情報処理Ⅱ ２００８年１月２１日（月）.

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1 情報処理Ⅱ ２００８年１月２１日（月）

2 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？

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． 入p.115 リp.15

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，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

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 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

6 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

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． 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

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．

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． リpp , p.10, p.57

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（/* */）を書くと，前処理時に空白文字に置き換えられる． リpp

14 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

15 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

16 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」

17 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

18 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

19 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

20 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．

21 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"

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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．

29 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．

30 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．

31 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