natural_lt.c

• n未満の非負整数(0を含む自然数)を小さい

順に全て表示せよ

• 各数値の直後で改行すること

• 変数はi,nのみを使うこと

• print_natural_lt_tmp.c を

元に、指定の場所に作成する事

mintty + bash $ ./print_natual_lt n = 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

(37)

演習: print_even_lt.c

• 0以上n未満の偶数を小さい順に全て表示せ

よ

• 各数値の直後で改行すること

• 変数はi,nのみを使うこと

• print_even_lt_tmp.c を

元に、指定の場所に作成する事

mintty + bash $ ./print_even_lt n = 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

(38)

素数

• 1と自分以外に正の約数を持たない自然数

(正整数)で1でない数

• 調べたい数をiとすると、2以上i/2以下の整

数jの全てについてiが割り切れないことを確

認すれば良い。

(39)

演習: print_isprime.c

• iが素数かどうか調べ以下の文字列をprintf関数に

与えて表示せよ

• 非素数: "not prime number¥n"

• 素数: "prime number¥n"

• 変数はi,j,primeのみを使う事

• 変数は以下の目的で使う事

• i: 素数かどうか調べたい数

• j: 2以上i/2以下の正数

• prime: 素数判定用のフラグ

0=非素数,1=素数

• print_isprime_tmp.c を元に

指定の位置に作成せよ

mintty + bash $ ./print_prime_lt n = 2 $ ./print_isprime i = 2 prime number $ ./print_isprime i = 3 prime number $ ./print_isprime i = 5 prime number $ ./print_isprime i = 7 prime number $ ./print_isprime i = 11 prime number

(40)

演習: print_isprime.c

• 非素数の場合も確認

mintty + bash

$ ./print_isprime i = 4

not prime number $ ./print_isprime i = 6

not prime number

mintty + bash

$ ./print_isprime i = -1

not prime number

負の場合、 0及び1の場合合成数の場合

(41)

演習: print_prime_lt.c

• n未満の素数を小さい順に全て表示せよ

• 各数値の直後で改行すること

• 変数はi,j,n,primeのみを使う事

• 変数は以下の目的で使う事

• i: 素数かどうか調べたい数

• j: 2以上i/2以下の数

• prime: 素数判定用のフラグ

• print_prime_lt_tmp.cを元に

指定の位置に作成せよ

mintty + bash $ ./print_prime_lt n = 30 2 3 5 7 11 13 17 19 23 29

(42)

フィボナッチ数列

• いわゆる黄金比の数列

𝐹

₀

= 0

𝐹

₁

= 1

(43)

演習:

print_fibonacci_n.c

• フィボナッチ数列

_{のうち最小のn個を小さい順に}

表示せよ

• 各数値の直後で改行すること

• 変数は f0, f1, f2, i, n のみを使うこと

• 各変数は以下の用途で用いる事

• f0 = 𝐹

_𝑖

• f1 = 𝐹

_𝑖+1

• f2 = 𝐹

_𝑖+2

• iは上記𝐹

_𝑖

の添え字の意味で0～n-1

までの整数

mintty + bash $ ./print_fibonacci_n n = 10 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

(44)

演習:

print_fibonacci_lt.c

• n未満の

フィボナッチ数列

を小さい順に全て表示

せよ

• 各数値の直後で改行すること

• 変数は f0, f1, f2, n のみを使うこと

• 各変数は以下の用途で用いる事

• f0 = 𝐹

_𝑖

• f1 = 𝐹

_𝑖+1

• f2 = 𝐹

_𝑖+2

mintty + bash $ ./print_fibonacci_lt n = 40 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

(45)

C言語入門

C言語入門

第7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,

前回の復習

連立一次方程式を行列で計算する

• 吐き出し法(ガウスの消去法)

• ステップ1: 前進消去(上三角行列の作成)

連立一次方程式を行列で計算する

• 吐き出し法(ガウスの消去法)

• ステップ1: 前進消去(上三角行列の作成)

ピボッティング

• a[k][k] が 0 か調べる

ピボッティング

• k+1行目以降でk列目が 0 でない行を探す

ピボッティング

• 目的の行を見つけた際の処理を書く

ピボッティング

• k行とi行の各列で値を交換する

ピボッティング

• 暫定的に完成したピボッティング

繰り返し(ループ)の復習

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を再開する

• 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

continue 文の

2つ目の説明が微妙に間違ってました

正しくはループ末尾から再開

8週資料参照

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);

do while 文内の

continue 文で

飛ぶ先が間違ってました

正しくは次項または

8週資料参照

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);

初期化・更新処理付きループ (for 文)

• 真偽値による繰り返し

for (式1; 式2; 式3) {

// 式2が真の場合の処理

};

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

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

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++;

};

後判定ループ (do while 文)

• continue, break 後の処理(iの値)に注目

// 条件式が真の場合の処理

// 条件式が真の場合の処理

• FILE fopen(const char filename,