演習

１）任意二つのunsigned int型数値の論理AND, OR, XORを求めなさい（P324）

/* a9-4-1.c */
#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
  unsigned a, b;

  printf("0 〜 %u の整数を2つ入力してください。¥n", UINT_MAX);
  printf("＞ ");
  scanf("%u", &a);
  printf("＞ ");
  scanf("%u", &b);

  printf("%u(%#x) AND %u(%#x) = %#x¥n",__,__,__,__,__);
  printf("%u(%#x) OR  %u(%#x) = %#x¥n",__,__,__,__,__);
  printf("%u(%#x) XOR %u(%#x) = %#x¥n",__,__,__,__,__);

  return 0;
}

２）任意unsigned int型数値のビットパターンを表示（P328）

/* a9-4-2.c */
#include <stdio.h>
#include <limits.h>

void show_bit(unsigned dt);

int main(void)
{
  unsigned a;

  printf("0 〜 %#x の16進数を入力してください。＞ ", UINT_MAX);
  scanf("%x", &a);

  show_bit(a);

  return 0;
}

/*** ビット表示関数 ***/
/*（仮引数）dt：表示データ */
void show_bit(unsigned dt)
{
    int i, len;

    len = sizeof(dt) * CHAR_BIT;
        
    printf("%#x ---> ", dt);
    for (i = len - 1; i >= 0; i--){
        putchar(( __ >> __ & 1U) ? '1' : '0' );
    }
    putchar('¥n');
}

演習解説

構造体の変数

構造体とは

構造体とは，「いろいろな種類の互いに関連するデータをまとめて， １つのかたまりにしたもの」である。 たとえば，「氏名，年齢，性別などのデータを一人分だけまとめたもの」 このようなものをいう。

　構造体を構成する要素を，構造体のメンバと呼ぶ。上の例では， 「名前」「性別」「年齢」「身長」「体重」などが，メンバにあたる。

構造体の宣言

構造体は，一つのデータ型であり，その型枠をまず始めに宣言する必要がある。 そして，その型枠を型とする変数を宣言する形で構造体の実体（オブジェクト）を宣言し， それを使用することができる。

構造体の型枠の宣言と，その型枠をもつ構造体変数の宣言は次のようになされる．

struct 構造体タグ名 {メンバの並び};   /* 型枠の宣言 */

struct 構造体タグ名 構造体変数名;     /* 構造体変数の宣言 */

例えば，次図のような人のデータをまとめた構造体の定義は下のようになる。

struct

 _person {           /* _person がタグ名 */
    char name[20];        /* 文字配列型のメンバ name */
    char sex;              /* 文字型メンバ sex */
    int age;               /* 整数型メンバ age */
    double height;         /* 倍精度実数型メンバ height */
    double weight;         /* 倍精度実数型メンバ weight */
};

struct

 _person p;      /* p という名前の struct _person 型変数を宣言 */

構造体の代入

一つの構造体変数の内容全部を 同じ型の別の構造体変数に， 通常の変数を代入するのと同じように，代入することができる．

    person_t p1 = {"Tom", 'M', 19, 175.2, 69.5};
    person_t p2;
    
    p2 = p1;

構造体の配列

構造体を並べた配列も扱える．その宣言定義は通常のようにすればよい．

#define PERSON_NUM 5

typedef struct {   
    char name[20];
    char sex; 
    int age;
    double height; 
    double weight; 
} person_t;

person_t p[PERSON_NUM]

;

これで，要素数がPERSON_NUM個（5個）の person_t 構造体型配列 p ができる．

たとえば，上の図で色のついてある p[3] の height メンバには， p[3].height でアクセスする．

サンプルプログラム２

#include <stdio.h>

#define PERSON_NUM 5

typedef struct {   
    char name[20];
    char sex; 
    int age;
    double height; 
    double weight; 
} person_t;

main()
{
    person_t p[PERSON_NUM] = {{"Bob",      'M', 19, 165.4, 72.5},
                              {"Alice",    'F', 19, 161.7, 44.2},
                              {"Tom",      'M', 20, 175.2, 66.3},
                              {"Stefany",  'F', 18, 159.3, 48.5},
                              {"Leonardo", 'M', 19, 172.8, 67.2}};
    int i;
    double height_sum, weight_sum, height_ave, weight_ave;                          
    
    height_sum = weight_sum = 0.0;
    for (i = 0; i < PERSON_NUM; i++) {
        height_sum += p[i].height;
        weight_sum += p[i].weight;
    }
    height_ave = height_sum / PERSON_NUM;
    weight_ave = weight_sum / PERSON_NUM;
    
    printf("average height = %fn", height_ave);
    printf("average weight = %fn", weight_ave);
    
    return 0;
}

構造体のいろいろな宣言の仕方

1. 構造体の型枠と実体を同時に宣言する
2. 初期化も同時に行う
3. 構造体タグ名を記述しないこともできる
4. typedefで別名をつけることができる

演習

「学籍番号、氏名、学年、クラス」を含める構造体の宣言、初期化、表示するプロフラムを作る。
演習
struct student
{
char no[10]; //番号
char name[20]; //名前
int s_year; //年
char s_class; //クラス
};

第９章　ビットを意識する

整数型の指定

整数値を扱うための型には，（ signed, unsigned ) char 型と int 型とがあることは説明したが， それら以外にもある．ここで，まとめて簡単に解説する．

基本的な整数型には char, short int , int, long int, long long int の４種類があり，そのサイズは char ≦ short int ≦ int ≦ long int ≦ long long int となる．

char 型は 1 バイトであると決まっているが，あとの種類はサイズが厳密に決められたものではなく， 将来は変わる可能性がある． 実際に，数年前のパソコンは 16ビットマシンが多かったので， int 型は 16ビット＝2バイトであった．

今使っているコンピュータの環境では，たまたま int 型と long int 型とは，まったく同じものとなっている．

浮動小数点型の指定

float型

float型は4バイト＝32ビットのサイズを持ち，そのビットを次のように，符号，指数，仮数を表すために用いる．

指数部-127 が指数の値となる．仮数部は仮数の小数点以下を表している．すなわち，仮数は仮数部の先頭に 1. を付加したものになる．

float の表す値　＝　(-1)^符号部 × 2^{指数部-127} × 1.仮数部

float 型の精度（有効桁数）は２進数にして 24 (=23+1) 桁であり，１０進数では約 7 桁となる．

double 型

float 型に比べて，約倍の精度をもった浮動小数点型の型が double である． double 型は ８バイト＝64ビットのサイズであり，その内部表現は次のようになる．

指数部-1023 が指数の値となる．仮数部は仮数の小数点以下を表している．すなわち，仮数は仮数部の先頭に 1. を付加したものになる．

double の表す値　＝　(-1)^符号部 × 2^{指数部-1023} × 1.仮数部

double 型の精度（有効桁数）は２進数にして 53 (=52+1) 桁であり，１０進数では約 15 桁となる．

Sizeof演算子

簡単に言うと，sizeofに渡された型や変数のメモリサイズを調べるものです．

sizeof演算子は2種類の使い方があります．

• sizeof(型)
• sizeof 変数や定数，あるいは式など

ビット演算子

ビット単位でデータ操作をするものです。対象は整数に限られます。

（１）　&　（and）

両方のビットが 1 のときのみ結果が 1 になるビット演算です。

0 & 0 → 0
0 & 1 → 0
1 & 0 → 0
1 & 1 → 1

必要なビット以外をOFF(0)にする処理（マスクといいます）に使用されます。

例えば、10101010 という1バイトのビット列の下位4ビットを OFF する場合、そのままにしたいビットを 1 、OFFしたいビットを 0 にした、11110000 で and することにより実現できます。

(使用例)

unsigned char a = 0xaa;	/*     10101010 */
printf("%#xn",a & 0xf0);	/* and 11110000 */

実行結果
0xa0

（２）　|　（or）

いずれかのビットが 1 なら結果が 1 になるビット演算です。

0 | 0 → 0
0 | 1 → 1
1 | 0 → 1
1 | 1 → 1

必要なビットをON(1)にする場合に or は使われます。

例えば、10101010 という1バイトのビット列の上位4ビットを ON する場合、ONにしたいビットを 1 、そのままにしたいビットを 0 にした、11110000 で or することにより実現できます。

(使用例)

unsigned char a = 0xaa;	/*    10101010 */
printf("%#xn",a | 0xf0);	/* or 11110000 */

実行結果
0xfa

（３）　^　（xor）

両方のビットが異なるときに結果を 1 にするビット演算です。

0 ^ 0 → 0
0 ^ 1 → 1
1 ^ 0 → 1
1 ^ 1 → 0

特定なビットを反転する場合に xor は使われます。

例えば、10101010 という1バイトのビット列の下位4ビットを反転する場合、反転したいビットを 1 、そのままにしたいビットを 0 にした、00001111 で xor することにより実現できます。

(使用例)

unsigned char a = 0xaa;	/*     10101010 */
printf("%#xn",a ^ 0x0f);	/* xor 00001111 */

実行結果
0xa5

（４）　~　（補数）

ビットの反転を行うビット演算です。

0 → 1
1 → 0

全ビットの無条件反転を行います。

（使用例)

unsigned char a = 0xaa;	/*     10101010 */
printf("%#xn",~a);

実行結果
0xff55		
(注）printf関数が unsigned char型を int型に符号拡張するために、0xff55 と表示されます。
　　 int型が4バイトの処理系では 0xffffff55 になります。

（５）　<<　（左シフト）

x << n と書き、x を n ビット左へシフトします。

右側の空いたビットには 0 が入り、左側のビットは捨てられます。

左シフトは x が正の場合、x << 1 で「x * 2」を計算することと同じになります。

（例）

正の整数のとき int x = 100; x = x << 2;

（６）　>>　（右シフト）

x >> n と書き、x を n ビット右へシフトします。

左側の空いたビットには、x が符号無しなら 0 が入ります。x が符号付きなら、算術シフトを行う処理系では符号桁が入り、論理シフトを行う処理系では 0 が埋められます。 右側のビットは算術シフト、論理シフトにかかわらず捨てられます。

右シフトは x が正の場合 x >> 1 で「x / 2」を計算することと同じになります。

（例）

正の整数のとき int x = 100; x = x >> 2;
負の整数のとき（算術シフトを行う処理系の場合） int x = -100; x = x >> 2;

【参考】

• 算術シフト：数値の演算を行うときに使用するシフト演算で、シフトの際に最上位の符号ビットを保存するシフトです。
• 論理シフト：ビットの位置を変えるときに使用するシフト演算で、シフトの際に最上位の符号ビットを考慮することなくシフトを行います。

演習

１）任意二つのunsigned int型数値の論理AND, OR, XORを求めなさい（P324）

２）任意unsigned int型数値のビットパターンを表示（P328）