情報処理Ⅱ 第８回 2004 年 11 月 30 日（火）

2 本日学ぶこと 関数と変数 目的  関数を自分で定義し，変数の利用方法・範囲を明示的に制 限することで，適切な機能分割（モジュール化，再利用） を図る． してはいけないこと  main 関数のみで 100 行以上のプログラム  グローバル変数を駆使するプログラム 問題  シーザー暗号ができるか？ ABCDEF...WXYZ の各文字を DEFGHI...ZABC に変換する． Wagahai Zdjdkdl

3 関数 (Function) 関数の分類  自作関数 : 自分で定義する．⇒ 本日のテーマ  ライブラリ関数 : 出来合いのもの． printf など． なぜ関数を定義するのか？  処理を共通化（一般化）する  プログラムの見通しをよくする  main 関数がないとプログラムは動かない

4 関数定義の方法 型名 関数名 ( 引数並び ) { 文...} 構文 : 型名 関数名 ( 引数並び ) { 文...}  型名は，関数の戻り値の型．値を返さないときは， void と書く．  引数並びは， 0 個以上の「型名 変数名」をカンマで挟ん だもの．引数がないときは，何も書かないか， void と書 く． double myatof(const char *str0) {…}  例 : double myatof(const char *str0) {…} void procedure(int x, int y) {…}  例 : void procedure(int x, int y) {…} 一括の変数宣言と異な り，この int は省略でき ない．

5 関数の呼び出し double succ(double x) {return x+1;} 関数定義の例： double succ(double x) {return x+1;} b=succ(a); 関数呼び出しの例： b=succ(a);  x を関数 succ の仮引数 (formal argument) ， a を関数呼び出しの 実引数 (actual argument) と言う．これらを区別する 必要のないときは，ともに引数 (argument) という．  x = a; の代入を行ってから，関数本文の処理に入る． 関数の処理が終われば，変数 x( のオブジェクト ) は消滅す る．  x = succ(x); と書いてもよい．このとき，仮引数の x と，実引数の x は，別のオブジェクトである． 変数 a の値を引数として，関 数 succ を呼び出し，その戻 り値を，変数 b に格納する．

6 return return 値 ; 関数処理中に return 値 ; があれば，そこで関数の処 理を終え，値を戻り値 (return value) とする．  値の前後にカッコは不要． return;  戻り値の型が void なら， return; と書ける．

7 引数の授受 C の関数呼び出しでは必ず値渡し (call by value) に なる． コピー  値渡し : 実引数のコピーが仮引数に格納される．その後， 仮引数の値を変更しても，実引数の値には影響しない． 参照渡し (call by reference) をしたければ，ポイ ンタ値を引数とすればよい． 別名  参照渡し : 仮引数は，実引数の別名となる．その後，仮 引数の値を変更すれば，実引数の値もそれに変わる． C ではこの意味での参照渡しをすることができない．

8 関数定義の順番 呼び出す関数は，呼び出す前に ( プログラムファイルの 上のほうで ) 宣言されていなければならない． int 関数名 (); 宣言や定義がない場合は， int 関数名 (); とみなして 呼び出しを試みる． 対策  呼び出す順序に注意して関数を並べる．  関数プロトタイプを使用する．

9 main 関数の型 main 関数の ( 戻り値の ) 型は， int とする．  void main とする本も多いが，規格上適切ではない． return 0; return 1; 正常終了は return 0; と書き， 異常終了は return 1; と書くのが一般的．

10 変数 (Variable) ・識別子・オブジェクト 識別子 (Identifier): 変数名，関数名，型定義名な どの「名前」 オブジェクト (Object) と識別子の違い  識別子は，プログラムファイル ( 静的 ) で記述される「ラ ベル」  オブジェクトは，プログラム実行中 ( 動的 ) に生成される 「実体」  同一の識別子に対して複数のオブジェクトが生成されるこ ともある．

11 グローバル変数とローカル変数 各変数は，定義された位置によって，有効範囲 (scope) を持つ．  グローバル変数 あらゆるブロックの外で定義された変数． 有効範囲はファイル末尾まで．  ローカル変数 ブロックの中で定義された変数． 有効範囲はブロック終了まで．  グローバル - global - 大域的 - あらゆるブロックの外  ローカル - local - 局所的 - あるブロックの中 ブロックの中とは， { と } で 挟まれた領域のこと

12 識別子の宣言に関するルール グローバルに同一の識別子を複数宣言できない． 一つのブロック内に，同一の識別子を複数宣言できない． 関数はブロック内で定義できない．必ずグローバル区間 での定義となる． ブロック内に変数を定義するときは，それより外にある 同一の識別子と重複してもよい．  ブロック内では，外にある同一の識別子は使用できない．  モジュール化に関して有用なルール．

13 型の属性 記憶域クラス  extern, static, auto, register 型修飾子  const, volatile extern void function1(const char *); int x(void) {static int c=0;...} 例 :extern void function1(const char *); int x(void) {static int c=0;...}

14 プログラムが複数のソースファイ ルで構成されることがある．大規 模プログラミングでは当たり前だ が，本授業では実例を出さない． 記憶域クラス（１） auto auto: そのオブジェクトの生存期間は自動記憶域期間 である．  積極的に auto を書くことはない． static static: そのオブジェクトの生存期間は静的記憶域期 間である．  必要なときに使う． extern extern: 他の場所で宣言された識別子を使用する．  分割コンパイルで不可欠．  extern と static は，関数に 対しても指定できる．ただし static の意味は異なる．

15 記憶域クラス（２） 静的記憶域期間 （ static 変数）  static を指定した場合や，グローバル変数が該当する．  プログラムの実行に先立ち，オブジェクトが生成され，初期値 が設定される．プログラム終了まで破棄されない．  初期値を指定しないオブジェクトには 0 が代入される．  初期値は，コンパイル時に計算可能な定数式でなければならな い． 自動記憶域期間 （ auto 変数）  auto を指定した場合や， static や extern の指定なくブロック 内で定義した変数と，関数の仮引数が該当する．  宣言文を実行するたびに，オブジェクトが生成され，初期値が あれば毎回初期化される．ブロックを終えると，破棄される．  初期値を指定しないオブジェクトの初期値は不定．  初期値は任意の計算式でよい．

16 有効範囲？記憶域クラス？ ここで問題  グローバルな static 変数は，定義《 できる ∥ できな い 》．  グローバルな auto 変数は，定義《 できる ∥ できな い 》．  ローカルな static 変数は，定義《 できる ∥ できな い 》．  ローカルな auto 変数は，定義《 できる ∥ できない 》． ローカルな static 変数の用途  ブロック内で情報を保存しておき，あとでまた実行すると きに利用する．  動的に確保することなく，配列領域を戻り値とする．  auto 変数では扱いきれない大容量オブジェクト (100 万個 の int 配列など ) を取り扱う．

17 変数の有効範囲の補足 破棄されるまでは，ブロックの外からでも ( ポインタな どで間接的に ) オブジェクトの参照や値の書き換えがで きる． ⇒ ポインタによる参照渡しが可能となる． 関数内の auto 変数に対応するオブジェクトは，関数処 理が行われるたびに生成される． ⇒ 再帰関数が構成できる．

18 型修飾子 const const: その識別子の値はプログラムによって変更でき ない．参照は可能． volatile volatile: 処理系が知らないうちに値を変える可能性 がある．参照は可能． const の使用例 :  char *strcpy(char *dest, const char *src); *dest は 関数内実行中 左辺値にできる *src は 関数内実行中 左辺値にできない dest, src ともに 関数内実行中 左辺値にできる

19 暗号化問題 仕様  入力文にあるすべての 'A' を α ，すべての 'B' を β ， … に置 き換えて出力する．（単一換字暗号という．）  文字は， char 型の任意の値とする．ただし '\0' を除く （ '\0' は必ず '\0' に置き換える，と考えてもよい）．  どの文字をどの文字に置き換えるかは，プログラムの中で 指定する．  簡単な操作で，復号できるようにする． Wagahai Ha Nekodearu Zdjdkdl Kd Qhnrghdux 暗号化復号

20 暗号化問題 （まずい）方針  'A' を α ， 'B' を β ， … に置き換えるのを switch ～ case で行う． プログラムが無駄に長くなる． 柔軟性に欠ける． char encrypt_word(char c) { switch (c) { case 'A': return 'D'; case 'B': return 'E';... }

21 暗号化問題 方針  暗号化のための変換テーブルを，配列で保持する． char encrypt_table[256];char encrypt_table[256]; 'D' encrypt_ table 'E'… +0 'F''G'… +1 +'A' +'B' +'C' +'D'+255 encrypt_table['A'] の値

22 暗号化問題 方針（続き）  暗号化は，写像を用いる． a = 'A';b = encrypt_table[a];a = 'A'; のとき， b = encrypt_table[a]; で b の値が 'D' となるようにするには，あらかじめ encrypt_table['A'] の値を 'D' としておけばよい．  復号のためのテーブルは，逆写像を用いて求める． char decrypt_table[256];char decrypt_table[256]; decrypt_table[encrypt_table['A']] = 'A';decrypt_table[encrypt_table['A']] = 'A'; g が f の逆写像 であるとは， g(f(x))=x

23 暗号化問題 方針（続き）  定義する関数 文字列形式の変換テーブルを，配列に変換する． 復号のためのテーブルの値を設定する． 変換テーブルを恒等写像にする（変換のリセット）． 変換テーブルを用いて，文字列を暗号化もしくは復号 する．  暗号化と復号はどう区別する？./encrypt Wakagai Ha Nekodearu./encrypt Wakagai Ha Nekodearu./encrypt -d Zdjdkdl Kd Qhnrghdux./encrypt -d Zdjdkdl Kd Qhnrghdux f が恒等写像 であるとは， f(x)=x 「コマンドラインオプ ション」と呼ばれる

24 まとめ 関数を自分で定義することができる．関数を呼び出すと き，引数は値渡しで授受される． 変数には，型とは別の属性として，記憶域クラスと型修 飾子を指定できる． static 変数と auto 変数とでは，大 きく挙動が異なる． 「変数の定義」と「オブジェクトの生成」は別． オブジェクトの生成・破棄のタイミングに注意する．