情報処理II

情報処理Ⅱ
２００７年１月１９日（金）
本日学ぶこと

前処理指令
マクロ

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
１００面のサイコロだったら？
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
マクロとは…コンピュータ関連の作業において，複数の機能や
意味をまとめて扱えるようにしたもの
ソースファイルの取り込み(#include) ⇒１２月８日参照
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．



要素数は，コンパイル時に
#define 置換対象置換内容
評価可能な定数式なので，
#define WORD_SIZE 6
問題なし
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．
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
数をカンマで区切る．
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．
置換内容の中に，引数を２箇所以上書くことができる．
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
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
14
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，ライブラリ関数のsrandを呼び出して，適切な値の種を
与えればよい．
15
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「全ての目が出た」
16
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(100*5)」のように使うことも可能
17
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（≠実行時）に行われ
る．
18
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．
19
ヘッダファイルで条件付きコンパイル

ある環境の /usr/include/stdio.h より


#ifndef _STDIO_H
#define _STDIO_H 1
…
#endif /* !_STDIO_H */
この記述により，複数のファイルに #include <stdio.h>
があっても問題なく動作する．
• ヘッダファイルの中で，別のヘッダファイルをインクルードす
ることがある．
• _STDIO_H を定義して「…」を獲得するのは，１回だけ．
20
次に学ぶこと

ファイル入出力

問題


これまでそのプログラムを何回実行したか，記録できる？
ソースファイルの先頭に，右揃えで行番号をつけて出力でき
る？
21
ファイルとは


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．
22
実行回数管理プログラム

仕様


./count を実行すると，count.txt というファイルに実行
回数が保存される．
考え方


実行後，count.txt があれば，読み出して，それまでの実
行回数を獲得する．なければ「0回」とする．
実行回数を1増やして，出力するとともに，count.txt に書
き込む．
23
ファイルポインタ

Cでファイルを操作するには，ファイルポインタを使用する．


stdio.h で定義されているFILE型のポインタ．
例： FILE *fp;
fp
FILE
オブジェクト
24
ファイル操作のライブラリ関数（１）

FILE *fopen(char *path, char *mode);


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．
• 第１引数はファイル名（「パス名」ともいう）．
• 第２引数が "r" なら，読み込み専用で開く．
• 第２引数が "w" なら，書き込み専用で開く．
char *fgets(char *s, int size, FILE
*stream);

「size-1バイト」，「改行文字まで」，「ファイルの終わりまで」の
うち最小のバイト数を読み込んで，s が指し示す配列領域に
格納し，最後に '\0' をつける．
25
ファイル操作のライブラリ関数（２）

int fprintf(FILE *stream, const char
*format, ...);



第１引数に出力先のファイルポインタを指定する．あとは
printfと同じ．
比較： int printf(const char *format, ...);
int fclose(FILE *fp);

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）．
26
ifとfopenの組み合わせ

コード例




if ((fp = fopen("count.txt", "w")) == NULL) {
printf("failed to open file: count.txt\n");
return 1;
}
ファイルを開くことができなければ，メッセージを出力して，関数
の処理を終える．開ければ，fpにファイル構造体のポインタが
代入され，あとのファイル処理で利用できる．
カッコの対応に注意．
• × if (fp=fopen(ファイル名, "w"))==NULL)
• × if (fp=fopen(ファイル名, "w")==NULL)
この例では，「fpへの代入」と「if文」を分けて書いてもよい．し
かし「代入」と「while文」を同時に書く（分けると保守性を損な
う）ことが多いので，この記述に慣れてほしい．
27
（余談）入力方法

プログラム内に書き込む．


コマンドライン引数から獲得する．


int main(int argc, char *argv[])
標準入力（キーボード入力）から獲得する．


int a = 44, b = 16;
scanf，getchar，fgetsなど
ファイルをアクセスする．

fopen，freadなど
入力
出力
実行
プログラム
28
入力方法の得失（１）

プログラム内に書き込む（埋め込む）．





ハードコーディング(hardcode)とも呼ばれる．
手軽（原始的）であり，他の環境でも実行しやすい．
入力の値の型は，プログラム内で指定できる．
入力の値が変わるたびにコンパイルが必要．
「メリットとデメ
リット」のこと．あ
る目的を達成す
るための手段が
複数あるとき，
どれを選ぶかの
判断材料になる．
コマンドライン引数から獲得する．




入力の値が変わってもコンパイル不要．
実行時に毎回引数指定が必要．
• ただしシェルのヒストリ機能を使えば省力化できる．
入力サイズには（現実的な）制限がある．
入力の値の型は必ず文字列．
29
入力方法の得失（２）

標準入力から獲得する．





入力の値が変わってもコンパイル不要．
入力サイズに制限がない．
実行時に毎回入力が必要．
• ただしシェルのリダイレクション機能を使えば省力化できる．
入力の値の型は原則として文字または文字列．
ファイルをアクセスする．




最も洗練された手法．
標準入力の特長を受け継ぐ．
ファイルの内容を変えなければ，同じ入力が得られる．
プログラムは複雑になる．
30
入力方法の比較
洗練
柔軟
コマンドライン引数
ファイルアクセス
標準入力
静的
動的
（main関数実行前に
入力値が決まる）
埋め込み
（実行中に入力値を
与える）
原始的
固定
31
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．
ファイル操作により，プログラムの外から情報を受け取ったり，
情報を保存したりすることができる．
32
スケジュール

第１３回：１月２６日（金）



（１月３１日（水）は金曜日の授業日だが，授業はしない）
第１４回：２月２日（金）


ファイル入出力（続き），標準入出力，mallocなど
おさらい問題を実施
試験：２月９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
33

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