情報処理II

情報処理Ⅱ
２００６年１月１３日（金）
本日学ぶこと

前処理指令
マクロ
ライブラリ関数の活用

問題




サイコロを何度も振って，全ての目が最低１回出るまで，何回
振らなければならないか？
• 最小６回，上限なし（∞回？）
• 欲しいのは現実的な値
２０面のサイコロだったら？５０００だったら？
2
前処理とコンパイル（１）
ソースファイル
（前処理前）
前処理
ソースファイル
（前処理後）
コンパイル
アセンブル
オブジェクト
ファイル

リンク
実行ファイル
前処理・コンパイル・アセンブル・リンクの各処理は通常，コ
ンパイラ(ccなど)が一手に引き受ける．
3
前処理とコンパイル（２）

前処理は，



狭義には，「コンパイルに先立って行われる処理」であり，した
がってコンパイルとは別
広義には，ccでコンパイルすれば自動的に処理してくれる，と
いう意味でコンパイル作業の一部
前処理のコマンド（プリプロセッサ）は，cpp

Cの前処理以外にも使用可能
4
前処理指令
(Preprocessing directive)

マクロ定義(#define)




「プリプロセッサ
指令」ともいう
オブジェクト形式マクロ ⇒「定数」の定義
関数形式マクロ ⇒「関数もどき」の定義
ソースファイルの取り込み(#include)
条件付きコンパイル(#if ... #endif など)
5
オブジェクト形式マクロ（１）

語の置き換えを行う．



#define 置換対象置換内容
#define WORD_SIZE 6
と記述すると，それ以降
int a[WORD_SIZE]; は int a[6]; と同じ意味になる．
プログラム修正により変わり得る定数値があるときに，よく用
列挙型のほうがいいかも
いられる．


配列の上限値，他と区別する値など．
うまく使うことで，定数値を変えるときのプログラム修正箇所を
少なくできる．
6
オブジェクト形式マクロ（２）

注意点



前提： #define WORD_SIZE 6+1
単純に置き換える．
• int a[WORD_SIZE * 2]; は，int a[6+1 * 2];
に置き換えられる（意図した動作ではない）．
⇒ #define WORD_SIZE (6+1) とすればよい．
語のみを置き換える．
• print_WORD_SIZE( ) のような「語の一部」や，
printf("WORD_SIZE"); のような「文字列中の語」は，
置き換えない．
7
オブジェクト形式マクロ（３）

注意点（続き）



予約語も置換可能．
• #define char signed char は文法上問題ないが，
よい書き方ではない．現在では，
typedef signed char schar; とすべきである．
置換内容のない名前も定義できる．
• #define DEBUG
末尾にセミコロンをつけない．
• #define WORD_SIZE 6; は（たいていの場合）間違い．
8
関数形式マクロ（１）

オブジェクト形式マクロとほぼ同じ書式．
置換対象に「(…)」をつける．



#define pint(x) printf("%d\n",x) に対して，
pint(a+1); は printf("%d\n", a+1); に置き換え
られる．
複数の引数をとることもできる．そのときは，置換対象の各引
数の間にカンマを入れる．
カッコ内に何も書かなければ，引数なしの関数形式マクロが定
義される．
9
関数形式マクロ（２）

注意点


単純に置き換える．
• #define mul(x, y) x*y に対して，
z=mul(6+1,2); としたとき，z=14ではなくz=8となる．
⇒ #define mul(x, y) ((x)*(y)) のように，
置換対象の引数と，評価式全体にカッコをつける．
置換対象に引数を２箇所以上書くことができる．このとき，その
回数だけ置換される．
• #define triple(x) ((x)+(x)+(x)) に対して
b=triple(++a); と書くと，
b=((++a)+(++a)+(++a)); となる．
10
関数形式マクロ（３）

置換内容の中で「#引数」と書くと，引数を文字列にできる．


#define pint(x) printf(#x " = %d\n", x)
に対して，pint(a+1); は
printf("a+1" " = %d\n", a+1); に置き換えられる．
通常の関数定義では，変数名を
引数にとってその文字列を得る
「文字列リテラルの連結」に
ことはできない．
より，これは
printf("a+1 = %d\n", a+1);
と同じとなる．
11
関数か関数形式マクロか

関数…「機能」を正確に表現したいとき






例：int square_int(int x) { return x * x; }
引数や戻り値の型に制約される．
関数呼び出しのオーバーヘッドがある．
ローカル変数や制御文を活用できる．
実引数が++aなどのときも，その評価は一度だけ．
マクロ…「機能」を簡便に表現したいとき





例：#define square_int(x) ((x) * (x))
引数や評価式に型はない．
（狭義の）コンパイル前に展開され，オーバーヘッドは少ない．
ローカル変数や制御文は使用しにくい．
（マクロ利用側の）引数は，置換内容の回数だけ評価される．
12
前処理指令と空白・コメント
...不可
...必須
# define pint( x ) printf ( #x " = %d\n" , x )
...任意

一つの前処理指令は，１行で書かなければならない．ただし，



行末に「\」を置くことで，複数行で書ける．
関数形式マクロの場合，括弧の途中で改行できる．
前処理指令の中でコメント（/* */ もしくは //)を書くと，
前処理時に空白文字に置き換えられる．
13
条件付きコンパイル（１）

#if 定数式
…
#endif


定数式が真のときに「…」を残し，そうでなければ「…」を捨てる．
定数式の評価や「…」の取捨は，前処理時に行われる．
14
条件付きコンパイル（２）


「#if 定数式」に代えて，「#ifdef 名前」や
「#ifndef 名前」も利用可能．
「#else」や「#elif 定数式」も記述可能．
条件付きコンパイル
#if 条件式1
…
#elif 条件式2
…
#else
…
#endif

参考: Cのif文
if (条件式1) {
…
} else if (条件式2) {
…
} else {
…
}
条件付きコンパイルは入れ子にできる．
15
他のファイルの取り込み

#include <ファイル名>


ライブラリ関数などが宣言されているファイルを取り込む（イン
クルードする）．
#include "ファイル名"

自作のファイルを取り込む．
16
ヘッダファイル

定数，構造体や特殊な型，関数プロトタイプや関数形式マク
ロなどが宣言・定義されているファイル．



#include <stdlib.h> とすると，
/usr/include/stdlib.h を取り込む（ヘッダファイルの
所在は処理系依存）．
ヘッダファイルの中で，他のヘッダファイルをインクルードする
こともよく行われる．
慣例として



ファイル名を「.h」で終わらせる．
関数は，「宣言」のみして「定義」はしない．
同一ファイルに対する複数回のインクルードがあっても，２回目
以降は処理しないようにする．
17
ヘッダファイルとライブラリ関数

既に定義されている関数や定数を利用するには，あらかじめ，
適切なヘッダファイルをインクルードしなければならない．



printf なら #include <stdio.h>
NULL なら #include <stdlib.h> が一般的．
インクルードすべきヘッダファイル名は，manpage で知るこ
とができる．



man 3 printf
jman 3 printf
JM Project (http://www.linux.or.jp/JM/)
18
サイコロ問題

仕様




①
目の数は６つ．ただし変更の可能性あり．
サイコロの目は１～６のいずれかとする．
出た目はその都度出力する．
全ての目が出たら，何回振ったかを出力し，終了する．
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑪
19
サイコロ問題の考え方（１）

サイコロの振り方


ライブラリ関数のrandを用いる
• あらかじめ #include <stdlib.h>
• int a = rand(); により，aにはint型の値が一つ代
入される．この値は，ある範囲の中でどの値も等しい確率
で選ばれる（一様乱数）．
• int spot = rand() % 6; で，spot には 0～5
のいずれかが代入される．
• int spot = rand() % 6 + 1; とすればいい！
擬似乱数のため，何度実行しても同じ目が出る．これを変える
には，適切な値の種を与えればよい．
20
サイコロ問題の考え方（２）

「全ての目が出る」とは？


int spot_counter[SPOT_MAX + 1];
• 目ごとに出た回数
• 目が出たら，spot_counter[spot]++;
• 特定の目がまだ出ていないかの判定は，
if (spot_counter[spot] == 0)
• 全ての目が出たかを，この配列変数だけで判定することは
できるが，非効率
int counter_unfound = SPOT_MAX;
• まだ出ていない目がいくつあるか
• 一つずつ減らしていき，0になればループから抜ける
21
サイコロ問題で定義したマクロ

#define SPOT_MAX 6



目の数を表す，オブジェクト形式マクロ
ここ以外で「6」と書かない．これにより，目の数が変わるような
プログラムにも対処しやすい．
#define cast_dice(spot_max) (rand() %
(spot_max) + 1)



サイコロを１回振って，出た目を返す，関数形式マクロ
呼び出し元では int spot = cast_dice(SPOT_MAX);
であり，これは
int spot = (rand() % (SPOT_MAX) + 1); になる．
「cast_dice(1000*5)」のように使うことも可能
22
有用なライブラリ関数（１）

#include <stdio.h> を必要とするもの


#include <stdlib.h> を必要とするもの




int putchar(int c); … 1文字出力
int atoi(char *s); … 文字列から整数値への変換
void exit(int status); … プログラムの終了
int rand(void); … 乱数生成
#include <string.h>を必要とするもの



size_t strlen(char *s); … 文字列の長さ
int strcmp(char *s1, char *s2); … 文字列比較
char *strstr(char *s1, char *s2); … 文字列検索
23
有用なライブラリ関数（２）

#include <ctype.h> を必要とするもの




int isdigit(int c); … 文字が数字であるか判定
int tolower(int c); … 大文字を小文字に変換
int toupper(int c); … 小文字を大文字に変換
#include <math.h> を必要とするもの


double exp(double x); … eのx乗
double floor(double x); … x以下で最大の整数
24
まとめ



前処理指令をうまく使えば，読みやすく保守しやすいプログ
ラムを書くことができる．
前処理は，コンパイルの前に行われる．そのため，前処理指
令の書式はCの文法と異なる．
ライブラリ関数を使うには，#includeを用いて適切なヘッ
ダファイルをインクルードするとともに，その使い方（引数，出
力も）をよく理解しておく．
25
スケジュール

第１３回：１月２０日（金）１３：１０～１４：４０


第１４回：１月２３日（月）１４：５０～１６：２０Ａ１０４




ファイル入出力，標準入出力，mallocなど
おさらい問題を実施
再履修で他の授業と重なっている人は，そちらを優先し，
授業後に来てください．
（１月２７日（金）は出張のため休講）
試験：２月３日（金）１３：１０～１４：４０

Ｃの書籍１冊および自筆ノート１冊の持込可
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