C言語入門

C言語入門

第11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,

復習

gcc のエラーメッセージ

• 環境変数LANGを設定すると言語が変わる

mintty + bash + GNU C

$ LANG=C gcc error1.c

error1.c: In function 'main':

error1.c:7:3: error: expected ';' before 'printf' printf("world¥n");

^

mintty + bash + GNU C

$ LANG=ja_JP.UTF-8 gcc error1.c error1.c: 関数 ‘main’ 内:

error1.c:7:3: エラー: expected ‘;’ before ‘printf’ printf("world¥n");

^

ロケール(locale)と呼ばれる

多言語化の仕組み

mintty の locale の設定

• mintty左上のアイコンからoption→Text

ここに

Locale: ja_JP

Cahaacter set: UTF-8

を設定して「OK」しておく

文末の「;」忘れ

• 文末に「;」を忘れると次の文字でエラーに

error1.c

int main() { printf("hello, ") printf("world¥n"); return EXIT_SUCCESS; } 4 5 6 7 8 9 10

mintty + bash + GNU C

$ gcc error1.c

error1.c: 関数 ‘main’ 内:

error1.c:7:3: エラー: expected ‘;’ before ‘printf’ printf("world¥n"); ^

エラーが生じたのは7行目の3文字目だが、エラーの原因は6行目の行末。

C言語では、スペースや改行は人間に読み易くするための位置調整に過ぎないので

printf("hello, ")

printf("world¥n");

は

printf("hello, ")printf("world¥n");

と同じ意味。

ここに「;」があるべきだが

「;」の前に「p」が現れたことが

エラーの原因

ブロック開始終端の不整合

• 「{」が1つ多い

error2_1.c

int main() { { printf("hello, world¥n"); return EXIT_SUCCESS; } 4 5 6 7 8 9 10

mintty + bash + GNU C

$ gcc error2_1.c

error2_1.c: 関数 ‘main’ 内:

error2_1.c:10:1: エラー: expected declaration or statement at end of input }

^

ブロック開始終端の不整合

• 「}」が1つ多い

error2_2.c

int main() { printf("hello, world¥n"); } return EXIT_SUCCESS; } 4 5 6 7 8 9

mintty + bash + GNU C

$ gcc error2_2.c

error2_2.c:8:3: エラー: expected identifier or ‘(’ before ‘return’ return EXIT_SUCCESS;

^

error2_2.c:9:1: エラー: expected identifier or ‘(’ before ‘}’ token } ^

エラーが生じたのは8行目の3文字目だが、エラーの原因は7行目。

「}」が1つ多いので、main関数の定義が7行目で終わっている。

つまり、8～9行目は、何もないところにいきなり以下のように書いたのと同じ。

return EXIT_SUCCESS; } 8 9

ブロック開始終端の不整合

• 関数名のミススペル

error3.c

int main() { print("hello, world¥n"); return EXIT_SUCCESS; } 4 5 6 7 8 9

mintty + bash + GNU C

$ gcc error3.c /tmp/ccopiKHp.o:error3.c:(.text+0x15): `print' に対する定義されていない参照で す /tmp/ccopiKHp.o:error3.c:(.text+0x15): 再配置がオーバーフローしないように切り詰 められました: R_X86_64_PC32 (未定義シンボル `print' に対して) /usr/lib/gcc/x86_64-pc-cygwin/4.8.2/../../../../x86_64-pc-cygwin/bin/ld: /tmp/ccopiKHp.o: 誤った再配置アドレス 0x0 がセクション `.pdata' 内にあります /usr/lib/gcc/x86_64-pc-cygwin/4.8.2/../../../../x86_64-pc-cygwin/bin/ld: 最 終リンクに失敗しました: 無効な操作です collect2: エラー: ld はステータス 1 で終了しました

コンパイルではなくリンクに失敗したと言われている。

分割コンパイルによる、外部関数のリンクの際、print が見つからなかった。

printf のつもりが print とミススペルしている。

標準ライブラリに print 関数は用意されていない。

call by pointer (ポインタ渡し)

• 呼び出し元の変数の内容を変更したい場合

swapi.c

void swapi(int *a, int *b) { int c; c = *a; *a = *b; *b = c; }

void swapi(int *a, int *b); 関数

*a と *b の値を入れ替える

swapi_test.c

int a, b; fprintf(stderr, "a = ? "); scanf("%d", &a); fprintf(stderr, "b = ? "); scanf("%d", &b); swapi(&a, &b); printf("a = %d¥n", a); printf("b = %d¥n", b); 訂正2014-07-11 誤:swap 正:swapi

call by pointer (ポインタ渡し)

• 2つ以上の値を返したい場合

• 戻り値は1つしかないので、関数の引数にポイン

タを渡して、値を返す

modf.c

double modf(double x, double *iptr) {

*iptr = x < 0 ? ceil(x) : floor(x); return x < 0 ? *iptr - x : x - *iptr; }

講義資料 第4週pp.42-44., 第9週p.6., 教科書p.171.

double modf(double x, double *iptr); 関数

戻り値:

x の小数部を戻り値に

x の整数部を *iptr に返す

戻り値は共に x と同じ符号を持つ

call by pointer (ポインタ渡し)

• 任意の長さの配列を渡したい場合

• 例えば文字列等

strlen.c

size_t strlen(const char *s) { size_t len = 0; while(s[len] != '¥0') { len++; } return len; }

size_t strlen(const char *s); 関数

'¥0'で終端された文字列の長さを返す

strlen_test.c

char s[1024] = ""; fprintf(stderr, "s = ? "); scanf("%1023[^¥n]", &s); printf("strlen(s) = %d¥n", strlen(s)); 値が書き変えられては困る場合 const char への * (ポインタ) にしておくと、この関数を使っても 与えた内容が変更されないことを ある程度保証することが出来る

const 修飾子

• const 型: 変数の値を変更出来なくなる

const_test1.c

const int i = 0; // 初期化は出来る

int const j = 0; // const int も int const も同じ意味 i = 1; // const を付けた変数には代入出来ない j = 1; // const を付けた変数には代入出来ない 6 7 8 9

mintty + bash + GNU C

$ gcc const_test1.c const_test1.c: 関数 ‘main’ 内: const_test1.c:8:3: エラー: 読み取り専用変数 ‘i’ への代入です i = 1; // Error: i is const ^ const_test1.c:9:3: エラー: 読み取り専用変数 ‘j’ への代入です j = 1; // Error: j is const ^ const 修飾子は型修飾子(type-qualifier)の一種 型修飾子は型名の前後どちらにつけても良い 変更しようとするとコンパイル時に エラーになるので 本来書き変えてはいけない値を 書き変えてしまうことで生じるバグを 未然に防げる

教科書p.308,310,314., [1] pp.240,257,261-262.

const 修飾子

• const char 型へのポインタ

const_test2.c

char s[] = "hello, world";

const char *p; // ポインタの場合 *p が const になる p = s; // ポインタへは代入出来る

*p = 'H'; // ポインタ指し示す先の変数には代入出来ない p[7] = 'W'; // ポインタ指し示す先の変数には代入出来ない

*(char *) p = 'H'; // const のない型へ cast してやると代入出来る 6 7 8 9 10 11

mintty + bash + GNU C

$ gcc const_test2.c const_test2.c: 関数 ‘main’ 内: const_test2.c:9:3: エラー: 読み取り専用位置 ‘*p’ への代入です *p = 'H'; // Errpr: *p is const ^ const_test2.c:10:3: エラー: 読み取り専用位置 ‘*(p + 7u)’ への代入です p[7] = 'W'; // Errpr: p[x] is const ^ ただし、わざわざ const を付けているということは 変更してはいけない、 または変更しないことを前提としているのであるから 普通は、特別に理由がない限り無理矢理書き変えてはいけない char const * 型 const char * 型

const 修飾子

• char 型への const ポインタ

const_test3.c

char s[] = "hello, world";

char *const p = s; // p が const で *p が char になる

p = s; // p が const なのでポインタへは代入出来ない *p = 'H'; // ポインタ指し示す先の変数には代入出来る p[7] = 'W'; // ポインタ指し示す先の変数には代入出来る 6 7 8 9 10

mintty + bash + GNU C

$ gcc const_test3.c const_test3.c: 関数 ‘main’ 内: const_test3.c:8:3: エラー: 読み取り専用変数 ‘p’ への代入です p = s; // Error: p is const ^ const char *p と char const *p は同じだが char * const p は意味が異なる 前者は *p が const char つまり p は変数で *p が定数 後者は *const p が char つまり p は定数で *p は変数 である * がどこに係っているか よく考えるましょう

教科書p.308,310,314., [1] pp.240,257,261-262.

char * const 型

文字列操作とポインタ操作

ポインタを用いた文字列操作の例

• strlen 関数の大まかな仕組み

strlen_with_idx.c

size_t strlen(const char *s) { size_t len = 0; while (s[len] != '¥0') len++; return len; } 文字列の長さは 先頭から終端文字('¥0')の手前までの 文字数

strlen_with_ptr1.c

size_t strlen(const char *s) { const char *s0 = s; while (*s != '¥0') s++; return s - s0; }

strlen_with_ptr2.c

size_t strlen(const char *s) { const char *s0 = s; while (*(s++) != '¥0') ; return s - s0 - 1; }

ポインタを用いた文字列のコピーの例

• strcpy 関数の大まかな仕組み

strcpy_with_idx.c

char *strcpy(char *dst, const char *src) {

int i;

for (i = 0; (dst[i] = src[i]) != '¥0'; i++) ;

return dst; }

strcpy_with_ptr.c

char *strcpy(char *dst, const char *src) { char *dst0 = dst; while ((*(dst++) = *(src++)) != '¥0') ; return dst0; } 文字列のコピーは 先頭から終端文字('¥0')までを コピーすれば良い 訂正2014-07-04 誤:'0' 正:'¥0'

ポインタを用いた文字列のコピーの例

• strncpy 関数の大まかな仕組み

strncpy_with_idx.c

char *strncpy(char *dst, const char *src, size_t n) {

size_t i = 0;

for (; i < n && (dst[i] = src[i]) != '¥0'; i++) ; for (; i < n; i++) dst[i] = '¥0'; return dst; }

strncpy_with_ptr.c

char *strncpy(char *dst, const char *src, size_t n) { char *dst0 = dst; while(0 < n-- && (*(dst++) = *(src++)) != '¥0') ; while(0 < n--) *(dst++) = '¥0'; return dst0; } strncpy は strcpy に加えて 終端文字('¥0')以降を'¥0'で埋める 論理演算は左から右に評価され、 真偽値が確定すると評価を終了する。 つまり i < n や dst < dst0 + n が偽なら、 そこで真偽値が確定するので それより右にある (dst[i] = src[i]) != '¥0' や (*(dst++) = *(src++)) != '¥0' は 実行されない。

ポインタを用いた文字列の比較の例

• strcmp 関数の大まかな仕組み

strcmp_with_idx.c

int strcmp(const char *s1, const char *s2) {

size_t i;

for (i = 0; s1[i] != '¥0' && s2[i] != '¥0' && s1[i] == s2[i]; i++) ;

return s1[i] - s2[i]; }

strcmp_with_ptr.c

int strcmp(const char *s1, const char *s2) {

while (*s1 != '¥0' && *s2 != '¥0' && *s1 == *s2) { s1++; s2++; } return *s1 - *s2; } どちらかが終端文字('¥0')になるか 異なる値が出てくるまで比較し 終了位置を比較すれば良い

ポインタを用いた文字列の比較の例

• strncmp 関数の大まかな仕組み

strncmp_with_idx.c

int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n) {

size_t i;

if (n <= 0) return 0;

for (i = 0; i < n - 1 && s1[i] != '¥0' && s2[i] != '¥0' && s1[i] == s2[i]; i++) ;

return s1[i] - s2[i]; }

strncmp_with_ptr.c

int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n) {

if (n <= 0) return 0;

while (0 < --n && *s1 != '¥0' && *s2 != '¥0' && *s1 == *s2) { s1++; s2++; } return *s1 - *s2; } strncmp は strcmp の 比較文字数を最大n文字に限定する

ポインタを用いた文字列の連結の例

• strcat 関数の大まかな仕組み

strcat_with_idx.c

char *strcat(char *dst, const char *src) {

int i, len = strlen(dst);

for (i = 0; (dst[len + i] = src[i]) != '¥0'; i++) ;

return dst; }

strcat_with_ptr.c

char *strcat(char *dst, const char *src) { char *dst0 = dst; dst += strlen(dst); while ((*(dst++) = *(src++)) != '¥0') ; return dst0; } dst の終端位置に src をコピーする

ポインタを用いた文字列の連結の例

• strncat 関数の大まかな仕組み

strncat_with_idx.c

char *strncat(char *dst, const char *src, size_t n) {

int i, len = strlen(dst);

for (i = 0; i < n && src[i] != '¥0'; i++) dst[len + i] = src[i];

dst[len + i] = '¥0'; return dst;

}

strncat_with_ptr.c

char *strncat(char *dst, const char *src, size_t n) { char *dst0 = dst; dst += strlen(dst); while (0 < n-- && *src != '¥0') *(dst++) = *(src++); *dst = '¥0'; return dst0; } strncat は strcat の 連結文字を最大n文字に限定する ただしsrcがn文字以上の場合 終端文字が+1文字され 合計n+1バイト追記される

複雑なポインタの宣言

• *を付けると何になるか？

pointertest5.c

int *(p1[7]); // int *p1[7]; と同義 int (*p2)[7]; printf("sizeof( p1)=%2d¥n", sizeof( p1)); printf("sizeof( p2)=%2d¥n", sizeof( p2)); printf("sizeof(*p1)=%2d¥n", sizeof(*p1)); printf("sizeof(*p2)=%2d¥n", sizeof(*p2));

mintty + bash + GNU C

$ gcc pointertest5.c && ./a sizeof( p1)=56 sizeof( p2)= 8 sizeof(*p1)= 8 sizeof(*p2)=28

[] は * よりも優先順位の高い演算子

p1[x]に*が付く、つまり*p1[x]がint型になる

従ってp1[x]はint*型、つまりp1は要素数7のint*型配列

p2に*が付く、つまり*p2が要素数7のint型配列になる

従ってp2は「「要素数7のint型配列」へのポインタ」

宣言の読み方

int *(p1[7]);

→ *(p1[x])がint

int (*p2)[7];

→ *p2がint[7]

要注意

ポインタ配列の初期化

• char * の配列の初期化

char *s[] = {"one", "two", "three"};

教科書.pp.235-239., [1]pp.148-153.

0x～00 o 0x～01 n 0x～02 e 0x～03 ¥0 0x～04 t 0x～05 w 0x～06 o 0x～07 ¥0 0x～08 t 0x～09 h 0x～0a r 0x～0b e 0x～0c e 0x～0d ¥0 0x～00 00 0x～01 ～ 0x～02 ～ 0x～03 ～ 0x～04 04 0x～05 ～ 0x～06 ～ 0x～07 ～ 0x～08 08 0x～09 ～ 0x～0a ～ 0x～0b ～

s[0]

s[1]

s[2]

s[0] は "one"

s[1] は "two"

s[0][0] は 'o'

s[0][1] は 'n'

s[0][2] は 'e'

s[0][3] は '¥0'

s は char* 型で要素数3の配列

s[x] は char* 型

*s[x] は char 型

メモリ上のどこかに配置された

文字列

配列とポインタの初期値と文字列

• 配列とポインタで扱いが異なることに注意

pointertest6.c

void sub() { char s[] = "hello"; char *p = "world"; ...

objdump の結果

セクション .rdata の内容: ... 403060 776f726c 64007320 3d202225 73220a00 world.s = "%s".. ... void sub(void) { ... char s[] = "hello"; 401196: c7 45 ee 68 65 6c 6c movl $0x6c6c6568,-0x12(%ebp) 40119d: 66 c7 45 f2 6f 00 movw $0x6f,-0xe(%ebp) char *p = "world";

4011a3: c7 45 f4 60 30 40 00 movl $0x403060,-0xc(%ebp) ...

sへは"hello"の文字コード

68,65,6c,6c,6fが代入されているが

pへは.rdataセクションに予め

用意してある文字列"world"の

アドレス403060が代入されている

.rdataセクションに用意されたデータは

書き変えてはいけない

一般にポインタに初期値として与えた

文字列定数は書き変えてはいけない

配列とポインタの初期値と文字列

• 配列とポインタで扱いが異なることに注意

pointertest6.c

void sub(void) { char s[] = "hello"; char *p = "world"; printf("s = ¥"%s¥"¥n", s); printf("p = ¥"%s¥"¥n", p); s[0] = 'H'; p[0] = 'W'; } int main() { sub(); sub(); return EXIT_SUCCESS; }

教科書.pp.235-239., [1]pp.148-153.

Cygwin + GNU C

$ gcc pointertest6.c && ./a s = "hello"

p = "world"

Segmentation fault (コアダンプ)

Borland C++

>bcc32 pointertest6.c && pointertest6

Borland C++ 5.5.1 for Win32 Copyright (c) 1993, 2000 Borland pointertest6.c:

Turbo Incremental Link 5.00 Copyright (c) 1997, 2000 Borland s = "hello" p = "world" s = "hello" p = "World"

sub()が実行された際、

sは毎回"hello"だが

pは2回目以降"World"になってしまう

もしくは.rdataへの不正な書き込みで

異常終了してしまう

演習: print_str_with_ptr.c

• char型へのポインタ変数pを用いて、char型配

列sに保存された文字列を表示せよ

• 文字列末尾で改行すること

• 用いて良い変数はpのみとする

• 表示にはputchar関数を使用すること。printf

関数は使用しないこと

• 用いて良いループ構造はwhile文のみとする

• print_str_with_ptr_tmp.c を元に指定箇

所に作成せよ。

mintty + bash + GNU C

$ gcc print_str_with_ptr.c && ./a s = ? hello, world

演習: print_str.c

• 文字列を表示する関数print_str(s)を実装せよ

• 与えられた文字列末尾で改行すること

• 関数のプロトタイプ宣言はmyfunc_week11.hに作成

せよ

• print_str_test.c と共にコンパイルして動作を確

認すること

• 引数

• const char *s : 文字列へのポインタ

• 戻り値

• なし(void)

mintty + bash + GNU C

$ gcc print_str_test.c print_str.c && ./a s = ? hello, world

hello, world

ヒント:

print_str_with_ptr.c から

切り出して関数化すれば良い

演習: base36toint.c

• 36進数で用いられる「0～9,A～Z,a～z」までの文字をint型の数

値0～35に変換する関数base36toint(c)を実装せよ

• 関数のプロトタイプ宣言はmyfunc_week11.hに作成せよ

• エラーの際、DEBUGマクロが定義されていたら、標準エラー出力に

警告メッセージを表示せよ

• base36toint_test.cと共にコンパイルして動作を確認する事

• 引数

• int c : 「0～9,A～Z,a～z」までの文字コード

(0x30～0x39,0x41～0x5a,0x61～0x7a)

• 戻り値

• cで与えられた文字コードに対応する数値0～35をint型で返す

• エラーの場合は-1を返す

mintty + bash + GNU C

$ gcc base36toint_test.c base36toint.c && ./a c = ? z

35

演習: basetoint.c

• 「0～9,A～Z,a～z」の文字をN進数表現の1桁としてint型の数値に変

換する関数basetoint(c,base)を実装せよ

• 関数のプロトタイプ宣言はmyfunc_week11.hに作成せよ

• エラーの際、DEBUGマクロが定義されていたら、標準エラー出力に警告

メッセージを表示せよ

• basetoint_test.cと共にコンパイルして動作を確認する事

• 引数

• int c : N進数表現の1桁を表す文字「0～9,A～Z,a～z」の文字コード

(0x30～0x39,0x41～0x5a,0x61～0x7a)

• int base : N進数表現の基数(つまりbase進数)、最大36

• 戻り値

• cで与えられた文字コードに対応する数値0～最大35をint型で返す

• エラーの場合は-1を返す

mintty + bash + GNU C

$ gcc basetoint_test.c basetoint.c && ./a c = ? z

base = ? 10 -1

ポインタへのポインタ

• 関数の引数でポインタを返したい場合はポイ

ンタ変数へのポインタを用いる

strtoui.c

unsigned int strtoui(const char *s, char **endp, int base) {

int v;

unsigned int r = 0;

while (0 <= (v = basetoint(*(s++), base))) { r = r * base + v;

}

if (endp != NULL) *endp = (char *) s; return r; }

main.c

char s[] = "ffz"; char *endp; printf("strtoui(s, &endp, 16); この例だと endp に "z" へのポインタ つまり&s[2]が返ってくる

参考文献

• [1] B.W.カーニハン/D.M.リッチー著 石田晴久

訳、プログラミング言語C 第2版 ANSI 規格準

拠、共立出版(1989)