情報処理 Ⅱ 2007 年 11 月 26 日 ( 月 )

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情報処理Ⅱ

(2)

2

本日学ぶこと



関数と変数



目的

 関数を自分で定義し，変数の利用方法・範囲を明示的に制限することで，適切な機能分割（モジュール化，再利用）を図る． 

してはいけないこと

 main関数のみで100行以上のプログラム  グローバル変数を駆使するプログラムプログラムを読みやすくする ⇒ 保守性保守性向上入p.109

(3)

3

関数

(Function)



関数の分類

 自作関数: 自分で定義する．⇒ 本日のテーマ  ライブラリ関数: 出来合いのもの．printfなど． 

なぜ関数を定義するのか？

 処理を共通化（一般化）する  プログラムの見通しをよくする  main関数がないとプログラムは動かない入pp.274-275 リp.346

(4)

4

関数定義の方法



構文

:

型名

関数名

(

引数並び

) {

文

...}

 型名は，関数の戻り値の型．値を返さないときは，voidと書く．  引数並びは，0個以上の「型名変数名」をカンマで挟んだもの．引数がないときは，何も書かないか，void_voidと書く．

 例: double myatof(const char *str0) {double myatof(const char *str0) {……}}  例: void procedure(int x, int y) {void procedure(int x, int y) {……}}

一括の変数宣言と異なり，このintは省略できない．

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5

void型

 

void

は「何もない」や「無効な値」を表す型名

  ×× void x;void x;   ○○ void *x;void *x; 

用途

 関数が引数や戻り値を持たないことを明示するとき •

• void exit(int status);void exit(int status); •

• void procedure(void);void procedure(void);

 任意のポインタ型を表現するとき

•

• void *p;void *p; •

• void *malloc(size_t size);void *malloc(size_t size);

プログラムを終了するライブラリ関数．通常，exit(0);_exit(0); もしくは exit(1);_exit(1); のいずれかで呼び出す．入p.274 リp.349, p.300, p.498, p.501

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6

関数の呼び出し



関数定義の例：

double f(double x)

{return x+1;}



関数呼び出しの例：

b=f(a);

 x を関数 f の仮引数仮引数(parameter)， a を関数 f の実引数実引数_(argument) という．これらを区別する必要のないときは，ともに引数引数という． • 仮引数には型名も書く．実引数には書かない．  x = a; の代入を行ってから，関数本文の処理に入る．関数の処理が終われば，変数 x （のオブジェクト）は消滅する．  x = f(x); と書いてもよい．このとき，仮引数の x と，実引数の x （あらかじめ定義しておく）は，別のオブジェクトである．変数aの値を引数として，関数fを呼び出し，その戻り値を，変数bに代入する．入pp.277-278 リpp.347-348

(7)

7

return



関数処理中に

return

値

;

があれば，そこで関数の処理

を終え，値を

戻り値

(return value)とする．

 値の前後にカッコは不要．

 戻り値の型がvoidなら， return;return; と書ける．

 戻り値の型がvoid以外なら，必ずreturn 値;で処理を終え

るように書く．

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8

引数の授受



Cの関数呼び出しでは必ず

値渡し

(call by value)にな

る．

 値渡し: 実引数のコピーが仮引数に格納される．その後，仮コピー引数の値を変更しても，実引数の値には影響しない．  

参照渡し

(call by reference)をしたければ，ポインタ

値を引数とすればよい．

 参照渡し: 仮引数の値を変更すれば，実引数の値もそれに変わる．Cではこの意味での参照渡しをすることができないが，ポインタ値を渡すことで，その参照先の値を変えることができる．参照先の値を変える • ポインタ値とは_{…配列変数の名前，または変数に「&」をつけ} たもの入p.277, p.285 リpp.347-348

(9)

9

二つの値を交換する関数



値渡し ⇒ 失敗

 引数は関数内の仮引数にコピーされる．  関数内の仮引数の中で，値を交換しても，関数の外のオブジェクトは変更されない． 

参照渡し ⇒ 成功

 関数の仮引数は，指し示す先を持つ．  「*ポインタ変数 = 値」とすることで，ポインタ変数が指し示す（関数の外の）オブジェクトに値を代入する． swapint_bad.c, swapint.c

(10)

10

値渡しで失敗する理由



コード（抜粋）



 void swapint_bad(int x, int y) void swapint_bad(int x, int y)

{ { int tmp; int tmp; tmp = x; tmp = x; x = y; x = y; y = tmp; y = tmp; } }   int x = 1, y = int x = 1, y = --1;1; swapint_bad(x, y); swapint_bad(x, y); 関数swapint_badの中 y = -1 x = 1 関数mainの中 y = -1 x = 1 tmp tmp=1 x = -1 y = 1

(11)

11

参照渡しで成功する理由



コード（抜粋）



 void swapint_good(int *void swapint_good(int *pxpx, int *, int *pypy) )

{ { int tmp; int tmp; tmp = * tmp = *pxpx;; * *pxpx = *= *pypy;; * *pypy = tmp;= tmp; } }   int x = 1, y = int x = 1, y = --1;1; swapint_good(&x, &y); swapint_good(&x, &y); 関数swapint_goodの中関数mainの中 y = -1 x = 1 tmp tmp=1 x = -1 y = 1 py px リp.356

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12

main関数の型



main関数の(戻り値の)型は，int とする．

 void main とする本も多いが，規格上適切ではない． 

正常終了は

return 0;

と書き，

異常終了は

return 1;

_{return 1;}

と書くのが一般的．



main関数が返す値，およびexit関数の引数は，

終了ステータス

(exit status)と呼ばれる．

 Linuxなら，コマンド実行後，「echo $?」を実行することでその値を確認できる．  「コンパイルが成功したときに限り，ファイルを実行する」が一つのコマンドで書けるリpp.359-362

(13)

13

関数定義の順番



呼び出す関数は，呼び出す前に（プログラムファイルの上の

ほうで）宣言されていなければならない．



宣言や定義がない場合は，

int

関数名

();

とみなして呼

び出しを試みる．



対策

 呼び出す順序に注意して関数を並べる．  関数プロトタイプを使用する．

(14)

14

関数プロトタイプ

(Function prototype)



構文

:

型名

関数名

(

引数の型の並び

);

 「引数の型の並び」は，「引数（型と変数）の並び」でもよい．このとき変数名は無視される．  一般に，各関数の定義より前（上）に記述する．  例: int swapcase(intint swapcase(int **, int *);, int *); 

関数プロトタイプを用いることで，

 関数定義の順番を気にすることなくプログラムを記述できる．順番を気にすることなく  関数の入出力が明確になる．セミコロンを忘れずに「関数原型」ともいう入pp.278-279 リpp.350-351

(15)

15

変数

(Variable)・識別子・オブジェクト



識別子

(Identifier): 変数名，関数名，型定義名など

の「名前」



識別子とオブジェクト

(Object)の違い

 識別子は，プログラムファイル(静的)で記述される「ラベル」  オブジェクトは，プログラム実行中(動的)に生成される「実体」  同一の識別子に対して複数のオブジェクトが生成されることもある．  

宣言

により，変数ならそのオブジェクト，関数ならその実行

コードが，記憶域（メモリ）上に割り当てられるとき，

その宣言を特に

定義

という．

 関数プロトタイプや，externを用いた変数や関数の宣言，構造体などの独自型定義は，この意味で定義ではない．入p.223 リp.37, pp.102-103

(16)

16

変数を宣言・定義する際の注意点



型は何か？



グローバルかローカルか？



autoかstaticかexternか？

リpp.104-106

(17)

17

グローバル変数とローカル変数



各変数は，定義された位置によって，有効範囲

(scope)を

持つ．

 グローバル変数 • あらゆるブロックの外で定義された変数． • 有効範囲はファイル末尾まで．  ローカル変数 • ブロックの中で定義された変数． • 有効範囲はブロック終了まで．  グローバル - global - 大域的 - あらゆるブロックの外  ローカル - local - 局所的 - あるブロックの中「ブロックの中」とは， { と }で挟まれた領域のこと入pp.280-281 リpp.111-114 関数の仮引数もローカル変数

(18)

18

識別子の宣言に関するルール



グローバルに同一の識別子を複数宣言できない．



一つのブロック内に，同一の識別子を複数宣言できない．



関数はブロック内で定義できない．必ずグローバル区間での

定義となる．

 GCC（演習室のコンパイラ）では，関数の中に関数を定義できるが，使用しないこと！ 

ブロック内に変数を定義するときは，それより外にある同一

の識別子と重複してもよい．

 ただし，外にある同一の識別子は参照できない．  モジュール化に関して有用なルール．リp.114, p.225

(19)

19

型の属性



記憶域クラス

 extern, static, auto, register 

型修飾子

 const, volatile



例

:

extern void function1(const char *);

int x(void) {static int c=0; ...}

(20)

20 プログラムが複数のソースファイルで構成されることがある．大規模プログラミングでは当たり前だが，本授業では実例を出さない．

記憶域クラス（１）

 

auto

: そのオブジェクトの生存期間は自動記憶域期間で

ある．

 積極的にautoを書くことはない．  

static

: そのオブジェクトの生存期間は静的記憶域期間

である．

 必要なときに使う．  

extern

: 他の場所で宣言された識別子を使用する．

 分割コンパイルで不可欠．  externとstaticは，関数に対しても指定できる．リp.107

(21)

21

記憶域クラス（２）



静的記憶域期間（

static変数）

 staticを指定した変数と，グローバル変数が該当する．  プログラムの実行に先立ち，オブジェクトが生成され，初期値が設定される．プログラム終了まで破棄されない．  初期値を指定しないオブジェクトには 0 が代入される．  初期値は，コンパイル時に計算可能な定数式でなければならない． 

自動記憶域期間（

auto変数）

 autoを指定した変数，staticやexternの指定なくブロック内で定義した変数と，関数の仮引数が該当する．  宣言文を実行するたびに，オブジェクトが生成され，初期値があれば毎回初期化される．ブロックを終えると，破棄される．  初期値を指定しないオブジェクトの初期値は不定．  初期値は任意の計算式でよい．入pp.226-227 リp.110, pp.115-120

(22)

22

有効範囲？記憶域クラス？



ここで問題

（小テストではありません）  グローバルなstatic変数は，定義《できる ∥ できない》．  グローバルなauto変数は，定義《できる ∥ できない》．  ローカルなstatic変数は，定義《できる ∥ できない》．  ローカルなauto変数は，定義《できる ∥ できない》． 

ローカルな

static変数の用途

 ブロック内で情報を保存しておき，あとでまた実行するときに利用する．  動的に確保することなく，配列領域を戻り値とする．  auto変数では扱いきれない大容量オブジェクト(100万個の int配列など)を取り扱う．リpp.118-119

(23)

23

配列の

auto変数（１）



関数の中で配列変数を定義すれば，関数処理の中で確保さ

れ，関数処理が終わると破棄されるような配列が作られる．

void print_message(void) void print_message(void) { {

char message[] = "Wakayama";

printf("%s

printf("%s¥¥n", message);n", message); }

}

message

関数print_messageの中

'W'

'a'

'k'

'a'

'y'

'a'

'm' 'a'

'¥0'

(24)

24

配列の

auto変数（２）



関数の仮引数に配列変数を書けば，その配列と型が適合す

るポインタ変数になる．

void

void print_message(charprint_message(char message[])message[]) {

{

printf("%s

printf("%s¥¥nn", message);", message); } }  要素数（多次元配列の場合は左端）は無視される．要素数なし・初期化なし（不完全型）でもよい．

message

関数print_messageの中

'W'

'a'

'k'

'a'

'y'

'a'

'm' 'a'

'¥0'

宣言の形は不完全型実体はポインタ変数

(25)

25

変数の有効範囲の補足



破棄されるまでは，ブロックの外からでも

(ポインタなどで間

接的に

)オブジェクトの参照や値の書き換えができる．

⇒ ポインタによる参照渡しが可能となる．



関数内の

auto変数に対応するオブジェクトは，関数処理が

行われるたびに生成される．

⇒ 再帰関数が構成できる．

'W'

'a'

'k'

'a'

'y'

'a'

'm' 'a'

'¥0'

message

何らかの関数の中

wakayama

message[0] = 'w'; message[0] = 'w'; としてよいリp.121

(26)

26

staticの補足



グローバル区間で，変数や関数の定義に

staticをつける

と，その識別子の有効範囲は，宣言時からそのファイル終了

までとなる（ファイル有効範囲）．

_{staticをつけなければ，}

他のファイルからも参照され得る．



ローカルな

static変数がある関数は，再入可能（リエントラ

ント，

_{reentrant）でない．}

  再入可能再入可能であれば，同じ値の引数で関数を呼び出せば，関数内の処理，そして戻り値が必ず同じになる．複数のプログラムルーチン（再帰呼び出しを含めて）から，同時かつ非同期に呼び出すことができる．  不純関数ともいう．リp.112, p.118

(27)

27

型修飾子

 

const

: 対象となるオブジェクトの値を変えることができな

い．参照は可能．

 

volatile

: 処理系が知らないうちに値を変える可能性が

ある．参照は可能．



constの使用例:



 char *strcpy(char *dest, const char *src);char *strcpy(char *dest, const char *src);

*dest は関数内実行中左辺値にできる *src は関数内実行中左辺値にできない dest, srcともに関数内実行中左辺値にできるリp.109, p.516

(28)

28

まとめ



関数を自分で定義することができる．関数を呼び出すとき，

引数は値渡しで授受される．ポインタ値を渡せば，参照渡し

となり，関数外のオブジェクトの値を変えることができる．

