情報処理Ⅱ 第１２回 2005 年 01 月 18 日（火）. 2 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？

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1 情報処理Ⅱ 第１２回 2005 年 01 月 18 日（火）

2 2 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？

3 3 前処理とコンパイル（１） ソースファイル （前処理前） ソースファイル （前処理後） オブジェクト ファイル 実行ファイル 前処理 リンク コンパイル アセンブル 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．

4 4 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

5 5 前処理指令 (Preprocessing directive) #define 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 #include ソースファイルの取り込み (#include) #if#endif 条件付きコンパイル (#if... #endif など ) 「プリプロセッサ 指令」ともいう

6 6 列挙型のほうがいいかも 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 int a[WORD_SIZE];int a[6];  #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．

7 7 オブジェクト形式マクロ（２） 注意点 #define WORD_SIZE 6+1  前提： #define WORD_SIZE 6+1  単純に置き換える． int a[WORD_SIZE * 2];int a[6+1 * 2]; #define WORD_SIZE (6+1)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( ) printf("WORD_SIZE");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．

8 8 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 typedef signed char schar;#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#define DEBUG  末尾にセミコロンをつけない． #define WORD_SIZE 6;#define WORD_SIZE 6; は（たいていの場合）間違 い．

9 9 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) pint(a+1);printf("%d\n", a+1);  #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．

10 10 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 z=mul(6+1,2); #define mul(x, y) ((x)*(y))#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)) b=triple(++a); b=((++a)+(++a)+(++a));#define triple(x) ((x)+(x)+(x)) に対して b=triple(++a); と書くと， b=((++a)+(++a)+(++a)); となる．

11 11 関数形式マクロ（３） # 引数 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) pint(a+1);printf("a+1" " = %d\n", a+1);  #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．

12 12 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 int square_int(int x) { return x * x; }  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 #define square_int(x) ((x) * (x))  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．

13 13 前処理指令と空白・コメント 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． # define pint( x ) printf ( #x " = %d\n", x )... 必須... 任意... 不可

14 14 条件付きコンパイル（１） #if 定数式 #endif #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．

15 15 条件付きコンパイル（２） #if 定数式 #ifdef 名前 #ifndef 名前 「 #if 定数式」に代えて，「 #ifdef 名前」や 「 #ifndef 名前」も利用可能． #else#elif 定数式 「 #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． if ( 条件式 1) { … } else if ( 条件式 2) { … } else { … } 参考 : C の if 文 #if 条件式 1 … #elif 条件式 2 … #else … #endif 条件付きコンパイル

16 16 他のファイルの取り込み #include #include  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 " #include " ファイル名 "  自作のファイルを取り込む．

17 17 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  #include 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．

18 18 関数プロトタイプ (Function prototype) 型名 関数名 ( 引数の型の並び ); 構文 : 型名 関数名 ( 引数の型の並び );  「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． int swapcase(int);  例 : int swapcase(int); 関数プロトタイプを用いることで， 順番を気にすることなく  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． セミコロンを忘れず に 「関数原型」 ともいう

19 19 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#include  printf なら #include  NULL#include  NULL なら #include 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/)

20 20 英字大小変換プログラム（１） 仕様  コマンドライン引数の各語の英字の大小を変換する． 例 ./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．

21 21 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． tolower 大 → 小 : tolower toupper 小 → 大 : toupper  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． これらは自作しよう と思わないこと

22 22 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 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． argv[0]  コマンド名は， argv[0] ． strstr  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． 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．

23 23 有用なライブラリ関数（１） #include #include を必要とするもの putchar  int putchar(int c) … 1 文字出力 #include #include を必要とするもの atoi  int atoi(char *s) … 文字列から整数値への変換 exit  void exit(int status) … プログラムの終了 rand  int rand(void) … 乱数生成 #include #include を必要とするもの strlen  size_t strlen(char *s) … 文字列の長さ strcmp  int strcmp(char *s1, char *s2) … ２つの文字列を比 較 strstr  char *strstr(char *s1, char *s2) … 文字列検索

24 24 有用なライブラリ関数（２） #include #include を必要とするもの isdigit  int isdigit(int c) … 文字が数字であるか判定 tolower  int tolower(int c) … 大文字を小文字に変換 toupper  int toupper(int c) … 小文字を大文字に変換 #include #include を必要とするもの exp  double exp(double x) … e の x 乗 floor  double floor(double x) … x 以下で最大の整数

25 25 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．

26 26 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．

27 27 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？