情報処理II

情報処理Ⅱ
第１２回
2005年01月18日（火）
本日学ぶこと

前処理指令
関数プロトタイプ
ライブラリ関数の活用

関数は





すでにあるものを使うか？
関数として定義するか？
関数形式マクロとして定義するか？
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( ) といった「語の一部」や，
printf("WORD_SIZE"); といった文字列定数は，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．
同一内容であれば，同じ名前のマクロを複数定義してもよい．
（異なっていればコンパイルエラー．）
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
内容の引数と，置換内容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
「文字列リテラルの連結」に
引数にとってその文字列を得る
より，これは
ことはできない．
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

関数プロトタイプ，構造体や特殊な型，定数などが宣言・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
関数プロトタイプ
(Function prototype)

構文: 型名関数名(引数の型の並び);




「関数原型」
ともいう
セミコロンを忘れずに
「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，グローバル区間に記述する．
例: int swapcase(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．
• ただし，関数プロトタイプは，関数定義の前に書くこと．
関数の入出力が明確になる．
18
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/)
19
英字大小変換プログラム（１）

仕様


例




コマンドライン引数の各語の英字の大小を変換する．
./upcase Wakayama Univ.
WAKAYAMA UNIV.
./downcase Wakayama Univ.
wakayama univ.
./swapcase Wakayama Univ.
wAKAYAMA uNIV.
一つのプログラムファイル(upcase.c)から，３つの実行
ファイル(upcase,downcase,swapcase)を作る．
20
英字大小変換プログラム（２）

１文字ごとの変換




ライブラリ関数を使用する．
• 大→小: tolower
• 小→大: toupper
これらは自作しようと
思わないこと
関数形式マクロを用いてupcaseとdowncaseも定義しておく．
swapcaseは関数で定義するのが自然．
文字列ごとの変換

main関数の中で，２重ループにより処理する．
• 外側のforは，コマンドライン引数を順番に見る．
• 内側のwhileは，文字列を1文字ずつ見る．
21
英字大小変換プログラム（３）

「ひとつのプログラムファイルから，３つの実行ファイルを作
る」方法




make upcase
ln -s upcase downcase
ln -s upcase swapcase
ファイルdowncaseが作ら
れ，これはファイルupcase
のシンボリックリンクとなる．
コマンド名に特定の文字列が含まれていれば，upcase関数
に代えて，downcaseまたはswapcaseの関数を呼び出す．


コマンド名は，argv[0]．
文字列が含まれているかのチェックには，ライブラリ関数の
strstrを用いる．ここではhas_string関数を（関数形式マ
クロで）定義している．
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) … ２つの文字列を比較
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



前処理指令と関数プロトタイプをうまく使えば，人間にとって
読みやすいプログラムを書くことができる．
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．
前処理は，コンパイルの前に行われる．そのため書式はCの
文法と異なる．
25
次に学ぶこと：ファイル処理（１）

UNIXの中での「ファイル」


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）
Cプログラミングの中での「ファイル」

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破棄される．
• 「ストリーム」を介して，バイト列として読み書き可能．
26
次に学ぶこと：ファイル処理（２）

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？
27

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