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変数の通用範囲

自動変数のことを局所変数、外部変数のことをグローバル変数（大域変数）ともいいます。

変数のスコープの範囲を図で表してみます。

赤色で囲った部分がグローバル変数の有効範囲です。
青色で囲った部分がローカル変数の有効範囲です。

この図ではローカル変数の寿命を関数内と説明しましたが、正確にはブロック内です。
ブロックとは、{}で囲まれている範囲のことを指しています。

記憶クラス

Ｃで扱う記憶領域は一般に、プログラム領域、静的領域、スタック領域、ヒープ領域の 4つに大別されます。

記憶クラスには、４つあり、自動、静的、外部、レジスタがあります。

• * { }の外側で宣言された時は、その行以降
• ** 他のファイルにある時、externを付け、その変数を宣言（メモリを確保）しているファイルでは何も付けない。

自動変数は使う前に何らかの値を代入します。このことを、初期化するといいます。

静的変数は初期化の式がなくても、コンパイル時に０に初期化されます。

変数の名前

変数は名前を付けなければ、使えません。Ｃ言語では、名前（識別子）は、英字または’_’（アンダースコア）で始まり、英数字または’_’が０個以上続くという決まりになっています。’_’一つまたは二つで始まる変数は、システムに密着したデータに使います。例えば、コンパイラのプログラム等で使われます。

変数に名前を付ける時、外部変数は定義されている所から遠い所でも使われるので、その変数の用途を想像できるような名にすることが推奨されています。

    例：timetable, itemindex, thisyear

自動変数は通用範囲が狭いので、何の変数かがすぐわかるので、タイピングの手間を省く意味でも、短くて良いとされています。

    例：i, j, m, x, c

その場合でも、その変数がなんであるかを、瞬時に連想できるものが良いとされています。例えば、整数ならば、i、j、k、n、浮動小数点数ならば、x、y、z、文字ならば、cなどです。

#include <stdio.h>

void Func(void);        /* プロトタイプ宣言 */
void main(void);

/* 静的変数 i と自動変数 j の値を表示する */
void Func(void)
{                       /* i の値を読み書きできるのはこの関数の中でだけ */
                        /* i はずっと存在し続け、 */
        static int i;   /* func(  ) が呼ばれる度に１増える */

        auto int j;     /* 自動変数は初期化しないと */
                        /* ゴミの値が入っている */
                        /* j はゴミの値が表示される */
                        /* 幾つになるかはわからない */
                        /* auto は付けなくてもよい */
                        /* というより、普通は付けない */

        printf("i = %d  j = %d\n", i, j);        /* i, j の値を表示 */
        i++;        /* 値を１増やす */
        j++;        /* 値を１増やす */
}                   /* 関数を抜けたこの時点で、j は破壊される */

void main(void)
{

        Func(  );        /* 呼び出す度に i の値は 1 増える */
        Func(  );
        Func(  );
}

 演習

渡された引数の最大値を返す関数を作成してください。（教科書p299）

ヒント：

• 最大値を記憶する変数は静的変数で、INT_MINで初期化
• 整数値入力部分は、下記の例題を参考
  http://chenlab.net/2016/06/27/c-exercisesb-recursive-call/
• 終了条件について、下記の例題を参考
  http://chenlab.net/2016/04/18/c-exercises-2-stdio/

今まで、main 関数へ引数なしを意味する

int main(void) と記述、

実は main関数にも引数を渡すことができます。 この main関数に渡す引数のことを「コマンドライン引数」といいます。

コマンドライン引数

main関数へ渡せる引数は、

の 2つです。

一般に

とりあえず、下の例を見てみましょう。

（例）

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	
	printf("引数の総個数 = %d\n", argc);
	for (i = 0; i < argc; i++) {
		printf("%d番目の引数 = %s\n", i, argv[i]);
	}
	return 0;
}

例題は、command_line.c　と保存して、コンパイルだけしてください。

dir コマンドで、command.exe ファイル生成されたと確認。

実行結果

Ctrl-Qでコマンドプロンプトを起動、　下記のコマンドを入れてください。

> command_line Kitty on your lap

E:\chen\My Documents\C>command_line Kitty on your lap
引数の総個数 = 5
0番目の引数 = E:\chen\My Documents\C\command_line.exe
1番目の引数 = Kitty
2番目の引数 = on
3番目の引数 = your
4番目の引数 = lap

E:\chen\My Documents\C>

演習

演習１

教科書　P291
コマンドラインで数値を入力し、その合計値を求めるプログラムを作成してください。

プログラムソースファイルは、a8-5-1.c とする。

実行結果

> a8-5-1 10 15 22 45 9 66 71 4 37 82
合計は 361です

演習２

http://chenlab.net/2016/06/07/c-exercises8-pointer-summary/

を改造し、整数は配列ではなく、コマンドライン引数として引き渡し、引数を順に調べ、奇数の値のみ、別の大きさ10の整数型配列に代入しなさい。また、配列の中身と、何個格納したかを画面表示しなさい。

実行結果

> find_odd_number 10 15 22 45 9 66 71 4 37 82
実行結果

15
45
9
71
37
格納個数 = 5

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http://svn.mki.biz/pukiwiki/index.php?u-tokyo

興味があれば、ぜひコメントください。

階乗の計算

皆さんは「階乗の計算」を覚えていますか？ 5の階乗なら「5!」と表記し，

5! = 5 × 4 × 3 × 2 × 1

と計算します。つまり答えは120です。

0 の階乗：1
1 の階乗：1
2 の階乗：2 × 1
3 の階乗：3 × 2 × 1
– – – – – – –
n の階乗： n × (n – 1) × (n – 2) – – – 3 × 2 × 1
– – – – – – –

方法１）掛け算を続けることで階乗を求め

n! = n × (n-1) × (n-2) .. × 1

#include <stdio.h>

long Factorial1(int n) ;
long Factorial2(int n) ;
void main(void);

  /* 階乗を求める（非再帰版） */
long Factorial1(int n)
 {
    long p = 1L;

    if (n < 2)       /* nが０か１なら */
        return (1L); /* １を返す */
    else if (n > 1) {
        for ( ; n > 0; n--)
            p = p * n;
            return (p);
    }
}	


void main(void)
{
    int n;
    long f;

    printf("整数を入力して下さい\t");
    scanf("%d", &n);

    f = Factorial1(n);
    printf("Factorial1(  ) = %ld\n", f);

}

方法２）関数の中から自分自身を呼び出す

再帰呼び出し (recursive call）とは，関数の中から自分自身を呼び出すプログラミングのテクニックです。再帰呼び出しで階乗の計算式を考えてみると，

n! = n × (n-1)!

と定義できることがわかるでしょうか。

#include <stdio.h>

long Factorial1(int n) ;
long Factorial2(int n) ;
void main(void);

  /* 階乗を求める（再帰版） */
long Factorial2(int n)
 {
    if (n < 2)        /* nが０か１なら */
        return (1L);  /* １を返す */
    else              /* nに自分より１小さい自分を掛ける */
        return (n * Factorial2(n -1));
}

void main(void)
{
    int n;
    long f;

    printf("整数を入力して下さい\t");
    scanf("%d", &n);

    f = Factorial2(n);
    printf("Factorial2(  ) = %ld\n", f);
}

再帰呼び出しを使う上で、大切なポイントが２つあります。

 再帰は使うべきか

一般に次のことが言えます。

• 再帰プログラムは計算機に負荷をかけるプログラムである。
• 時によっては，膨大な負荷をかけることもある。
• 簡単に非再帰プログラムとして書けるものは再帰プログラムを使うべきではない。

それでも，再帰プログラムが基本的であると言われるのは何故でしょうか。それは再帰プログラムが大きな力を秘めているからです。つまり

• 再帰プログラムでは簡単に書けるが，非再帰プログラムはかなり複雑なプログラムになってしまうようなものがある。

ということです。

このような問題が意外とあるのです。再帰プログラム技法を，身につけたら，プログラミングを行う際，次のような視点で考えるのが良いかもしれません。

• まずは，非再帰プログラムで問題を考えてみる。
• 難しいと判断した場合，再帰プログラムで考えてみる。

再帰が有効な例

• ハノイの塔
• データの木構造, 入れ子構造
• XML文書
• ファイルシステム

演習

再帰呼び出しの方法で、整数を二進数で表示するプログラムを作成

/*
実行例

12345678
101111000110000101001110

*/

ヒント

void print_binary(unsigned int n)
{
    if (n >= 2) print_binary(n/2);
    printf("%d", n%2);
}

ある関数が別の関数を呼び出して、呼び出した関数に制御が戻って来た時に、関数によっては値が返ってくるものがあります。

関数から値を返すには、関数の戻り値の他に、ポインタを使って、関数から呼び出し側の領域を書き換えるも可能です。

値を関数戻り値で返す

関数の定義

戻り値の型 関数名(パラメータリスト) {
  文
  ...
}

関数の戻り値で返す。

この方法では、常に1つの情報しか返すことが出来ません。
2つ以上の情報を返したい時などは不便です。

値を引数の配列に返す

配列の先頭要素のアドレスを引数にして、上位関数側と下位関数側で配列を共有し、見かけ上、複数のデータを返したようにします。

#include <stdio.h>

void waru2(int *p);

int main(void)
{
  int i;
  int dt[] = { 20, 10, 4, 35, 66, 78, -1 };
  
  waru2(dt);		/* 配列の先頭要素のアドレスを渡す */
  
  for(i = 0; dt[i] != -1; i++) {
    printf("%d ", dt[i]);
  }
  printf("\n");
  
  return 0;
}

void waru2(int *p)		/* 配列dt のアドレスをポインタp に入れる */
{
  while(*p != -1) {
    *p = *p / 2;	/* ポインタの中身を 2 で割る */
    ++p;
  }
}

値を引数の変数に返す

複数の変数のアドレスを引数にして、上位関数側と下位関数側でデータを共有し、見かけ上、複数のデータを返したようにします。

#include <stdio.h>

void swap(int *x, int *y);

int main(void)
{
  int a = 123, b = 456;
  
  printf("呼出し前a = %d b = %d\n", a, b);
  swap(&a,&b);		/* 変数a と変数b のアドレスを渡す */
  printf("呼出し後a = %d b = %d\n", a, b);
  
  return 0;
}

/* 変数a のアドレスをポインタx に、変数b のアドレスをポインタy に入れる */
void swap(int *x, int *y)
{
  int wk;
  
  wk = *x;
  *x = *y;		/* ポインタを使って中身を入換える。*/
  *y = wk;
}

引数のconst型修飾子

ポインタを使って、関数から呼び出し側の領域を書き換えるも可能です。しかし、書き換えて困る場合もある。

関数の引数を const として宣言すると、その関数が引数の値を変更しないことを約束するということを意味する。

関数の引数が const 修飾されている場合、ポインタによって参照される値を変更しようとするとコンパイラが致命的エラーを出す。

void foo(const int *x) {
  if (x != NULL) {
    *x = 3; /* コンパイルエラーを出す */
  }
  /* ... */
}

演習

ミニクイズ

http://lmspress.net/ (登録は ： 学籍番号 / 学校e-mailアドレス)

関数の作成演習

ABクラス：a-8-4-1-1 (p283)　文字列を大文字に変換する関数を作成してください。

CDクラス：a-8-4-2-2 (p287)　三つの整数の中身を入れ替える関数を作成してください。