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情報処理Ⅱ 2008年1月21日(月)
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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?
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前処理とコンパイル(1) 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.
ソースファイル (前処理前) ソースファイル (前処理後) 前処理 コンパイル アセンブル オブジェクト ファイル 実行ファイル リンク 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. 入p.115 リp.15
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前処理とコンパイル(2) 前処理は, 前処理のコマンド(プリプロセッサ,前処理系)は,cpp
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,前処理系)は,cpp Cの前処理以外にも使用可能 入p.113 リp.380
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前処理指令 (Preprocessing directive)
「プリプロセッサ 指令」ともいう マクロ定義(#define) 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3日その2参照 条件付きコンパイル(条件付き取り込みともいう.#if ... #endif など) 「マクロとは」の説明は, による. リp.380
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要素数は,コンパイル時に評価可能な定数式なので,問題なし
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. 要素数は,コンパイル時に評価可能な定数式なので,問題なし 列挙型のほうがいいかも リpp
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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.
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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.
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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. リpp
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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, 置換内容には,全体と各引数にカッコをつける. 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.
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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 ことはできない. 「文字列リテラルの連結」により,これは printf("a+1 = %d\n", a+1); と同じとなる. リpp , p.10, p.57
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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 マクロ…「機能」を簡便に表現したいとき
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.
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# define pint( x ) printf ( #x " = %d\n" , x )
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(/* */)を書くと,前処理時に空白文字に置き換えられる. リpp
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サイコロ問題 仕様 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ 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. ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ allspot.c
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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. リpp , p.118
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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
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」
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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
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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. リpp
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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は入れ子にできる. 条件付きコンパイル 参考: Cのif文 #if 条件式1 … #elif 条件式2 #else #endif if (条件式1) { … } else if (条件式2) { } else { } リpp
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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. 「インクルードガード」と呼ばれる.
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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? ファイルの各行を逆順に出力できる?
"wakayama\n" ⇒ "amayakaw\n"
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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. バイト列とは?
(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'(ナル文字,ヌル文字)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. 入p.188 リp.455
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実行回数管理プログラム 仕様 考え方 ./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.
入pp count.c
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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. FILE オブジェクト fp
stdio.h で定義されているFILE型のポインタ. 例: FILE *fp; FILE オブジェクト fp リp.457
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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. リpp , p.462
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ファイル操作のライブラリ関数(2) int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
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. int fgetc(FILE *stream); 1バイト読み出して,その値を返す. リpp , p.462, p.461
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ファイル操作のライブラリ関数(3) int fprintf(FILE *stream, 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). リpp , pp
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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.
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ファイルから整数値を得る方法 fscanfで整数値を獲得する fgetsで1行読み出して配列に格納し,atoiで文字列を整数値に変換する
fgetsで1行読み出して配列に格納し,sscanfで文字列から整数値を獲得する fgetcで1文字ずつ読み出し,整数値を構成する 「非負整数値を一つ読み出す」なら,どれでもよい 実用上の観点(入力情報が変わってもコードを書きやすい)でおすすめは,「fgets+sscanf」と「fgetc (ただし関数にする)」. 各手法のデメリット: fscanf…入力がフォーマット(第2引数で与える文字列)に合っていないとき,読み飛ばせない. fgets+atoi…1行の情報を格納する配列領域が必要になる.1行から獲得したい情報が複数あるとき,処理が難しい. fgets+sscanf…1行の情報を格納する配列領域が必要になる.入力が空白文字(' 'でも'\n'でもよい)で区切られていて一つ一つ読み出すとき,処理が複雑になる. fgetc…1文字を読み出す変数が必要になる.バイト列から整数への変換を自前で作ることになり,バグが入りやすい.
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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.
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スケジュール 第13回:1月28日(月) 第14回:1月30日(水) 試験:2月?日(?)
ファイル入出力(続き),標準入出力,mallocなど 第14回:1月30日(水) おさらい問題 試験:2月?日(?) 自筆ノート1冊の参照を認める 教科書・書籍,印刷資料等は参照不可
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