情報処理II

情報処理Ⅱ
２００７年１月２６日（金）
本日学ぶこと

ファイル入出力，標準入力・標準出力
記憶域管理関数(mallocなど)

問題



ファイルを入力にとり，先頭に行番号をつけて出力できる？
標準入力（キーボードなど）からの入力に対して，先頭に行番
号を右揃えでつけて出力できる？
2
ファイルとは（復習）


補助記憶装置に保存する単位となる，データの集まり．
プログラムが終了しても，内容が保持されるデータ構造．




（比較）変数の値はメモリ上にあるため，プログラム終了時に破
棄される．
コンピュータの電源を切って入れ直しても，保持されていること
が多い．
ストリームと呼ばれるバイト列として，読み書き可能．
バイト列とは？


char配列で表現できるデータ構造．
'\0' で終わるものではなく，途中に '\0' があってもいい
という点が，文字列と異なる．
3
ファイル操作のライブラリ関数（復習）

操作対象（関数への入力）は，ファイルポインタ．



stdio.h で定義されているFILE型のポインタ．
例： FILE *fp;
ライブラリ関数





fopen : ファイルを開き（プログラムから使えるようにし），
ファイルポインタを返す．
fgets : 指定されたバイト数（文字数）を読み出す．
fprintf : printfと同様の形式で，ファイルに出力する．
fclose : 開いたファイルを閉じる（プログラムから使えない
ようにする）．
fgetc : １バイト（１文字）読み出す．
4
行番号問題１

仕様


コマンドライン引数（複数ある場合は最初のみ）をファイル名と
みなして，そのまま出力していく．ただし行の先頭には行番号
をつける．
考え方



fgetcを用いて１バイトずつ読み出す．
「行の先頭」とは，「ファイルの先頭」か「改行文字('\n')の直
後」のいずれか．
「今何行目を読んでいるか」を保存する変数line_countを用
意する．
5
１文字ごとの読み出し（１）

while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {...}
プログラムの
内部状態
fp
これがストリーム
ファイルabc
'a'
'b'
'c' '\n'
FILE
オブジェ
クト
c = ???
'a'
'\0'がない点に注意
（文字列ではない）
6
１文字ごとの読み出し（２）

while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {...}
プログラムの
内部状態
fp
ファイルabc
'a'
'b'
'c' '\n'
FILE
オブジェ
クト
c = EOF
???
'\n'
7
EOF（１）


「ファイルの終わり(End Of File)」を表す定数．
stdio.hで，#define EOF (-1)などと定義されている．
unsigned char
signed char
ASCII （7ビット）
-128
127
-1 0
EOF
255
ヌル
文字
8
EOF（２），ファイルアクセス

文字（バイト）単位で読み書きするとき




int型を使用する．
• signed char型だと，255をEOFと区別できない．
• unsigned char型だと，EOFが来ても255にしてしまう．
• EOFから255までの「257種類の値」は，char型(signed
char型，unsigned char型）で区別できない！
読み出してEOFが来たら，そこでおしまいにする．
ライブラリ関数はfgetc, getcharなど
文字列単位で（何バイトか一括して）読み書きするとき


char配列またはchar*型を使用する．
ライブラリ関数はfgets, freadなど
9
標準入力と標準出力

標準入力(standard input, stdin)


標準出力(standard output, stdout)


通常はコンソール出力（画面表示）
シェルのリダイレクション機能を用いて変更可能．



通常はコンソール入力（キーボード入力）
実行例: find ~ > files
実行例: ./liner < /usr/share/dict/words
シェルのパイプ機能を用いて，あるプログラムの標準出力と
別のプログラムの標準入力を接続できる．

実行例: echo '1+2*3' | bc
10
標準入力・標準出力とコンソール
実行環境
（OSなど)
標準入力
コンソール
'a' 'b' 'c' '\n'
実行プログラム
'1' ':'
' ' 'a' 'b' 'c' '\n'
$ ./liner
abc
1: abc
$
標準出力
実行コマンド
入力（エコーバック）
出力
11
標準入力に関するライブラリ関数

int getchar(void);



char *gets(char *s);



標準入力から1文字（1バイト）読み込む．
戻り値はunsigned char型の値，もしくは定数EOF．
なるべく使わない！
標準入力から1行読み込み，sの指す領域に格納する．
1行が，sの領域サイズよりも大きいとしても，そのまま格納しよ
うとする．
なるべく使わない！
int scanf(const char *format, ...);


formatに従って標準入力から入力を読み込み，第2引数以
降が参照する領域に格納する．
読み込みに失敗すれば，入力が進まない．
12
標準出力に関するライブラリ関数

int putchar(int c);


char *puts(const char *s);


cをunsigned char型に変換した上で，標準出力に(1文
字)書き出す．
文字列sと改行文字を標準出力に書き出す．
int printf(const char *format, ...);

formatに従って標準出力に書き出す．
13
標準入出力と標準入出力関数

標準入力・標準出力に対する関数は，標準入出力関数およ
びstdin, stdoutを用いた関数形式マクロにより定義さ
れている（ことがある）．

例: #define getchar() getc(stdin)
14
行番号問題２

仕様


標準入力から入力をとり，そのまま標準出力に書き出す．
ただし行の先頭には行番号を右揃えでつける．
考え方



読むのはgetchar（文字ごと），書くのはprintf（行ごと）．
すべての入力を終えた時点で，行数が確定し，そこから出力す
る．
入力内容を行単位で保存する．
• 標準入力は後戻りができない！
• 実行開始時に行数はわからないので，
「記憶域管理関数」を使用する．
15
liner.cの概要（１）

定義した構造体




line：1行の文字列の情報
line_array：行単位で分割した入力の情報
いずれも，「本体（具体的な中身，コンテンツ）」と「確保した要
素数」と「格納されている要素数」をメンバに持つ．
定義した関数




get_line_array：入力を読み出す
get_line：１行読み出す
put_lines：行番号を付けて出力する
get_digit_width：桁数を求める
16
liner.cの概要（２）

「右揃え」の出力方法


printf("%*d: ", width, i);
• iの値を，width文字分の右揃えで出力する．
• width=3, i=10なら，" 10: "が出力される．
• 「*」を用いて，実行時に桁数を指定できる．
ライブラリ関数printfの補足



様々な変換規則を持つ．
可変引数関数である．
ファイルへ出力はfprintf，
文字列に書き出すのはsprintf
17
実行時の領域確保について

プログラム実行時（main関数に制御が移る前）に


ブロック（{...}）が実行されるときに


static変数のオブジェクトが確保，初期化される．
• プログラム終了時に破棄される．
auto変数のオブジェクトが確保される．
• ブロック終了時に破棄される．
スタック領域
記憶域管理関数（malloc, callocなど）を呼び出すと

オブジェクトとして使用できる領域が確保される．
• freeなどの関数が呼び出されるか，
ヒープ領域
プログラム終了時に破棄される．
18
mallocの基本的な使い方

準備




p
⇒
p
⇒
#include <stdlib.h>
int *p;
必ずポインタ型
（intの部分は用途による）
= (int *)malloc(sizeof(int));
*p がint型変数として利用可能．
= (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
p[0], ..., p[9] がint型変数として利用可能．
p
p[0] p[1] … p[9]
sizeof(int) *10 バイトの領域
19
malloc使用の注意点



領域の値は不定であるため，必要に応じて初期化する．代
わりにcallocを使用すれば，すべて0に初期化された領域
が得られる．
代入される変数はポインタ変数なので，左辺値になり得る
（p++; などとできる）．
領域確保に失敗するとNULLを返すので，
if ((p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10))
== NULL) {
エラー処理
}
などとするのが一般的．
20
可変長配列

可変長配列の例



実行時にその個数（の上限）がわからないような配列
行番号問題２では，「１行の文字列」と「標準入力より獲得する
入力（文字列の配列）」が該当する．
可変長配列をＣで取り扱うときは，


mallocまたはcallocで初期化し，
より大きな領域が必要になったら，reallocを用いるとよい．
21
後始末

ファイルの読み書きを終えたら，fcloseを用いる．




「fopen/fclose」をペアで覚える．
fcloseを呼び出す前のファイルの出力内容は，プログラム内
に保持されている（バッファリング）可能性がある．
プログラム終了時に，閉じられていないファイルは保存される
が，これに頼らない（積極的にfcloseを用いる）ほうがよい．
ヒープ領域の内容を解放するには，freeを用いる．


「malloc/free」をペアで覚える．
プログラム終了時に，freeされていない領域も破棄される．基
本的に，これに頼ってよい（積極的にはfreeを用いない）．
22
まとめ




ファイルは，実行プログラムとは異なる生存期間を持つ，バ
イト列のデータ構造である．
ファイル，標準入力，標準出力にアクセスするためのさまざ
まな標準入出力関数が存在する．
実行後のオブジェクト確保には，mallocなどを用いる．
後始末を忘れずに．
23
プログラミング講義を終えて（１）

授業内容の関連

難しかったテーマを復習するときは，関連する（一つ前や後の）
テーマを見直すのもよい．
構造体
入出力
ライブラリ関数
再帰呼び出し
その他の型
前処理指令
関数
変数の有効範囲
制御文
演算子
ポインタ
記憶域管理関数
識別子
算術型・型変換
配列・文字列
24
プログラミング講義を終えて（２）

２年以降で身につけてほしいこと



自在にＣでプログラミングできる能力
• 特に，ファイル処理，文字列処理，リストとツリー，スタックと
キュー
「先人の知恵」を学び活用する能力
• ライブラリ関数，先生・先輩のノウハウ
プログラムを設計する能力
• 与えられた課題に対して，何をすべきかを自主的に決め，
プログラムコードや文章で表現すること
25
今後の日程

１月３１日（水）：金曜の授業だが，当科目は実施しない．


２月２日（金）：おさらい問題



１１月８日に補講実施済のため．
何でも持ち込み可．相談可．成績には関係ない．
５分復習問題，４０分おさらい問題，４５分解説
２月９日（金）：試験


８０点満点
自筆ノート１冊と，Ｃ言語の教科書１冊の持込可
26

Download Report