02: 変数と標準入出力

(1)

09: ポインタ・文字列

Linux にログインし、以下の講義ページ

を開いておくこと

http://www-it.sci.waseda.ac.jp/

teachers/w483692/CPR1/

1

2016-06-08

C プログラミング入門

基幹7 (水5)

(2)



配列を引数として渡す, 戻り値として返す



文字列を扱う



呼び出し元の変数を直接書き換える



例: 2 つの変数の値を入れ替える関数



例: scanf() はそのようなことを行う関数の一つ



複数の値を返す



⇒ポインタにより実現

2 関数できなかったこと

(3)



メモリには 1 byte ごとに

アドレス

(番地;

address)

という数値が振られている



地球でいえば緯度経度などの位置情報



変数は変数名を介してメモリの操作をするの

でアドレスを意識することはない



コンパイラが生成するマシン語はアドレスを使っ

てメモリ操作を行っている

3 メモリとアドレス

2014 -3.14159 'C' 5000 5001 5002 5003

int year

double pi

char c

(4)



変数のアドレスはアドレス演算子

&

で取得



printf() で表示するには %p を使う

4 実験：アドレスの確認

{ int a, b[4]; double c; printf("a %p¥n", &a);

printf("b %p¥n", &b); printf("b[0] %p¥n", &b[0]); printf("b[1] %p¥n", &b[1]); printf("c %p¥n", &c); a 0x7fff3bee15fc b 0x7fff3bee15e0 b[0] 0x7fff3bee15e0 b[1] 0x7fff3bee15e4 c 0x7fff3bee15d8 ? int a int b[4] ? ? ? ? ? double c 0x7fff3bee15fc 普段は変数名を使い、自 動的にメモリにアクセスするので、具体的なアドレス値を見ることはほとんどない。 0x7fff3bee15d8

(5)



配列変数 b のアドレスと、先頭要素 b[0] の

アドレスが同じ。

5 この実験でわかること

{ int a, b[4]; double c; printf("a %p¥n", &a); printf("b %p¥n", &b); printf("b[0] %p¥n", &b[0]); printf("b[1] %p¥n", &b[1]); printf("c %p¥n", &c); a 0x7fff3bee15fc b 0x7fff3bee15e0 b[0] 0x7fff3bee15e0 b[1] 0x7fff3bee15e4 c 0x7fff3bee15d8 ? int a int b[4] ? ? ? ? ? double c &b[0] &b

(6)

ポインタ

アドレスを格納して、メモリのないようにアクセスするための変

数

(7)



アドレスを格納するための変数



メモリの位置を指し示すのでポインタという



「何の値を指しているか」を表すために型を持つ



変数宣言時に

*

を名前の前につける

7 ポインタ変数 (pointer)

{ int a; int *p; p = &a; ? int a 5000 int* p 非常に古いプログラムでは、ポインタ変数のサイズ (アドレスのサイズ) とint 型のサイズが同じであることを仮定して書かれてたものがある。しかし、64bit アーキテクチャではまず正しく動作しない。 5000 ポインタ変数の表示方法ポインタ変数の宣言普通の変数の宣言ポインタ変数 p に変数 a のアドレスを代入具体的なアドレス値は必要な時以外書かない

(8)



ポインタ変数の宣言は普通の変数の宣言と混

在可能



型と * の関係に注意

8 ポインタの宣言

{ int a, *p; int *q, b; int* c; int* d, e; int *r, *s; int* と続けて書くと、「int へのポイ ンタ」を表すように見えるので、好まれることもある。 しかし、あくまでも変数名それぞれに * を付けるのが C の文法なので注意 int* 型ではなく、 int 型の変数となる

(9)



ポインタ変数の定義時に初期化が可能



通常の式では、代入演算子 = が使用可能

9 ポインタの初期化と代入

{ int a, *p = &a; int b, *q; q = &b; ? int a int* p 初期化代入演算子による書き換え。 ポインタ変数に * は付けない ? int b int* q 初期化をしないポインタ変数は どこを指してい るか不明

☠

未初期化

代入後

(10)



ポインタ変数にデリファレンス演算子

*

を付

けることで、ポインタが指すメモリ領域にア

クセスできる

10 ポインタ変数を通したメモリアクセス

{ int a, *p = &a; a = 100; // (1) *p = 120; // (2) printf("%d¥n", a); printf("%d¥n", *p); ? int a int* p (1)の代入で 100 となり、 (2)の代入で 120 となるデリファレンス演算子デリファレンス演算子 間接演算子、参照はがしなどの別名がある

(11)



配列変数名は、配列の先頭アドレスに変換さ

れる

11 配列のアドレス

{ int a[3]; int *p = a;

int *q = &a[0];

// p == q が成り立つ

// 以下の操作はすべて同じ

a[0] = -5; *a = -5;

p[0] = -5; *p = -5;

1

int a[3] int* p int* q

? ?

a[0] a[1] a[2]

配列変数名そのまま書いた場合配列の 0 番要素のアドレス

(12)



以下の2つの計算だけが許されている



アドレスに整数を加減

• 「型」のサイズだけアドレスが移動する

• バイト単位で変化するわけではない



アドレス同士の差

• 「型」のサイズの倍数

12 アドレスの演算

1 int a[3] 3 5

a[0] a[1] a[2]

5000 5004 { int a[3], *p = a; *p = 1; p++; *p = 3; *(p+1) = 5; int* p 説明は省略

(13)



配列で使う

[]

はアドレス演算の一種である



添字演算子

(subscript operator, indexer)



配列専用の記法ではない

13 添字演算子

1 int a[3] ? ?

a[0] a[1] a[2]

{ int a[3], *p = a; // 以下はすべて等価 *p = 1; *a = 1; *(p+0) = 1; *(a+0) = 1; p[0] = 1; a[0] = 1; 先頭アドレス一般にアドレス a と整数 n に対して a[n] == *(a+n) が成り立つこれは、配列の宣言なので演算子ではない配列のアクセスは常に *(a+0) と解釈される 実は仕様上 0[p] などと書い ても同じ意味になる。しかし、この記法が役立つことは多分ない。

(14)



関数から直接変数を操作することはふつうで

きない

14 例題：変数の入れ替え

int main(void) { int a = 1, b = 5; int temp; // swap a and b // 一時的に別の変数に入れて行う temp = a; a = b; b = temp; // swap(a, b); この計算を関数化したい 1 a 5 b ? temp 1 a 5 b 1 temp 5 a 5 b 1 temp 5 a 1 b 1 temp

(15)



関数から直接変数を操作することはふつうで

きない

15 例題：変数の入れ替え

int main(void) { int a = 1, b = 5; int temp; // swap a and b // 一時的に別の変数に入れて行う noswap(a, b); // v1 と v2 を入れ替える

void noswap(int v1, int v2) { // この関数には、値のコピーが // 渡されるので、 main 関数の // a, b を書き換えることは // 絶対にできない… } 単に値をコピーして渡すだけ a, b が書き変わることはない仮引数名は実引数と関係がないので、 a, b という名前を含め、なんでもよい。 1 5 1 5 a b v1 v2 コピー

(16)



関数から直接変数を操作することはふつうで

きない

16 例題：変数の入れ替え

int main(void) { int a = 1, b = 5; int temp; // swap a and b // 一時的に別の変数に入れて行う // temp = a; a = b; b = temp;

swap(&a, &b);

// v1 と v2 を入れ替える

void swap(int *v1, int *v2) { int temp; temp = *v1; *v1 = *v2; *v2 = temp; } それぞれのアドレスを渡すポインタの指す値を操作するので、 * が必要仮引数の型をポインタにして、 アドレスのコピーを受け取る 1 5 a b *v2 *v1

(17)



配列そのものを関数に渡す機能はない



配列の先頭のアドレスを渡すことで疑似的に

可能



配列のサイズは関数からはわからない



サイズなどは個別に情報として渡す

17 配列を渡す

1 int a[3] ? ?

a[0] a[1] a[2]

func(a, 3)

void func(int *arr, int n) { ... 配列の先頭アドレス (& はいらない) ポインタ変数で、 アドレスのコピー を受け取る

(18)



配列の先頭アドレスとサイズを渡す

18 例題：配列の総和

int main(void) { int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; printf("%d¥n", sum(a, 5)); ... // arr から n 個分の総和

int sum(int *arr, int n) { int s, i; for(i = 0, s = 0; i < n; ++i) { s += arr[i]; } return s; } 配列サイズを自動的に計算するには、 sizeof(a)/sizeof(int) という式を使う 配列の先頭アドレス & はなくても可 int arr[] と書くこともできる。ただし、配列として認識されるわけではないので、サイズを調べることはできない。 n 個の情報が本当にあるかどうかを関数側では知ることができない。 個数を別途渡す。

(19)



関数の引数にポインタがある場合、値のコ

ピーではなくそのメモリの場所を直接アクセ

スしようとしている



const キーワードによって読み込みしかしな

いことを表せる

19 const ポインタ

// arr から n 個分の総和

int sum(const int *arr, int n)

{ int s = 0, i; for(i = 0; i < n; ++i) s += arr[i]; return s; } 読むだけ int main(void) { int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; int s; s = sum(a, 5); // もし const がないと、 // この時点で配列 a が書き換え //られているかもしれない…

(20)

文字列 (1)

(21)

システムのメモリ領域 (書き換え禁止)



文字列は、文字型 char の列として扱われる



文字列リテラルが式中に書かれると



システムによって自動的にメモリに配置され



末尾には null 文字 ('¥0') が付き



その先頭のアドレスを表す

21 文字列 (string)

{ const char *str

= "Hello, world!¥n"; 'H' 'e' 'l' 'd' '!' '¥n' '¥0' null 文字で終わる文字列リテラルはシステム領域のアドレスになる char* str システム領域を書き換える ことはできないので、 const を付ける方がよいナル文字と読まれるのが普通

(22)

システムのメモリ領域



文字列は以下のどちらかの引数で受け取る



char *

文字列を書き換える



_const

**_{char *}**

文字列は読むだけである

22 文字列の関数での扱い

{ const char *str = "Hello, world!¥n"; printf("Hello, world!¥n"); printf(str); printf("%s", str); ... 'H' 'e' 'l' 'd' '!' '¥n' '¥0' null 文字で終わる char* str

int printf(const char *format, ...);

printf() のプロトタイプ

文字列を表示する指定

(23)



配列の要素として文字列を書いたもの



専用の初期化記法を用いる

23 文字配列

{

char greeting[] = "Hello!";

printf("Greeting: %s¥n", greeting); Greeting: Hello! ■ 'H' 'e' 'l' 'o' '!' '¥0' null 文字が自動的に付加される 配列変数の宣言 初期値として文字列リテラルを指定 char greeting[7] greeting[6] null 文字を入れて 7 要素の 配列として確保される 'l'

(24)



文字配列の初期化では末尾に null 文字が自動

的に付加される



文字列リテラルの指すアドレスによるポイン

タ変数の初期化との違いに注意

24 文字配列の初期化

{

char greeting[] = "Hello!";

// 以下の様に書くのと等価 // char greeting[]

// = { 'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!', '¥0' };

const char *greeting_ptr = "Hello!";

システムのメモリ領域 "Hello!" "Hello!" char greeting[7] char *greeting_ptr システム領域を書き換えることはできな いので、常に const を付ける方がよい

(25)



文字配列変数は配列の一種なので、自由に書

き換えることができる



文字列へのポインタ変数は、指し示す場所が

配列変数の領域なのか、システム領域なのか

は区別しない

25 文字配列と文字列へのポインタの違い

システムのメモリ領域 "Hello!" "Hello!" char greeting[7] char *greeting_ptr

(26)



文字列の末尾は常に null 文字があるので、そ

れが出現するまでの文字数をカウントする

26 例題：文字列の長さを調べる (#1)

int length(const char *str) { int len = 0; // 文字列の長さ while(str[len] != '¥0') { ++len; } return len; }

(27)



文字列の末尾は常に null 文字があるので、そ

れが出現するまでの文字数をカウントする

27 例題：文字列の長さを調べる (#2)

int length(const char *str) {

int len = 0; // 文字列の長さ

for(len = 0 ; str[len] != '¥0'; ++len) {

// do nothing

}

return len; }

(28)



<string.h>

には多くの

文字列操作

関数が含ま

れる



暗記の必要

はない



次回、いく

つかは練習

する

28 文字列を扱う標準ライブラリ関数

関数名 操作 strlen 文字列の長さを計算する strcmp, strncmp 文字列が同じかどうか比較する n 付きは、比較の長さを指定 strchr, strrchr 文字列の先頭（末尾）から特定の1文字を検索 する strspn, strcspn 文字列から文字群を含む（含まない）最大の 長さを調べる strpbrk 文字列から文字群のいずれかを含む最初の位 置を探す strstr 文字列から指定した部分文字列の位置を探す strtok 文字列を指定した区切り文字で区切って、それぞれの位置を調べる（トークンという） strcpy, strncpy 文字列を別の領域にコピーする n 付きは、コピーの長さを指定 strcat, strncat 文字列を別の文字列の末尾に連結する n 付きは、連結の長さを指定

(29)



先ほどの例題は、 strlen() を使うとよい

29 例題：文字列の長さを調べる (#3)

#include <string.h>

size_t strlen(const char *s);

strlen() のプロトタイプ渡したアドレスの先 を書き換えないこと が明示されているメモリ上のサイズを十分表せる 無符号整数型