C言語入門

(1)

C言語入門

第4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)

https://code.visualstudio.com/

• Microsoft 製プログラミング用テキストエディタ

2015-04-29 にリリースされたばかりのテキストエディタ。Windows 以外にも Mac, Linux 用もある。

(3)

制御構造

条件分岐と繰り返し

(4)

流れ図(フローチャート)

• プログラムの処理の流れを図示する方法

条件分岐処理端子定義済み処理表示手操作入力プログラムの開始と終了代入や演算等各ステップにおける処理サブルーチンや関数等処理の振り分け画面等への出力キーボード等からの入力各部品を矢印で繋ぐ事で処理の流れを視覚的に表現する。各部品の内部にはそれぞれのステップで行う内容に書き換えて使う。結合子別のフローチャートと結合 _{2015-05-12追加}

(5)

条件分岐

if 文と switch 文

(6)

(if 文)

• 真偽値による場合分け

if (条件式1) {

// 条件式1が真の場合の処理1

}

条件式1 真偽処理1 if 文を使うと特定の条件下で実行する処理を指定出来る。

(7)

条件分岐

(if, else 文)

• 真偽値による場合分け

if (条件式1) {

// 条件式1が真の場合の処理1

} else {

// 条件式1が偽の場合の処理2

}

教科書 pp.130-133. 条件式1 真偽処理1 処理2 if, else 文を使うと特定の条件下で別の処理を指定出来る。

(8)

(if, else 文)

• 真偽値による場合分け

if (条件式1) {

if (条件式2) {

// 条件式1が真かつ

// 条件式2が真の場合の処理1

} else {

// 条件式1が真かつ

// 条件式2が偽の場合の処理2

}

} else {

// 条件式1が偽の場合の処理3

}

条件式1 真偽処理3 条件式2 真偽処理1 処理2 if, else 文は任意の数入れ子に出来る。だだし、入れ子が深くなると読み難くなるので注意。 2015-05-15修正誤：処理2,3,1 正：処理1,2,3

(9)

入れ子の条件分岐

(if, else 文)

• 真偽値による場合分け

if (条件式1) {

// 条件式1が真の場合の処理1

} else {

if (条件式2) {

// 条件式1が偽かつ

// 条件式2が真の場合の処理2

} else {

// 条件式1が偽かつ

// 条件式2が偽の場合の処理3

}

条件式1 真偽条件式2 真偽 if, else 文は任意の数入れ子に出来る。 else 側の if は else if で置き換ると入れ子を防げる。教科書 pp.130-133. 処理1 処理2 処理3

(10)

(if, else if, else 文)

• 真偽値による場合分け

if (条件式1) {

// 条件式1が真の場合の処理1

} else if (条件式2) {

// 条件式1が偽かつ

// 条件式2が真の場合の処理2

} else {

// 条件式1が偽かつ

// 条件式2が偽の場合の処理3

}

else if は任意の数追加出来る。入れ子を作らずに複数の条件を追加出来る。条件式1 真偽条件式2 真偽処理1 処理2 処理3

(11)

多分岐判断機構 (switch 文)

• 値による場合分け

switch (式) {

case 値1:

// 式が値1の場合の処理1

case 値2:

// 式が値2の場合の処理2

default:

// 他の条件に

// 当てはまらない場合の処理N

};

教科書 pp.134-140. break 文を入れておかないと次の条件の処理を連続して実行するので注意。 break break break 式値1 処理1 処理2 default 値2 処理N

(12)

平方根の計算

条件分岐の例題

(13)

sqrt 関数

• 書式:

#include <math.h>

double sqrt(double x);

• 引数:

• x:

求める平方根の2乗

• 戻り値:

• 0 ≤ 𝑥 の場合 𝑥 を返す。

• 0 ≤ 𝑥 でない場合は処理系依存？

• x が負なら、nan (=非数) を返し、グローバル変数 errno に EDOM

を代入する(errno は errno.h を include すると参照出来る)。

• x が 0 なら 0 を、inf (=∞) なら inf を返す。

• x が nan なら nan を返す。

(14)

平方根の計算

• sqrt() 関数は引数が負の場合計算出来ない。

sqrt_practice_1.c #include <stdio.h> #include <math.h> void main() { double x; fprintf(stderr, "x = ?¥b"); scanf("%lf", &x); printf("x: %f¥n", x); printf("sqrt(x): %f¥n", sqrt(x)); } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 mintty+bash+gcc

$ gcc sqrt_practice_1.c && ./a x = 2 x: 2.000000 sqrt(x): 1.414214 $ ./a x = -2 x: -2.000000 sqrt(x): nan

(15)

演習: 平方根の計算(if文)

• sqrt_practice_1.c を参考に 0 ≤ 𝑥 の場合は実

数の平方根

𝑥を、 𝑥 < 0 の場合は虚数の平

方根

−𝑥𝑖 を if 文で場合分けして表示する

sqrt_practice_if.c を完成させよ。虚数は数値

の後に i を表示する事で表現すれば良い。

• 例えば x=-2 の場合は以下のようになる。

mintty+bash+gcc

$ gcc sqrt_practice_if.c && ./a x = -2

x: -2.000000

(16)

演習: 平方根の計算(if文) ヒント

• sqrt_practice_1.c の 10 行目は 𝑥 を表示して

いる。これを if 文で場合分けしてやれば良い。

条件式真偽 𝑥 −𝑥 𝑖 sqrt_practice_1.c printf("sqrt(x): %f¥n", sqrt(x)); 10 𝑥 sqrt_practice_if.c if (条件式) { // 𝑥 を表示 } else { // −𝑥 と 𝑖 を表示 } 10 11 12 13 14

(17)

• 書式：

• 条件式 ? 式1 : 式2

条件演算子

三項演算子(?:)

[1] pp.63-66, 256-257. 条件式真偽式1 式2 condexprtest.c #include <stdio.h> void main() { int i; fprintf(stderr, "i = ?¥b"); scanf("%d", &i);

printf("%s¥n", i ? "not zero" : "zero"); } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 mintty+bash+gcc

$ gcc condexprtest.c && ./a i = 1

not zero $ ./a i = 0 zero

(18)

演習: 平方根の計算(条件演算子)

• 先程の負の数の平方根の計算を条件演算子

を用いて解決してみよう。

• 10行目の printf では 2 つ目の引数が %f に 3

つ目の引数が %s へ埋め込まれる。

sqrt_practice_condexpr.c

double x;

fprintf(stderr, "x = ?¥b");

scanf("%lf", &x);

printf("x: %f¥n", x);

printf("sqrt(x): %f%s¥n", sqrt(

/WYCH/

),

/WYCH/

);

6

7

8

9

10

(19)

奇数と偶数の判定

条件分岐の例題

(20)

奇数と偶数

• 整数のうち 2 で割り切れるのが偶数、2 で割

り切れないのが奇数

• 2 で割り切れるとは？

• 整数を 2 で割った余り(剰余)が 0

• 2 で割り切れないとは

• 整数を 2 で割った余り(剰余)が 0 以外

(21)

C言語の剰余

• 剰余は二項演算子 %

• i % 2 で 2 で割った余りが求まる

• 同じかどうか比較するのは二項演算子 == や !=

• i % 2 == 0 は i を 2 で割った余りが 0 なら真、そ

れ以外は偽

• i % 2 != 0 は i を 2 で割った余りが 0 以外なら真、

それ以外は偽

• i % 2 != 0 は単項演算子 ! を用いて

!(i % 2 == 0) としても同じ意味になる

(22)

演算子の優先度

演算子 結合規則 備考

( ) [ ] -> . 左から右→

! ~ ++ -- + - * & (type) sizeof 右から左← 単項演算子 * / % 左から右→ 二項演算子 + - 左から右→ 二項演算子 << >> 左から右→ bitシフト < <= > >= 左から右→ 関係演算子 == != 左から右→ 等値演算子 & 左から右→ bit毎のAND ^ 左から右→ bit毎のXOR | 左から右→ bit毎のOR && 左から右→ 論理演算子(AND) || 左から右→ 論理演算子(OR) ?: 右から左← 三項演算子 = += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>= 右から左← 代入演算子 , 左から右→ [1] p.65. より高低優先度

(23)

演習: 偶数かどうか判定する

• 標準入力から入力された整数値が奇数かど

うか判別して、奇数であれば入力された数値

に続けて " is even number¥n" そうでなければ

" is not even number¥n" と表示するプログラ

ムを作成せよ。奇数でない場合は何も表示し

なくて良い。

• if_practice_even.c の

/WYCH/

の個所を修

(24)

演習: 奇数かどうか判定する

• 標準入力から入力された整数値が奇数かど

うか判別して、奇数であれば入力された数値

に続けて " is odd number¥n" そうでなければ

" is not odd number¥n" と表示するプログラム

を作成せよ。奇数でない場合は何も表示しな

くて良い。

• if_practice_odd.c の

/WYCH/

の個所を修正

(25)

演習: 奇数か偶数か判定する

• 標準入力から入力された整数値が奇数かど

うか判別して、奇数であれば入力された数値

に続けて " is odd number¥n"、偶数であれば

入力された数値に続けて "is even number¥n"

と表示するプログラムを作成せよ。

• if_practice_evenodd.c の

/WYCH/

の個所を

(26)

閏年の判定

入れ子の条件分岐の例題

(27)

閏年(leap year)とは

• 地球の平均回帰年は365日+約1/4日である

ため1年を356日にしているとカレンダー上の

日付と季節が4年で1日ずつずれてしまう。こ

れを防ぐのが4年に1回設ける2月29日(閏日)。

• 閏年の求め方

• 西暦を4で割り切れるなら閏年？

閏年判定式閏年平年真偽

(28)

閏年(leap year)の判定

• 4で割り切れる(割れる)とは？

• 4で割った余りが0ということ

• 4で割り切れる

: year % 4 == 0

• 4で割り切れない : year % 4 != 0

• C言語では0は偽、0以外は真だったから

• 以下のようにも書けるが・・・

• 4で割り切れる

: !(year % 4)

• 4で割り切れない : (year % 4)

ぱっと見て意味の分かり易い書き方をしましょう % : 剰余算演算子等値演算子 == : 等しい != : 等しくない ! : 論理否定演算子

(29)

演算子の優先度

演算子 結合規則 備考

( ) [ ] -> . 左から右→

! ~ ++ -- + - * & (type) sizeof 右から左← 単項演算子 * / % 左から右→ 二項演算子 + - 左から右→ 二項演算子 << >> 左から右→ bitシフト < <= > >= 左から右→ 関係演算子 == != 左から右→ 等値演算子 & 左から右→ bit毎のAND ^ 左から右→ bit毎のXOR | 左から右→ bit毎のOR && 左から右→ 論理演算子(AND) || 左から右→ 論理演算子(OR) ?: 右から左← 三項演算子 = += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>= 右から左← 代入演算子 , 左から右→ [1] p.65. より高低優先度

(30)

演習: 4 で割り切れるか表示する

• leap_year_practice_1.c の

/WYCH/

を書き

換えて、year が 4 で割り切れる場合 "can be

divided by 4."、割り切れない場合 "can not be

divided by 4." と表示するプログラムを完成せ

よ。

mintty+bash+gcc

$ gcc leap_year_practice_1.c && ./a year = 2015

2015 can not be divided by 4. $ ./a year = 2016 2016 can be divided by 4. 2015-05-11修正誤：dividec 正:divided

(31)

閏年(leap year)の定義

• グレゴリオ暦における閏年の定義

• 判定したい年を西暦で表した際

• 4で割り切れる場合は閏年

(条件1)

• 但し100で割り切れる場合は平年 (条件2)

• 但し400で割り切れる場合は閏年 (条件3)

• 地球の平均回帰年は約365.242199日であ

るため、上記ルールだと約3320年で1日ずれ

る程度で済む。

(32)

閏年(leap year)の判定

4で割れる平年真偽閏年条件1

(33)

閏年(leap year)の判定

4で割れる平年真偽 100で割れる閏年真偽平年条件1 +条件2

(34)

閏年(leap year)の判定

4で割れる平年真偽 100で割れる閏年真偽 400で割れる閏年平年真偽条件1 +条件2 +条件3 完成

(35)

演習: 閏年(leap year)の判定

• leap_year_practice_2.c の

/WYCH/

の

部分を書き換えて閏年か判定するプログラムを

完成せよ。

• /WYCH/

の部分には year に格納された西

暦が閏年であれば変数 leap_year_flag に

1 を閏年でなければ 0 を代入するコード作成

すれば良い。これは前のページのフローチャート

を参考に if 文を 3 重の入れ子にすれば出

来る。

• なおここでは紀元前については考慮する必要は

ない。

(36)

演習: 閏年(leap year)の判定

• ヒント1

• 前述の条件1～3のフローチャートをif,else文

で書くと以下のようになる。

条件1 if (/*条件1*/) { /*閏年*/ } else { /*平年*/ } 条件1+条件2 if (/*条件1*/) { if (/*条件2*/) { /*平年*/ } else { /*閏年*/ } } else { /*平年*/ } 条件1+条件2+条件3 if (/*条件1*/) { if (/*条件2*/) { /*条件3のif,else文*/ } else { /*閏年*/ } } else { /*平年*/ }

(37)

演習: 閏年(leap year)の判定

• ヒント2

• 閏年なら leap_year_flag に 1 そうでなけれ

ば 0 を代入すれば良い。

条件1 if (/*条件1*/) { leap_year_flag = 1; /*閏年*/ } else { /*平年*/ }

(38)

月の名前

多分岐の例題

(39)

演習: 月の名前の表示

• monthname_practice_1.c の /WYCH/ の部

分を変更し、入力した月 month に対応する英

語の月名(January, February, March, April,

June, July, August, September, October,

November, December )を表示せよ。

mintty+bash+gcc

$ gcc monthname_practice_1.c && ./a month = 1

(40)

繰り返し(ループ)

for文, while文, do-while 文によるループと

(41)

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末尾から再開する

• 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

(42)

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 continue break do while 文は、ループ内の処理を 1回以上実行する(＝最低1回は実行する)。

(43)

前判定ループ (while 文)

• 真偽値による繰り返し

while (条件式) {

// 条件式が真の場合の処理

}

教科書 pp.119-122. 条件式真偽処理 continue break while 文は、ループ内の処理を 0回以上実行する(＝実行しない場合もある) 。 2015-06-04修正誤:式2 正:条件式

(44)

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 真偽処理式3 continue break for 分は前判定ループで式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コンパクトに書ける。

(45)

for文とwhile文 (前判定ループ)

• 以下のループは等価

• ただし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

(46)

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++;

};

i < 10 i = 0 真偽処理 i++ for文の continue break while文の continue

(47)

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。

(48)

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++; } 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

(49)

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

(50)

continue 文

• 以下のループ内に更に小さなループが含ま

れない場合の continue は goto contin と同義

for (...) { // ... contin: ; } do { // ... contin: ; } while (...); while (...) { // ... contin: ; }

(51)

goto文

• 指定した名札付き文へ移動(ジャンプ)する

• 名札(label)は以下のように設定出来る

ラベル名: 文

[1] p.281.

do while 文相当 while 文相当 for 文相当 loop: ;

{

// something to do contin: ;

}

if (expr) goto loop; brk: ; loop: ; if (expr) { // something to do contin: ; goto loop; } brk: ; expr1; loop: ; if (expr2) { // something to do contin: ; expr3; goto loop; } brk: ; goto 文は余程理由がない限り使わないこと

(52)

簡易版 seq コマンドの作成

前判定ループの演習

(53)

seq コマンド

• UNIX系のOSに標準で搭載されているコマンド

• 書式：

• seq FIRST LAST

• 機能：

• FIRST から LAST までの整数を 1 刻みで小さい順に表示す

る。

• 他にも詳細な機能があるが、ここでは省略

(54)

• seq_practice_1_while.c の /WYCH/ の部分

を修正して以下のプログラムを完成させよ。

• 標準入力から int 型の変数 first, last に整数

値を読み取り、first 以上、last 以下の整数を1

刻みで小さい順に表示せよ。

mintty + bash

$ gcc seq_practice_1_while.c && ./a first = 5 last = 9 5 6 7 8 9

(55)

演習: for 文による簡易 seq コマンド

• seq_practice_1_for.c の /WYCH/ の部分を

修正して以下のプログラムを完成させよ。

• 標準入力から int 型の変数 first, last に整数

値を読み取り、first 以上、last 以下の整数を1

刻みで小さい順に表示せよ。

mintty + bash

$ gcc seq_practice_1_for.c && ./a first = 5 last = 9 5 6 7 8 9

(56)

素数判定

(57)

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。

• ※厳密には2以上 𝑖以下の整数jについて調

べれば良いが、平方根の計算は除算に比べ

かなり遅いのでここではi/2以下について確

認する。

(58)

演習: 素数判定

• 標準入力から入力された正整数が素数かど

うか判定するプログラムを作成せよ。

• isprime_practice_1.c の

/WYCH/

の箇所を修正すれば良い。

mintty + bash $ gcc is_prime_practice_1.c $ ./a i = 1

1 is not prime number $ ./a i = 2 2 is prime number $ ./a i = 3 3 is prime number $ ./a i = 4

(59)

演習: 素数判定(ヒント)

• 作成すべきプログラム

の素数判定部分のフ

ローチャートは以下の

通りである

素数判定部分

jを2から i/2の範囲で繰り返し iがjで割切れる非素数真偽 break iは2以上素数と仮定 1 1 非素数偽真 j++