情報処理II

情報処理Ⅱ
第１３回
2004年01月25日（火）
本日学ぶこと

入力のとり方
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
入力のとり方

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を用いる．
getcharやfgetsなどを用いる．
ファイルをアクセスする．

入力
出力
fopenやfreadなどを用いる．
実行
プログラム
3
入力のとり方：得失（１）

プログラム内に書き込む（埋め込む）．





ハードコーティングとも呼ばれる．
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．
4
入力のとり方：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．
5
入力のとり方：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
6
ファイルとは

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：オブジェクトは，auto変数，static変数，ヒープ領域の
変数のいずれも，プログラム終了時には破棄される．
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
char配列．ただし，文字列ではない．
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．
UNIXでは，すべての入出力はファイルを読み書きすることに
よって行われる．キーボードや画像でさえも，ファイルシステ
ム上のファイルである．（『プログラミング言語C』一部改変）
7
標準入出力関数

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「ファイル構造体」のポインタ．
型はFILE *
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．
fgetc : １文字読み出す．
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）．
8
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文字ずつ読み出す．
「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．
9
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
c = ???
'a'
ファイルabc
'a'
'b'
'c' '\n'
FILE
構造体
'\0'がない点に注意
（文字列ではないから）
10
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
構造体
c = EOF
???
'\n'
11
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
ナル
文字
12
EOF（２）

文字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．
読み出してEOFが来たら，そこでおしまいにする．
文字列単位で読み書きするとき

char配列またはchar*型を使用する．
13
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
14
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'
標準出力
実行コマンド
入力（エコーバック）
出力
15
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．
16
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)出力する．
文字列sと改行文字を標準出力に出力する．
int printf(const char *format, ...);

formatに従って標準出力に出力する．
17
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(ことが多い)．

例: #define getchar() getc(stdin)
18
行番号問題２

仕様


標準入力をそのまま標準出力に出力していく．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．
19
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．
20
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
21
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．
22
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（文字配列）」と「行ごとの文
字列（文字列配列）」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．
• 「より大きな領域が必要」かどうかを知るために，確保した
領域サイズを保存する変数（int型）を別途用意する．
23
後始末

ファイルの読み書きを終えたら，fcloseを用いる．




「fopen/fclose」と覚える．
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」と覚える．
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）．
24
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．
25
今後の日程

２月１日：おさらい問題



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，５５分おさらい問題，３０分解説
２月８日：試験


７５点満点
自筆ノート１冊と，Ｃ言語の教科書１冊のみ持込可
26

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