プログラミング論I

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Transcript プログラミング論I 

プログラミング論 I
講義，テスト
C言語復習
http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~ct13140/Prog
概要
• 講義，テスト
• C言語復習
2
講義について
3
プログラミング論I 概要
• 諸問題を数学とコンピュータを用いて解く
ためのアルゴリズムを学ぶ．
– プログラミング力を付ける
– アルゴリズムについて学ぶ
– 主に数学的問題を解く
– 使用する言語は C言語
4
プログラミング論Iと演習I
• 論Iで理論を学び，演習Iでそれを実践し
てみる．
• 両科目を併せて取ることをお勧めします．
5
教科書
• 必ず教科書を購入すること！
– 教科書なしでの学習は不可能．
– テストは許可書等持ち見込み可
新C言語入門 ビギナー編
林 晴比古 (著)
出版社: ソフトバンククリエイティブ
6
テスト
• プログラミング論I,II,プログラミング演
習I,IIの試験は「紙媒体のものは全て持
ち込み可」とします．
– C言語の教科書の購入を強く推奨します．
– 当然，授業,演習も教科書を持参し参照する
ことを強く推奨します．
– 試験は筆記試験のみです．
– 詳細は，Webページ参照
7
C言語復習
来週もこの資料を持参してください
8
C言語の基礎
C言語，ソースファイルの作成，コン
パイル，実行
9
C言語
• プログラムとは，“計算機を動かす手順を
記述したもの”．
– 計算機に命令を与えて動かすには“プログラ
ムを作成する”ことになる．
• C言語はプログラミング言語の1個
– 手続き型言語に分類される．
– C/C++ は非常に多くの場面で使われる言語
• C++はC言語をオブジェクト指向に拡張したもの
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C言語プログラミングの手順
• ソースファイルを作成し，コンパイルし，実
行．
“hello.c”
ソースファイル
source file
C言語
人間が記述する．
“hello.exe”
コンパイルする
compile
コンパイラ compiler
実行ファイル
executable exe
マシン語
通常人間に読めない
(Visual C++, gcc, bcc など)
・C言語では，ソースファイルを直接実行することができない．
ソースファイルをコンパイルして実行ファイルを作成し，実行ファイルを実行する．
・“ソースファイル” を “原始ファイル” と呼ぶこともある(ごくまれ).
・実行ファイルの拡張子はOSに依存する．Windows では “.exe” となる．
・厳密には，コンパイルとリンク(link)を行い実行ファイルを作る．
11
コンパイルとリンク
エディタ
コンパイラ
ソースファイル
“abc.c”
コンパイル
エディタ
コンパイラ
ソースファイル
“def.c”
コンパイル
オブジェクト
ファイル
“abc.o”
リンカ
オブジェクト
ファイル
“def.o”
リンク
実行ファイル
“xyz.exe”
標準ライブラリ
12
C言語のソースファイルの骨格
#include <stdio.h>
ヘッダ(header)ファイルの
読み込み．
先頭に必ず書く．
void main(){
void main(){
と
}
でプログラム本体を
挟む
ここにプログラムの本体を
記述する．
}
void main(){
と
}
でプログラム本体を
挟む
13
何も起きないプログラム
1
2
3
4
#include <stdio.h>
void main(){
}
半角で記述する．大文字と小文字は明確に区別される．
上記を入力し，実行する．
Error メッセージ，Warning(警告)メッセージ を確認する．
Errorは明確な誤りへのメッセージ
Warningは誤りではないが好ましくないことへのメッセージ
14
文字列を表示するプログラム
1
2
3
4
5
#include <stdio.h>
void main(){
printf("Hello, World!\n");
}
“Hello world!” と 表示するプログラム．
printf を 使えば，” ” で囲った文字列を表示できる．
“\n”は，改行を意味する．
printf(“Hello\nWorld!\n”);
として実行．動作を確認．
15
C言語の式と文
式
a
3 < a
10
3+4
a+4
”hello”
a++
a = 7
printf(”hello”)
文 (式文) は 式;
printf(”hello”);
a=3;
a++;
a;
正しいが，
通常あり得ない
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C言語の文 (関数の呼び出し)
printf("Hello, World!\n");
関数名
関数の引数
セミコロン
関数の引数は()で囲み，中に式を書く．
17
文字列を表示するプログラム
1
2
3
4
5
6
7
#include <stdio.h>
void main(){
printf("Hello,\n");
printf(“C lang.\n");
printf("World!\n");
}
上
か
ら
下
に
進
む
hello01.c
18
インデントとフリーフォーマット
#include <stdio.h>
void main(){
int i;
for(i=0; i<5; i++){
printf(”i=%d\n”, i);
}
}
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
void main(){
int i;
for(i=0; i<5; i++){
printf(”i=%d\n”, i);
}
}
void main(){
int i;
for(i=0; i<5; i++){
printf(”i=%d\n”, i);
}
}
↑対応関係がわかりづらい．
プログラム内の
空白，TAB文字，改行は
無視される．
よって，どのように
書いても問題ない．
当然，見やすく書くことが
好ましい．
↑対応関係が誤り．
#include <stdio.h>
void main(){ int i; for(i=0; i<5; i++){ printf(”i=%d\n”, i); }}
↑理解が困難．対応関係が分かりづらい．
19
コメント
1
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5
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9
10
11
#include <stdio.h>
/* と */ で挟まれた領域は，
コメントとして 無視される．
実行されない．
void main(){
/* print hello */
// print hello
printf("Hello,\n");
// から行末までの領域も，
コメントとして無視される．
実行されない．
/*
printf("World!\n");
*/
}
hello02.c
ただし，これはC++の機能であり
C言語の機能ではない．
(実際はほとんどのC言語のコンパ
イラにこの機能が付いている)
コメント部にはデタラメに書
いても問題ない．
正しいC言語の文も無視さ
れる．
20
数値計算を行う
変数，演算
21
演算結果の型
• X型とX型の演算結果はX型．
int a=7, b=2;
double d;
d = a + b;
d = a / b;
a + b は int型とint型の演算．
演算結果も int 型.
a+b は 9 (int型).
dには9.0 (double型)が入る．
a / b は int型とint型の演算．
演算結果も int 型.
a / b は 3 (int型).
dには 3.0 (double型)が格納される．
3.5 は格納されない．
22
演算結果の型
• X型とY型の演算結果はXorY型．
優先度の高い型が勝つ．
double > float > long > int > char の優先順
int a=7;
double d=2.0, e;
e = a / d;
a / b は int型とdouble型の演算．
double型が勝つので，
演算結果はdouble型.
7.0 / 2.0 と解釈され，
演算結果は 3.5 (double型)．
23
演算結果の型
double d;
d = 7 / 2;
d = 7 / 2.0;
d = 7.0 / 2;
d = 7.0 / 2.0;
/* intとintの演算．結果はintの 3 */
/* intとdoubleの演算．
結果はdoubleの3.5 */
/* doubleとintの演算．
結果はdoubleの3.5 */
/* doubleとdoubleの演算.
結果はdoubleの3.5 */
24
制御文
25
真偽
条件が成り立つ場合，その条件式は真であ
る．
例えば，
(3 < 4) は真 true
(3 == 4) は偽 false
26
比較演算子
a==b
a!=b
a<b
a<=b
a>b
a>=b
:
:
:
:
:
:
aとbが等しい
aとbが等しくない
bはaより大きい
bはa以上(大きいか等しい)
aはbより大きい
注意！
aはb以上
比較
代入
a==b
a=b
OK
NG
!=
<=
>=
=!
=<
=>
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論理演算子
条件 && 条件
論理積(and)：両方成り立つ場合に真
条件 || 条件
論理和(or)：少なくとも片方が成り立つ場合に真
!条件
否定(not)：条件が成り立たないときに真．
真偽が逆転される
28
条件分岐 if 文
if( 条件式X ){
プログラムA
}
if( 条件式X ){
プログラムA
} else {
プログラムB
}
式Xが真の場合(成り立つ場合)，
中身(プログラムA)が
実行される．
偽の場合(成り立たない場合)は
何も実行されない．
条件Xが真の場合
前半のプログラムAが
実行され，
偽の場合(成り立たない場合)
後半(else部)の
プログラムBが実行される
29
条件分岐 if 文
if( 条件式X ){
プログラムA
} else if( 条件式Y ){
プログラムB
} else if( 条件式Z ){
プログラムC
} else {
プログラムD
}
プログラムE
条件式Xが成り立つ場合，
プログラムAが実行され，
その後プログラムEに移る．
プログラムB，C，Dは全て“条件式Xのelse”の
中にあるため，たとえ条件式Yや条件式Zが成り立っ
ても実行されない．
条件式Xが偽の場合に限り，条件式Yが検証さ
れる．
条件式Xが偽で かつ 条件式Yが真 の場合，プ
ログラムBが実行され，プログラムEに移る．
プログラムC，Dは実行されない．
条件式Xが偽，条件式Yが偽，条件式Zが真の
場合，プログラムC，Eが実行される．
全てが偽の場合，プログラムD, Eが実行され
る．
30
条件分岐 if 文
1
2
3
4
5
6
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8
9
#include <stdio.h>
void main(){
int a=12;
if( a < 10 ){
printf("a < 10 (a = %d)\n", a);
} else {
printf("10 <= a (a = %d)\n", a);
}
}
31
条件分岐 if 文
1
2
3
4
5
6
7
8
9
#include <stdio.h>
void main(){
int a=8;
if( a < 10 ){
printf("a < 10 (a = %d)\n", a);
} else {
printf("10 <= a (a = %d)\n", a);
}
}
32
条件分岐 if 文
#include <stdio.h>
void main(){
int a=8;
if( a < 10 ){
printf("A\n");
}
printf("B\n");
}
実行結果
A
B
33
条件分岐 if 文
#include <stdio.h>
void main(){
int a=23;
if( 10 <= a ){
printf("A\n");
}
if( 20 <= a ){
printf("B\n");
}
if( 30 <= a ){
printf("C\n");
}
}
実行結果
A
B
34
条件分岐 if 文
#include <stdio.h>
void main(){
int a=8, b=8;
if( a < 10 ){
if( b < 10 ){
printf("A\n");
} else {
printf("B\n");
}
} else {
if( b < 7 ){
printf("C\n");
} else {
printf("D\n");
}
}
}
実行結果
A
35
条件分岐 if 文
#include <stdio.h>
void main(){
int a=12, b=8;
if( a < 10 ){
if( b < 10 ){
printf("A\n");
} else {
printf("B\n");
}
} else {
if( b < 7 ){
printf("C\n");
} else {
printf("D\n");
}
}
}
実行結果
D
36
おまけ
著しく読みづらいソースコード
#include <stdio.h>
void main(){
int a=12, b=8;
if( a < 10 ){
if( b < 10 ){
printf("A\n");
} else {
printf("B\n");
}
} else {
if( b < 7 ){
printf("C\n");
} else {
printf("D\n");
}
}
}
37
条件分岐 if 文
#include <stdio.h>
void main(){
int a=12, b=8;
if( a < 10 && b < 10 ){
printf("A\n");
} else {
printf("B\n");
}
}
実行結果
B
38
条件分岐 if 文
#include <stdio.h>
void main(){
int a=12, b=8;
if( a < 10 || b < 10 ){
printf("A\n");
} else {
printf("B\n");
}
}
実行結果
A
39
条件分岐 if 文
#include <stdio.h>
void main(){
int a=12, b=8;
if( ! (a<10||b<10) ){
printf("A\n");
} else {
printf("B\n");
}
}
実行結果
B
40
真偽
厳密には，C言語には条件や真や偽はない．
値(式分)が「0以外」なら真，「０」なら偽とみ
なす．
注意：NULL は「０」なので 偽 である．
if( 1+2 ){
プログラムA
} else {
プログラムB
}
「３」は真を意味する．
結果，プログラムAに入る
「０」は偽を意味する．
結果，プログラムBに入る
if( 4-4 ){
プログラムA
} else {
プログラムB
}
C言語になれるまでは，このような変な(?)表現は使わなくて良い． 41
繰り返し for 文
• 同じ処理を何度も繰り返すには for 文を使う．
int i;
for( i=0; i<5; i++){
処理A;
}
例
int i;
for(i=0; i<3; i++){
printf("Hello!\n");
}
int i;
for(i=0; i<7; i++){
printf("World!\n");
}
処理Aを
5 回繰り返す．
結果
結果
Hello!
Hello!
Hello!
World!
World!
World!
World!
World!
World!
World!
42
繰り返し for 文
int i;
for(i=0; i<3; i++){
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
}
i=0 として
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
i=1 として
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
i=2 として
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
(i=0; i<3; i++)
「i が 0 から 3未満の範囲で(2まで)，
繰り返す．i は1ずつ増える．」
という意味の 繰り返し．
i=0 → iが0から始まる．
i<3 → iが3未満である限り続ける
i++ → i は1ずつ増える
i が“0から3未満(2まで)”なので，
i =0, i =1, i=2 の3回繰り返す．
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
43
繰り返し for 文
int i;
for(i=10; i<13; i++){
printf(“i=%d\n“,i);
}
「i が 10 から始まり 13未満の範囲で
(12まで)，繰り返す．i は1ずつ増える．」
という意味の 繰り返し．
結局，i=10, i=11, i=12 の3回繰り返す．
int i;
for(i=0; i<6; i+=2){
printf(“i=%d\n“,i);
}
「i が 0 から始まり 6未満の範囲で，
繰り返す．i は2ずつ増える．」
という意味の 繰り返し．
結局，i=0, i=2, i=4 の3回繰り返す．
int i;
for(i=2; 0<=i; i--){
printf(“i=%d¥n“,i);
}
「i が 2 から始まり 0 以上の範囲で，
繰り返す．i は1ずつ減る．」
という意味の 繰り返し．
結局，i=2, i=1, i=0 の3回繰り返す．
44
繰り返し for 文
int i;
for(i=10; i<3; i++){
printf(“i=%d\n“,i);
}
「i が 10 から始まり，3未満の範囲で，
繰り返す．i は1ずつ増える．」
という意味の 繰り返し．
結局，(10<3が偽なので)1回も実行しな
い．
int i;
for(i=3; 0<=i; i++){
printf(“i=%d\n“,i);
}
「i が 10 から始まり，0以上の範囲で，
繰り返す．i は1ずつ増える．」
という意味の 繰り返し．
結局，無限に繰り返す．
int i;
for(i=0; ; i++){
printf(“i=%d¥n“,i);
}
「i が 0 から始まり，無条件で，
繰り返す．i は1ずつ増える．」
という意味の 繰り返し．
結局，無限に繰り返す．
45
繰り返し for 文
for( 式1; 式2; 式3 ){
プログラム
}
最初に式1を行う
式2が真である限り，
ブロックの中身を繰り返
す．
1回繰り返すたびに式3を
行う．
int i;
for (i=0; i<2; i++){
printf("i=%d\n");
}
iが0になる．
i<2 の真偽を調べる．真である(i=0)．
よって，forの中のブロックに入る．
printf()を実行．
ブロックが終わり，i++を行い，ブロックの
最初に戻る．
i<2 の真偽を調べる．真である(i=1)．
よって，forの中のブロックに入る．
printf()を実行．
ブロックが終わり，i++を行い，ブロックの
最初に戻る．
i<2 の真偽を調べる．偽である(i=2)．
よって，forを終了する．
46
繰り返し for 文
• 動作原理
int i;
for(i=0; i<3; i++){
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
}
printf("End\n");
i=0;
N
i<3?
Y
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
i++;
printf("End\n");
47
繰り返し for 文
• 動作原理
i=0;
i<3?
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
int i;
for(i=0; i<3; i++){
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
}
i++; /*i=1となる*/
i<3?
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
i++; /*i=2となる*/
i<3?
printf("Hello,\n");
printf("World!\n");
i++; /*i=3となる*/
終了
i<3?
48
繰り返し for 文
• for文の中にfor文
int i, j;
for(i=0; i<3; i++){
for(j=0; j<4; j++){
printf("Hello\n");
}
}
同義
int i, j;
for(i=0; i<3; i++){
printf("Hello\n");
printf("Hello\n");
printf("Hello\n");
printf("Hello\n");
}
黄：Helloと1回表示．
青：Helloと4回表示．黄色を4回繰り返す．
結果，4回×3回＝12回繰り返す．
49
繰り返し for 文
• for文の中にfor文
int i, j;
for(i=0; i<3; i++){
for(j=0; j<4; j++){
printf("i=%d,j=%d\n",i,j);
}
}
『printf() をj=0～3の4回繰り返す』をi=0～2の3回繰り返す．
結果，4回×3回＝12回繰り返す．
50
繰り返し while 文
while( 条件式X ){
プログラムA
}
条件Xが真である限り，
中身(プログラムA)を
繰り返し実行する．
毎回，条件式を評価してから，
プログラムを実行する．
int i=0;
while( i<2 ){
printf("i=%d\n");
i++;
}
iが0になる．
i<2 の真偽を調べる．真である(i=0)．
よって，whileの中のブロックに入る．
printf()を実行．
i++ により i が1になる．
ブロックが終わり，ブロックの最初に戻
る．
i<2 の真偽を調べる．真である(i=1)．
よって，whileの中のブロックに入る．
printf()を実行．
i++ により i が2になる．
ブロックが終わり，ブロックの最初に戻
る．
51
繰り返し do-while 文
do{
プログラムA
}while(条件式X );
条件Xが真である限り，
中身(プログラムA)を繰り返し実行する．
毎回，プログラムを実行してから，
条件式を評価する．
よって，最低でも1回は実行される．
int i=0;
do{
printf("i=%d\n");
i++;
} while( i<2 );
iが0になる．
printf()を実行．
i++ により i が1になる．
ブロックが終わり，i<2 の真偽を調べる．
真である(i=1)．
よって，再度，whileブロックの中を実行．
printf()を実行．
i++ により i が2になる．
ブロックが終わり，i<2 の真偽を調べる．
偽である(i=2)．
よって，再度，whileブロックの中を実行．
52
break による 繰り返しの中断
int i;
for(i=0; i<10; i++){
printf(“i=%d\n“,i);
if( i==3 ){
break;
}
} 繰り返し中断
実行結果
printf(“Fin!\n“,i);
i=0
i=1
i=2
i=3
Fin!
break; を実行すると，
繰り返しが中断される．
53
無限ループ
for(;;){
printf("Hello, World!\n");
}
while(1){
printf("Hello, World!\n");
}
for文で条件部を書かないと，
無条件で繰り返し．
無限ループとなる．
while文で条件部に1と書くと，
条件が必ず成立するので
無限ループとなる．
(1は真偽における“真”であるた
め．)
54
例
1, 4, 9, 16, 25, 36,…,100と出力
int i, x;
for(i=1; i<=10; i++){
x = i*i;
printf("%d\n", x);
}
55
配列
56
C言語：変数の宣言と利用
• 変数の宣言
“ i ”という名前の整数型変数を宣言．
以後 i を使用可能．
i は，整数を格納(記録)できる箱．
int i;
“ d ”という名前の
double d;
浮動小数点型変数を宣言．
i = 3;
変数 i に整数 3 を代入.
以後, i には 3 が入っている．
d = 5.7;
printf("i=%d, d=%lf\n", i, d);
プログラム
実行結果
i=3, d=5.700000
57
C言語：配列の宣言と使用
• 配列
int型が3個の配列．
data[0]～data[2]
が使用可能．
int data[3];
int i;
"0から始めて，3未満"
data[0] = 3;
でfor文を使うと
data[1] = 4;
やりやすい．
data[2] = 5;
for(i=0; i<3; i++){
printf("data[%d]", i);
printf("=%d\n", data[i]);
}
プログラム
data[0]=3
data[1]=4
data[2]=5
実行結果
58
C言語：2次元配列
int data[3][2];
int型が2×3=6個の配列．
int i, j;
data[0][0]～data[2][1]
data[0][0] = 3; data[0][1] = 4;
が使用可能．
data[1][0] = 5; data[1][1] = 6;
「長さ2個の配列」が3個．
data[2][0] = 7; data[2][1] = 8;
(長さ3の配列が2個でない)
for(i=0; i<3; i++){
for(j=0; j<2; j++){
data[0][0]=3
printf("data[%d][%d]", i, j);
data[0][1]=4
printf("=%d\n", data[i][j]);
}
data[1][0]=5
}
data[1][1]=6
プログラム
data[2][0]=7
data[2][1]=8
実行結果
59