情報処理II

情報処理Ⅱ
２００６年１２月１５日（金）
前回の補足１

ライブラリ関数の分類




標準ライブラリ関数（標準関数，ANSI準拠の関数）
• この科目で使用するのは，この範囲だけ
POSIX準拠の関数
• 情報ネットワーク演習で使用する
その他（サードパーティライブラリ）
• OpenGL（ビジュアル情報演習で使用する）
関数・定数・独自型などをまとめて，他のプログラムから利用
できるよう部品化したものを「ライブラリ」という．
ANSI: American National Standard Institute
POSIX: Portable Operating System Interface for UNIX
2
前回の補足２


複雑な式も，木構造（構文木）
で表現できる．
コンパイラは，ソースコード（文
字列）をこの種の木構造で表
現し，それから計算機が実行
できるコード（オブジェクトコー
ド）に変換する．処理の中で，
再帰呼び出しが用いられるこ
とがある．
「s != NULL && *s != '\0'」の
構文木
&&
!=
s
!=
NULL
*
'\0'
s
3
授業の進め方
構造体
プリプロセッサ
指令
その他の型
ライブラリ関数
自分の思う通りに，適切な形で，プ
ログラムとして表現する．
識別子
算術型
制御文
演算子
２年以降で
さらに学習・習熟
ファイル入出力
配列・文字列
ポインタ
関数
変数の
有効範囲
再帰呼び出し
プログラムの作成・
コンパイル・実行
4
本日学ぶこと

いくつかの型




なぜ「型」にこだわるか？



typedef
列挙型(enum型)
構造体
プログラムを書きやすく
読みやすくする…定性的
なメリット
実行時のコスト（メモリ使用量な
ど）を見積もることができ，そこか
らプログラムの改善が期待できる
…定量的なメリット
処理対象のデータを効果的・効率的に取り扱える
既存の機能をもとに，便利な機能を創れる
以下を読む上での注意


この色とこの色は型名を表す．
この色は変数名を表す．
5
typedef


独自に型(type)を定義(define)できる．
例





typedef signed char schar;
schar c; ⇒ signed char c; と同じ
typedef unsigned char uchar;
uchar c, *p; ⇒ unsigned char c, *p; と同じ
typedef char *String;
String s, t; ⇒ char *s, *t; と同じ
typedef char c5[5];
c5 x, y, z; ⇒ char x[5], y[5], z[5]; と同じ
構造体の型名定義によく用いられる．
6
typedefの考え方

変数の定義


char c5[5]; は，変数c5を定義し，その型はchar [5]型
とする．
型の定義

typedef char c5[5]; は，c5型を定義し，その型は
char [5]型と同一とみなす．
7
列挙型(enumeration)とは

「ラベル」を格納・参照・比較したいときに使う．



変数に格納される具体的な値には関心がない．
実際には，ラベルに整数値が割り当てられる．これを積極的に
活用することもある．
構文： enum タグ名 { 列挙子並び };


「enum タグ名」型が定義される．
列挙子は「,」で区切る．
8
列挙型の使用例

例

0
1
enum Boolean {FALSE, TRUE};
enum Boolean p = TRUE, q = FALSE, r = p||q;
13

enum month {
Jan = 1, Feb, Mar, ..., Dec, MONTH_END
} mloop;
型と変数を同時に定義
int rain[100][MONTH_END];
for (mloop = Jan; mloop < MONTH_END;
mloop++) {
rain[6][mloop] = ...;
}
年月単位の降水量を格納する
9
汎整数型


整数型(char，int，long など)と列挙型を合わせて，
汎整数型(integral type)という．
列挙型は，計算時にはint型とみなされる．

ただし，利用は代入，比較，範囲内の増分・減分にとどめておく．
10
構造体(structure)


複数のオブジェクトを取りまとめて一つのオブジェクトとして
扱うための機構
構造体で表現するとよいもの
(x,y)





（2次元，3次元などの）座標上の点
複素数
行列（行数と列数と各成分）
所持金
学生情報
500
100
100
100
50
10
学生番号：0001
氏名：あいうえお
情処Ⅰの点数：80
情処Ⅱの点数：75
修得単位数： 52
11
構造体の構文と定義の例（１）

構文： struct タグ名 { メンバ宣言子並び };


「struct タグ名」型が定義される．
例

struct point {
この x と y を，
double x;
point構造体の
double y;
メンバという．
};
struct point p = {1, -1};

セミコロンを忘れない
ように
p:
x=1
y = -1
配列と同じ書式で
初期化可能
12
構造体の定義の例（２）

構造体宣言と変数定義を一つの文で


struct point {
double x;
double y;
} p;
構造体宣言と型定義を一つの文で

typedef struct point {
double x, y;
} point;
point p;
struct point型と
point型が定義される
13
構造体の定義の例（３）

無名構造体


struct {
double x;
double y;
} p;
typedef struct {
double x, y;
} point;
point p;
14
構造体の定義の例（４）

行列（行数，列数とも10まで）

struct matrix {
int row, column;
double element[10][10];
};
•
•


row
column
element
…
行列（成分はポインタ）

struct matrix {
int row, column;
double **element;
};
row
•
column
•

element
15
構造体の定義の例（５）

自己参照構造体

struct node {
graph
int value;
struct node *next;
value = 1
};
next
struct node graph[100];
graph[0].value = 1;
graph[0].next = graph + 1;
graph[1].value = 99;
graph[1].next = NULL;
•
•




value = 99
…
next = NULL
16
構造体の参照と代入（１）

前提


struct point {
double x, y;
};
struct point p, *pp = &p;
メンバへのアクセス方法


p:
pp
x
y
× *pp.x
構造体オブジェクトpのメンバxは p.x と書いて
参照・代入ができる．
構造体オブジェクトのポインタppについては，(*pp).x もしく
は pp->x と書けばよい．
• . と -> は演算子であり，最上位の優先順位を持つ．
17
構造体の参照と代入（２）

構造体オブジェクトの代入




struct matrix a, b; （aを初期化） b = a; とすると，
bにはaのコピーが格納される．
構造体の中に配列があっても，コピーされる．
構造体の中のポインタは，ポインタ値がコピーされる．
構造体渡し


関数の引数や戻り値の授受でも，構造体オブジェクトが代入
（コピー）される．
しかし，構造体はしばしばポインタで渡される（参照渡し）．
• 関数処理で，構造体オブジェクトの中の値を変えたいとき
• 大きなサイズの構造体オブジェクトをスタックに置きたくない
とき
18
両替問題の仕様（１）


両替機の両替部分をシミュレート（模擬）する．
入金に対して，どの紙幣・貨幣を何枚出せばいいかを出力す
る．


「崩す」（一万円札を千円札１０枚にするなど）のは考えない．
金額に関する情報



一万円，五千円，千円の各紙幣(bill)の枚数
５００円，１００円，５０円，１０円，５円，１円の各硬貨(coin)の
枚数
合計金額(amount) ⇒ 構造体のメンバ？
100
100
100
100
50
10 10 10
5 5 5 5
500
19
両替問題の考え方

知りたい情報，行いたい操作



紙幣・貨幣がそれぞれ何枚ある（入金された，出金しないとい
けない）かを知る
合計金額を求める
両替する
• 両替前の「紙幣・貨幣の枚数の情報」に対して，
両替後の「紙幣・貨幣の枚数の情報」を求める
20
両替問題のプログラミング（１）

金銭構造体

struct money {
int bill_10000, bill_5000, bill_1000;
int coin_500, coin_100, coin_50, coin_10,
coin_5, coin_1;
};
•
•

21
両替問題のプログラミング（２）

定義した関数



void print_money(struct money *moneyp);
• 枚数と総額を出力する
• 構造体のポインタを引数にとる
int calc_amount(struct money *moneyp);
• 総額を求める
• 構造体のポインタを引数にとる
struct money change_money(struct
money money_in);
• 両替する
• 構造体オブジェクトを引数にとり，構造体オブジェクトを返す
22
その他の話題





構造体と配列の使い分け
sizeof(構造体)
構造体とプログラミング
してはいけないこと
独自の型はどこで定義する？
23
構造体と配列の使い分け

配列




構造体



同一の型の集まり
各要素に番号がついている
ループなどを使って順番に処理する
様々な型の集まり（ただし，同一の型の集まりでもよい）
各要素に付けられた名前を使ってアクセスする
「配列を含む構造体」や「構造体の配列」もよく利用される．
24
sizeof(構造体)

sizeof(構造体) は，構造体の各メンバのサイズの合計
以上になる．

構造体オブジェクトの中で使用されない領域もあり得る．「パ
ディング」という．
s:
c
struct s {
char c;
int i;
};
パディング
i
sizeof(char) == 1
sizeof(int) == 4
でも sizeof(struct s) != 5
25
構造体とプログラミング

さまざまな種類の情報を持つ「実体」を一つのオブジェクトと
して処理したいとき，


まず，「何に処理をしたいか？」を考える．
• そのオブジェクトの型を構造体で定義する．
• 座標上の点，学生情報，ノード（節点），など．
次に，「何の処理をしたいか？」を考える．
• 構造体を引数にとって処理する関数を定義する．
• 引数・戻り値ともに，型は構造体そのものにすべきか，
構造体のポインタにすべきか，そのつど検討する．
26
してはいけないこと

× 関数内のauto変数を指し示すポインタを，戻り値とする．



struct money *create_money(void)
{
struct pocket money = {
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
};
return &money;
}
コンパイルエラーにはならないが，実行時に支障をきたす．
関数処理が終わると，moneyの領域が破棄される
⇒ *(&money)が不定！
27
独自の型はどこで定義する？

一般には，グローバル区間で定義し，複数の関数間で利用
できるようにする．


#include文の後，関数プロトタイプの前に書く．
ブロックの中で定義してもよい．

有効範囲は，そのブロックの終わりまで．
28
まとめ



独自の型（typedef，列挙型，構造体）を定義することで，
変数に持たせる意味がより明確になる．
構造体により，複数のデータからなる「システム」を創ること
ができる．
構造体を対象とする関数を定義するとき，（引数・戻り値の）
型は構造体そのものにすべきか，構造体のポインタにすべ
きか，そのつど検討する．
29
予告

次回授業終了後すぐ，授業Webページにて，第２回レポート
課題を掲示します．
30

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