プログラミング論
変数のスコープ，記憶クラス． メモリ動的確保． http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~ct13140/ProgC/概要
• 変数のスコープ – 重要．おそらく簡単． • 記憶クラス – 自動変数(auto)と静的変数(static)． – スコープほどではないが重要． C-2変数のスコープ
ブロック
• C言語では，{ から } をブロックという． void main(){ for(…){ if(…){ } } if(…){ } } C-4変数の宣言
• グローバル変数 – 関数の外(当然ブロックの外)で変数の宣言を行う． C, C++に依らず同じ． – 全ての関数内で使用可能． • ローカル変数 – C言語では， 変数の宣言は，ブロックの先頭でのみ行える． – C++では， 変数の宣言は，ブロック内の任意の位置で行える． – 宣言されたブロック内でのみ使用可能． C-5変数のスコープ
• 変数が使用できる範囲を"SCOPE"と言う． • SCOPEの広さは，変数を宣言した場所により異な る． • 変数宣言が含まれているブロックで最も狭いもの が選ばれる． – 変数は，宣言された中括弧{}の内側でのみ使用可 能．括弧の外では使えない． 括弧の内側には入れるが， 括弧の外側には出られない． C-6ローカル変数とグローバル変数
#include <stdio.h> int a; void main(){ int b; } void func(int c){ int d; } グローバル変数 ローカル変数 ローカル変数 ローカル変数 C-7ローカル変数
#include <stdio.h> int a; void main(){ int b; b = 7; printf("b = %d¥n", b); } void func(int c){ int d; b = 8; printf("b = %d¥n", b); } int bのスコープ範囲 NG NG OK OK C-8ローカル変数
#include <stdio.h> int a; void main(){ int b; d = 7; printf("d = %d¥n", d); } void func(int c){ int d; d = 8; printf("d = %d¥n", d); } int dのスコープ範囲 OK OK NG NG C-9ローカル変数
#include <stdio.h> int a; void main(){ int b; c = 7; printf("c = %d¥n", c); }void func(int c){
int d; c = 8; printf("c = %d¥n", c); } int cのスコープ範囲 OK OK NG NG int cは， 「ブロックの外で 宣言されている」 ように見えるが， SCOPEの範囲は， 関数内です． ご注意あれ． C-10
グローバル変数
#include <stdio.h> int a; void main(){ int b; a = 7; printf("a = %d¥n", a); } void func(int c){ int d; a = 8; printf("a = %d¥n", a); } グローバル変数 プログラム内の 全ての関数内で， 参照可能． int aのスコープ範囲 OK OK OK OK C-11ローカル変数(ブロック内宣言)
void main(){ int i; for(略){ int j; } } int iは内側(ピンク)ブロックに入れるが， int jはピンクブロックの外に出られない． C-12ローカル変数(ブロック内宣言)
void main(){ int i; if(略){ int j; } } C-13ローカル変数(ブロック内宣言)
void main(){ int i; { int j; } } 上記のように，for文やif文などなく 唐突に { } でブロックを作成しても問題ない． C-14ローカル変数(ブロック内宣言)
void main(){ int i; { int j; } } 上記の違いは，int jのスコープの広さ． void main(){ int i, j; }スコープの広さの善し悪し
• 一般に，以下のように考えられている． – スコープは狭いほどよい． – グローバル変数は良くない • グローバル変数や広いスコープは，間違い(バグ )の原因になりやすい． – 変数の値がどこで変更さているのか把握しづらくなる – グローバル変数が多いと，各箇所で「理解しなくては ならない変数」の数が増えて辛くなる．同じ名前の変数が2個以上あったら
• 同じ名前の変数が2個以上あったら，スコープの 狭い変数が勝つ – 感覚的には，近くで宣言されている変数が勝つ． • ただし，混乱の元なので，このようなことは行わな いことを強く推奨する． C-17 #include <stdio.h> int a = 3; void main(){ printf("a = %d¥n", a); } a = 3 実行結果 C-18 #include <stdio.h> void main(){ int a = 7; printf("a = %d¥n", a); } a = 7 実行結果 C-19 #include <stdio.h> int a = 3; void main(){ int a = 7; printf("a = %d¥n", a); } a = 7 実行結果 C-20 #include <stdio.h> int a = 3; void main(){ int a = 7; { int a = 9; printf("a = %d¥n", a); } printf("a = %d¥n", a); } a = 9 a = 7 実行結果 正しいプログラムだが， 「同じ名前の変数が 2個以上存在する」など， 混乱の元． このようなプログラムは 避けることを勧める． C-21同じ名前の変数が2個以上あったら
• 以下の様に，同一ブロック内で同名の変数を2個 以上宣言するのはNG. void main(){ int x; int y; int x; x = 7; } int xが 2個ある． NG! どっちのint xなのか 分からない. 実行不可能! C-22変数の記憶クラス
記憶クラス
• auto, static, extern, register, typedef, volatile がある． – auto, static • 重要 – extern • 重要度高くない．分割コンパイル時に必要． – register • 重要度低い．高速化などに使用することあり． – typedef • 重要度はやや高い．「型に別名を付ける」のに使用． – volatile • 重要度低い．マルチスレッドプログラムなどで必要． C-24
auto変数,static変数
•auto変数は，ブロック内で誕生して，ブロックの 終わり(SCOPEの終わり)で消滅してしまう． – 変数が消滅すると，記憶されていた値も消える． – 毎回，初期化される． – 通常のローカル変数がこれにあたる． – スタック領域を使用． • auto int i; と，型の前に"auto"と書くと，auto変数となる． – ローカル変数は，明示的にstaticと書かない限り勝 手にauto変数となる． auto変数は 誕生と消滅を 繰り返す C-25auto変数,static変数
•static変数は，プログラム実行開始時に作成さ れ，消滅しない． – 値はプログラム終了まで保持される． – 初期化は，プログラム開始時に1回だけ行われる． – 全てのグローバル変数がこれにあたる． • ただし，スライド36も参照のこと． – ヒープ領域を使用． • static int i; と，型の前に"static"と書くと，static変数と なる．(例え，ローカル変数であっても) – グローバル変数は，強制的にstatic変数となる． C-26ヒープ領域 と スタック領域
• ヒープ領域とスタック領域の違い はサイズ – ヒープ領域にはメモリが大量にあり，巨大なメモリを使 用したいときはヒープ領域内に確保する – スタック領域には少量のメモリしかない．大量のメモリ をスタック領域内に確保するのは不可能 C-27auto変数とstatic変数の例
#include <stdio.h> void main(){ int i;for(i=0; i<3; i++){
printf("i=%d, ", i); { int j =6; printf("j=%d, ", j); j++; printf("j=%d¥n", j); } } } i=0, j=6, j=7 i=1, j=6, j=7 i=2, j=6, j=7 実行結果 int型変数jは， ブロックに入る毎に作成され，初期化され， ブロックを抜けて消滅してしまう． C-28
auto変数とstatic変数の例
#include <stdio.h> void main(){ int i;for(i=0; i<3; i++){
printf("i=%d, ", i); { static int j =6; printf("j=%d, ", j); j++; printf("j=%d¥n", j); } } } i=0, j=6, j=7 i=1, j=7, j=8 i=2, j=8, j=9 実行結果 int型変数jは， プログラム開始時に1回だけ作成され，1回だけ初期化され， プログラム終了まで消滅せず，値は保持される． C-29
auto変数と
static変数の例
#include <stdio.h> void main(){ int i;for(i=0; i<3; i++){
printf("i=%d, ", i); { static int j =6; printf("j=%d, ", j); j++; printf("j=%d¥n", j); } j = 100; /* j はここからは見えない！ */ } } 例えstaticでも， jのスコープは， ブロックの中なので， ブロックの外からは アクセスできない． 感覚的には， 「存在しているが， 隠れていて見えない」 NG C-30
auto変数とstatic変数の例
#include <stdio.h> int x = 0; void count(){ printf("x=%d¥n", x); x++; } void main(){ count(); count(); count(); } x=0 x=1 x=2 実行結果 グローバル変数は， 強制的にstatic変数． 初期化は， プログラムの開始時に1回． 値はプログラム終了まで 保持される．auto変数とstatic変数の例
#include <stdio.h> void count(){ int x = 0; printf("x=%d¥n", x); x++; } void main(){ count(); count(); count(); } x=0 x=0 x=0 実行結果 失敗作． 関数に入るたびに， 変数xは作成され, x=0と初期化される． 関数から出るたびに 変数xは消滅する.auto変数とstatic変数の例
#include <stdio.h> void count(){ static int x = 0; printf("x=%d¥n", x); x++; } void main(){ count(); count(); count(); } 実行結果 x=0 x=1 x=2 static変数の初期化は， プログラム開始時に 1回だけ． 関数を抜けると， (見えなくなるが) 消滅せず， 値は保持される． C-33グローバル/ローカル
auto/static
• グローバル変数をautoにすることはできない． auto/staticを選べるのはローカル変数のみ． ローカル変数は(省略時は)自動的にauto変数 になる. • よって，「autoと積極的に記述すること」はほとん ど無い． • ローカル変数をstatic化するために,「static と積極的に記述すること」はある． C-34グローバル/ローカル
auto/static
• auto/staticは，記憶クラスを指定するもので あり，スコープを指定するものではない． ブロック内で変数宣言． 毎回初期化される． ブロックを抜けて値が消える． ブロック内からのみアクセス可能． 存在しない ブロック内で変数宣言． 初期は最初の1回のみ． ブロックを抜けても値が消えない． ブロック内からのみアクセス可能． 関数の外で変数宣言． 初期は最初の1回のみ． 値は消えない． 全ての関数からアクセス可能． 記憶クラス auto 記憶クラス static グローバル 変数 ローカル 変数 C-35グローバル/ローカル
auto/static
• グローバル変数は，強制的に「初期化は最初に1 回のみ，値は消えない」となる． • しかし，static付きグローバル変数と， staticなしグローバル変数は意味が異なる． – static付きグローバル変数は，同一ファイル 内からのみアクセス可能． – staticなしグローバル変数は，別ファイルか らもアクセス可能． • 分割コンパイル時に，この違いが意味を持つ． C-36typedef
• typedefは，既存の型に別名を付けるのに使用 typedef int seisuu;/*以後「seisuu型」が使える． int型の別名に過ぎない */ int i; seisuu j; C-37
typedefの例
typedef unsigned int uint;
– "unsigned int"に"uint"という別名が付いた． typedef long int int64, lint;
– "long int"に,"int64","lint"という2個の別 名が付いた．
typedef struct hoge sthoge;
– "struct hoge"に,"sthoge"という別名が付い た． C-38
おまけ：巨大なメモリの使用
• 以下のプログラムをコンパイル＆実行したら，実 行時にエラーが発生し，強制終了された． #include <stdio.h> void main(){ int data[1000000]; printf("Hello, World!¥n"); } C-39おまけ：巨大なメモリの使用
• 以下のプログラムをコンパイル＆実行したら，正 しく実行された． #include <stdio.h> int data[1000000]; void main(){ printf("Hello, World!¥n"); } C-40おまけ：巨大なメモリの使用
• 以下のプログラムをコンパイル＆実行したら，正 しく実行された．
#include <stdio.h> void main(){
static int data[1000000]; printf("Hello, World!¥n"); } C-41
