情報処理Ⅱ ２００６年１月１３日（金）.

Presentation on theme: "情報処理Ⅱ ２００６年１月１３日（金）."— Presentation transcript:

1 情報処理Ⅱ ２００６年１月１３日（金）

2 本日学ぶこと 前処理指令 マクロ ライブラリ関数の活用 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 ２０面のサイコロだったら？ ５０００だったら？

3 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．

4 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）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）は，cpp Cの前処理以外にも使用可能

5 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 ソースファイルの取り込み(#include) 条件付きコンパイル(#if ... #endif など)

6 オブジェクト形式マクロ（１） 語の置き換えを行う． 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．
#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． 列挙型のほうがいいかも

7 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．

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 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． 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．

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) 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 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， 置換対象の引数と，評価式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)) に対してb=triple(++a); と書くと，b=((++a)+(++a)+(++a)); となる．

11 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．

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 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．

13 # 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（/* */ 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．

14 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，前処理時に行われる．

15 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 { }

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

17 ヘッダファイル 定数，構造体や特殊な型，関数プロトタイプや関数形式マクロなどが宣言・定義されているファイル． 慣例として
#include <stdlib.h> 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 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 なら #include <stdio.h> NULL なら #include <stdlib.h> 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 (

19 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

20 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，適切な値の種を与えればよい．

21 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になればループから抜ける

22 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(1000*5)」のように使うことも可能

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

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

25 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． 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とともに，その使い方（引数，出力も）をよく理解しておく．

26 スケジュール 第１３回：１月２０日（金） １３：１０～１４：４０ 第１４回：１月２３日（月） １４：５０～１６：２０ Ａ１０４
第１３回：１月２０日（金）　１３：１０～１４：４０ ファイル入出力，標準入出力，mallocなど 第１４回：１月２３日（月）　１４：５０～１６：２０　Ａ１０４ おさらい問題を実施 再履修で他の授業と重なっている人は，そちらを優先し， 授業後に来てください． （１月２７日（金）は出張のため休講） 試験：２月３日（金）　１３：１０～１４：４０ Ｃの書籍１冊および自筆ノート１冊の持込可