02: 変数と標準入出力

(1)

03: 変数と標準入出力

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/

2015-04-20

C プログラミング入門

総機1 (月1)

1

(2)

変数と型

整数型

浮動小数点型

文字型

リテラル

整数

浮動小数点数

文字

文字列

標準入出力

printf()

scanf()

2015-04-20 C プログラミング入門総機1 (月1)

2

今日の内容

(3)



メモリ: 0/1 の状態を大量に保持する装置



この講義で用いるメモリの概念図



1本の帯で表現し、その帯の一部分を見ている



連続する bit 列を 8bit (=1byte) ずつ区切る



何も書かれていないマスも必ず何かの状態を保持

していることに注意

3

メモリの概念図

たとえば 00110110 といった状態列（ビット列）を持っている前後に続いている

(4)



メモリに値を格納するために決めること



どの位置を使うか



何バイト分を使うか



値をどのように表現するか



これを決めるのが変数という機能

4

メモリに値を格納する

2014 -3.14159 'C' '言'

(5)



Hello world との違

いを観察

5

とりあえず、変数定義の例

#include

<stdio.h>

int

main(void)

{

int x = 150;

printf("%d¥n", x);

return 0;

}

150 ▮

150 int は整数のための変数 x という名前が付けられている

x

位置は自動的に決まる 記録されている値

(6)



メモリの一部分に

名前を付加



名前は自分で自由に指定可能



数学用語の変数とは意味が異なる



メモリを使う場所は自動的に決定される



1つの値

を保存



保存する値の種類を型 (type) という

• メモリ上で占める大きさ（サイズ）

• ビット列が表す値の意味とその範囲



値は変更しない限り変わらない

6

変数 (variable)

(7)



変数定義の構文

7

変数の定義

#include

<stdio.h>

int

main(void)

{

int x = -2;

printf("%d¥n", x);

return 0;

}

ブロックの始り変数の型変数名 -2 サイズは型によって決まる x という名前が付けられている

x

位置は自動的に決まる値

型名変数名

[

=

初期値

]

;

(8)



変数定義はブロックの先

頭でのみ可能



初期化（初期値を書くこ

と）をしてもよい



初期値を表す数値をソース

コード上で書く方法をリテ

ラルという（後述）



同じ型の変数名をカンマ

(,) で区切って複数並べ

てもよい

8

変数定義の書き方

...

int

main(void)

{

int x;

int y, z;

int number = 5;

float Data_1;

double Data_2;

char ch = 'C';

printf(...

...

ブロックの先頭初期値の指定関数の本体初期値の指定

(9)



変数の名前は自由に付けてよい



変数につける名前には以下のルールがある



英数字 (

A

-Z

,

a

-z

,

0 -9

) とアンダースコア (

_

) の1

文字以上の組み合わせ



最初の一文字は数字使用不可



予約語 (キーワード) と同じであってはならない



大文字小文字は区別される (case strict)



規格上は長さの制約はない



が、せいぜい 30 文字程度

9

変数名 (variable name)

そのほか、ダブルアンダースコアで始まる名前は禁止されているなど細かい規定がありますが、省略します

(10)



変数に格納できる値の種類を表すもの



基本型には以下の3つがある



整数型 (int)



文字型 (char)



浮動小数点型 (float, double)



それ以外



列挙体 / 列挙型



派生型

• 集成体型 (構造体, 配列), 共用体, 関数, ポインタ

10

変数の型 (variable type)

C99 以降では、複素数型 _Complex が規定されたがこの講義では扱わない今後の回で説明（一部のみ）このあと説明

(11)



数値の計算を行うコードを

式

(expression)

という



式ではリテラル (定数)・演算子・変数名・関

数呼び出しを使うことができる



式の例



30 –

(

radius

*

radius

*

3.14 )

11

計算とリテラル

変数名変数名演算子 _演算子演算子演算子演算子整数リテラル浮動小数点リテラル

(12)



ソースコード上に書かれた数値などのこと



たとえば、 5 とか 0.3 とか



規格では、文字列以外は定数とよび、文字列のみ

文字列リテラルと呼んでいる



書き方が複数ある



それぞれに合わせた数値の型を持つ



C 言語特有の書き方がいくつかあるので覚え

てください

12

定数・リテラル (constant, literal)

literal は文字通りのという意味

(13)

整数型

(14)



int

型は

整数

値を表現



以下の修飾が可能



サイズ: short / long / 未修飾

• [C99 以降] long long



符号の有無: signed / unsigned

• 省略した場合は signed と同じ



型のサイズは

処理系依存



採用するサイズの組み合わせ=データモデル



64 bit 環境だと Linux (LP64) と Windows

(LLP64) で異なる

整数型 (integer)

14

C89 といった規格書では具体的に定義されていないということ。従って、自分が使う環境ではどうなっているかを知っておかなければならない。

(15)

型名

（赤字以外省略可能） サイズ (bit) _{ILP32 LP64 LLP64} その値の範囲 （LP64 の場合）

signed short int 16 16 16 −32768 ~ + 𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑

unsigned short int _{0 ~ 𝟑𝟔𝟔𝟑𝟔 (= 2}16 _{− 1)}

signed int

signed int 32 32 32 −2

31_{~ 2}31 _{− 1}

(±𝟑𝟐億ぐらい)

unsinged int 0 ~ 𝟒𝟐 億ぐらい signed long int 32 64 32 ±9 × 1018 ぐらい

unsigned long int 0 ~ 1.9 × 1018 ぐらい

15

整数型の一覧

Windows 64bit Linux 64bit 32bit OS データモデル

規格では short ≦ int ≦ long とだけ定められているキーワードの順番は任意

(16)



10進数



0 100 2014



+

2013

-

30 

16進数: 0~9, A~F で表現



0x

1A

0x00

1A 0x07de 0xFFFF



8進数



₀

7 012



リテラルではないもの（エラーとなる）

☠

08

16

整数リテラル

2014 65535 8 進数では 8 は使わない 10 進数に 0 を追加したものとはみなされない 7 10 26 26 0 を前に追加してよい型は、その値を表現できる最小の整数型となる明示的に型を指定する接尾辞を付加することもできるがここでは省略する正確には符号はリテラルの一部ではなく演算子

(17)

文字型

(18)



char

型は

1byte

の整数を表現



8bit 以上であると規定されている



ここでは 8bit と仮定



「文字」型と呼ばれるのは、英数字をすべて

表すのによくつかわれるから



符号付きかどうかの修飾によって以下の3通り

の書き方がある (種類は 2 つしかない)



char

: 以下のどちらと同じ意味かは

処理系依存



signed char

: 符号付き (−127~128)



unsigned char

: 符号無し (0~255)

18

文字型 (character)

gcc など多くの処理系が signed としている

(19)



英数・記号を 1byte で表す一

般的なコード



American standard code for

information interchange の略



日本語用の文字コードでも利用



日本語用のキーボード

(OADG 106/109)

では、このコード順に記

号が並んでいる

19

ASCII コード

0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 @ P ` p 1 ! 1 A Q a q 2 " 2 B R b r 3 # 3 C S c s 4 $ 4 D T d t 5 % 5 E U e u 6 & 6 F V f v 7 ' 7 G W g w 8 ( 8 H X h x 9 ) 9 I Y I y A * : J Z j z B + ; K [ k { C , < L ¥ l | D - = M ] m } E . > N ^ n ~ F / ? O _ o この表は縦横で2桁の16 進数を表している 覚える必要はない

(20)



文字: 文字を表すコードになる



'

a

' '

C

'



'¥n'



リテラルではないもの（エラーとなる）

☠

'abc'



文字列リテラルとの違いに注意



"

Hello, world¥n

"

20

文字リテラル・文字列リテラル

型は char ではなく int である。特殊な文字を表すためにバックスラッシュを使うことがある型は char * (char へのポイン タ) である。詳細については文字 列の回で説明 文字リテラルは 1 文字しかかけない文字列リテラルを char 型変数に入れることはできない

(21)

浮動小数点型

(22)



float

型, double 型は

小数

を表現



実数型とも呼ばれるが数学用語の実数とは異なる



精度（有効桁数）が異なる



非常に大きな数から小さな数まで表現できる



_{±𝑎 ⋅ 2}

𝑏

という形式で保持している



_{𝑎, 𝑏 の範囲に制限があるので、どんな数でも表せ}

るわけではない

• たとえば 0.1 は表現できないのでそれに近い近似値が

使われる

22

浮動小数点型 (floating point)

特殊なCPUを除いて IEEE754 という規格の表現が使われる 0.1 を 10 回足し合わせる計算をさせても 1 にならない

(23)

型名 一般名 サイズ (bit) その値の範囲と精度

float

単精度実数 32 ±3.4 ⋅ 10±38, 7 桁程度

double

倍精度実数 64 ±1.7 ⋅ 10±308, 15 桁程度

long double

(C99 以降) 拡張倍精度実数 80~128 (処理系で異なる) 2015-04-20 C プログラミング入門総機1 (月1)

23

浮動小数点型の一覧

表現する値の絶対値の大きさだけでなく、その精度（桁数）も異なることに注意。 double のほうがより精度が高い。 IEEE754 の場合 C99 以降では複素数型が追加されたので実浮動小数点型と呼んでいる double は float の値を完全に表現することができる

(24)



小数



3 .

14 

1 .



.

5 

-.

3 

指数表現（科学技術形式）



6.02 e23

1 E

3 

314 e-2



2.3 e-04

24

浮動小数点リテラル

6.02 × 103 ただし、 3.14 がメモリ表現として正 確に表せるかどうかは別問題である 通常は近似値である（前述）型は、接尾辞で明示的に指定しない限り double となる 1.0 × 103 314 × 10−2 = 3.14

(25)

変数の利用

(26)



関数が呼ばれると

1. _{メモリに変数領域を確保}

2. _初期化

3. _{関数本体の実行}

26

変数定義の結果

...

int

main(void)

{

int x;

int y, z;

int number = 5;

float Data_1;

double Data_2;

char ch = 'C';

printf(...

...

_{関数の本体} ??

x

??

y

??

z

5

number

??

Data_2

??

Data_1

C

ch

メモリに変数が確保された様子メモリ上では連続して変数が並ぶとは限らないので、帯の絵はかいていない

(27)



初期値を与えない変数の内容は

不定



もともとメモリに何が入っているかはわからない



0 であるとは限らない



「空っぽ」という概念はない

 この性質を悪用されると、システムに重大な被害を与えてしまうかもしれない。 こういう問題をセキュリティホールという。 2015-04-20 C プログラミング入門総機1 (月1)

27

変数の初期値

...

int

main(void)

{

int x;

double f;

...

??

x

??

f

もしかしたら -82 が入っているかもしれないプログラムを実行するたびに違う値が入っているかもしれない

(28)



普通の整数を使いたい場合



int



特に負の値にならないことをはっきりさせたい場

合は unsigned int



short

はめったに使われない



long

は Windows 環境では int と同じなので、

大きな数が扱えると期待すると互換性に問題がある



小数の値を入れようとすると、自動的に切り捨て

られる

28

どの型を使えばいいの？ (1/3)

メモリ上のサイズなどを表すには、 size_t が使われる。これは、無符号整数であり、メモリのサイズを十分表すことができる型である。

(29)



小数点を含む数値を扱いたい場合



double



特にメモリ使用量の制約がある場合は float



float

は一度 double に変換されて計算に使われ

るため、保存形式としてのみ意味がある



これらの型は正確に数値を表現していない可能性

があることに注意

29

どの型を使えばいいの？ (2/3)

(30)



文字列を扱う場合



char



文字列の詳細は次回以降



8bit 単位で意味を持たせた情報（画素値な

ど）を扱う場合



_{unsigned char}



純粋にビット列を扱うために符号などの処理をさ

れないようにする

30

どの型を使えばいいの？ (3/3)

(31)

値の表示

(32)



printf()

は書式を指定して文字列を出力す

る関数



printf の f は書式 (format) の意味



書式文字列は % が特別な意味を持っている

33

printf()

で数値を表示する

#include

<stdio.h>

int

main(void)

{

printf(

"%d¥n"

, 5);

...

printf() _{を使うために必要。} スタジオではない。 Standard Input/Output 変数でなく関数であることを明示するために括弧を付けている 書式文字列 %d が数値 5 をどのように表示するかを指定している表示しようとする値をカンマで区切って指定

(33)



printf()

はとても複雑です



すべてを覚える必要は全くありません



使いたいときに、参考資料を基に調べられるよう

になればよい



資料はインターネット・書籍でたくさんあります



今日はほんの一例を紹介します

34

printf()

の心得

ちなみに、 printf の f は、書式 (format) という意味です

(34)



文字列はそのまま画面に出力される



ただし、 % を表示するには

%%

とする

35

printf()

の例 (1)

printf("

Hello, World%%¥n

");

Hello, World%

▮

改行を表す

カーソル位置が次に行に移動している

(35)



%d

, %i は符号付き 10 進整数に置き換わる

36

printf()

の例 (2) 整数

printf("Year:

%d

.¥n"

, 2015

);

Year:2015.

▮

整数を 10 進数で表示 する指定 %d が 2015 に置き換わっているそれ以外はそのまま文字を表示表示したい整数 %d と %i は同じ意味です無符号整数の場合は %u を用います。

(36)



リテラルの種類とは関係ない

37

printf()

の例 (2.1) 整数

printf("Year:

%d

!¥n"

, 0x07df

);

Year:2015!

▮

整数を 10 進数で表示する指定 %d が 2015 に置き換わっている表示したい整数

(37)



%x

, %X は 16 進数に置き換わる

38

printf()

の例 (2.2) 整数

printf("Year:

%X

!¥n"

, 0x07df

);

Year:7DF!

▮

整数を 16 進数大文字 で表示する指定桁数は指定されていないので、最小になる表示したい整数 %o, %O は 8 進数に置き換わります。表示が大文字小文字の違い

(38)



出力幅 (文字数) は % の直後に書く



空白か 0 がつめられる (padding)

39

printf()

の例 (2.3) 幅

printf("Year:

%8X

!¥n", 2015);

printf("Year:

%08X

!¥n", 2015);

Year: 7DF!

Year:000007DF!

整数を 16 進数大文字 8桁で表示する指定空白が 5 つ空いて、全体で 8 文字 0 が前に詰められている 0 詰め (zero padding) をする場合

(39)



%f

は浮動小数点型の値を変換する

40

printf()

の例 (3) 小数

printf("

%f

¥n"

, 0.1

);

0.100000

▮

小数点表示を指定する桁数が指定されていない場合、 6 桁となる 表示したい浮動小 数点数 %f は double 型の値に対応しています。しかし、 float 型のための指定はありません。なぜなら、 float は必ず double に変換されてから関数に渡されるためです。

(40)



精度 (小数点以下の桁数) は %

.10

f

の様に指

定する

41

printf()

の例 (3.1) 小数の精度

printf("%

.10

f

¥n", 0.1);

0.1000000000

▮

小数点以下 10 桁の表示を指定する桁数が指定されて 10 桁で表示されるピリオドの位置に注意

(41)



%e

, %E は指数形式の文字列に置き換わる

42

printf()

の例 (3.2) 指数形式

printf("

%e

¥n", 0.1);

1.000000e-01

▮

1.0 × 10−1 という意味 %g, ％G は、小数点表示、指数表示のうち、短い方を採用する指数を表す e の大文字小文字が異なります

(42)



複数回 % を書くと, 順番に変換される

43

printf()

の例 (4) 複数表示

printf("

%04d

/

%02d

/

%02d

¥n", 2015, 4, 20);

2015/04/20

▮

複数書くと、順番に変換される % 書式の数だけカンマで区切って指定 指定する数値の数が足りない場合, 動作は未定義 指定する数値の数が多い場合は、書式文字列が繰り返し使われます

(43)



変数名を書けば、その値が使われる



計算式を書くこともできる

44

printf()

で変数表示

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int year = 2015;

printf("This year

%04d

¥n",

year

);

printf(“Next year

%04d

¥n",

year + 1

);

return 0;

}

変数名はその保持する値に置き換わる

This year 2015

Next year 2016

2015+1 が計算される

2015

2016

次回詳しく説明

(44)



%d

で表示できるのは int 型



%f

で表示できるのは double 型



型を変えるにはキャストを使う

45

printf()

で変数表示する際の注意

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int val = 2015;

printf("

%d %f

¥n",

val

,

val

);

return 0;

}

2015 0.000000

int の値を %f で正しく表示できない

(45)



他にも説明していないことはたくさんありま

すが、インターネットや書籍の参考資料で勉

強してください



少なくとも、レポート課題など必要な情報はその

たびに提供します

46

printf()

のまとめ

(46)



標準入力から読んだ値を変数に書き込む関数



scanf()

は printf() よりもっと難しいです



以下の定型的な書き方を覚えてください。

47

scanf()

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int x; float y; double z;

scanf("

%d

",

&

x);

scanf("

%f

",

&

y);

scanf("

%lf

",

&

z);

...

int 型変数には %d float 型変数には %f double 型変数には %lf イチではなくエル必ず &_{という文字が必要}