Category Archives: 速習C言語入門4

C exercises2 (3) structures

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 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。

person 構造体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;

構造体の代入

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.

構造体配列たとえば,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
};

C exercises2 (2) bitwise

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.

バイト数 ビット数 最小値 最大値
unsigned char 1 8 0 255
signed char 1 8 -128 127
unsigned short int 2 16 0 65535
signed short int 2 16 -32768 32767
unsigned int 4 32 0 4294967295
signed int 4 32 -2147483648 2147483647
unsigned long int 4 32 0 4294967295
signed long int 4 32 -2147483648 2147483647
unsigned long long int 8 64 0 18446744073709551615
signed long long int 8 64 -9223372036854775808 9223372036854775807

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

 

バイト数 ビット数 最小値 最大値
float 4 32 1.175494 10-38 3.402823 10+38
double 8 64 2.225074 10-308 1.797693 10+308

 

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.

float型の内部表現指数部-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.

double型の内部表現指数部-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

【ビット演算子】
演算子 説明
 & ビットごとの AND
 | ビットごとの OR
 ^ ビットごとの XOR
 ~ ビットごとの反転(1 の補数)
 << 左シフト
 >> 右シフト

(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)

C exercises2 (1) guidance

C言語プログラミング演習Iの試験解説

C言語検定試験について

試験名

C言語プログラミング能力認定試験
(C-Language Programming Skills Qualification Test)

試験目的

C言語を駆使して応用プログラム(言語処理系、ユーティリティなど)を作成する能力を認定します。

認定基準

一級 C言語を駆使し、応用プログラム(言語処理系、ユーティリティなど)が作成できる能力を有する。また使用しているOSについて理解をしている。
二級 小規模のプログラム(500行程度)が適切に(理路整然、簡潔、正しく、速く)書ける。また各種基本アルゴリズムを理解している。
三級 C言語の概念を理解し、簡単なプログラムが書ける。

 

参考(2級出題範囲)

出題内容
定数 浮動小数点定数 指数形式を許す
浮動小数点接尾語はf、l、F、Lのいずれか
整数定数 整数接尾語として長語接尾語(l、L)を含む
文字定数 拡張表記は8進拡張表記、16進拡張表記を含む
文字列リテラル 拡張表記は8進拡張表記、16進拡張表記を含む
列挙定数
演算子 ビット演算子、条件演算子、代入演算子、キャスト演算子、ポインタ/アドレス演算子、構造体演算子、sizeof演算子
宣言指定子 void、short、long、float、double、構造体共用体指定子(struct、union)、列挙型指定子(enum)、型修飾子(const)、typedef
変数 上記型指定子の単純変数、配列
外部定義
プリプロセッサ機能 ファイルの包含
ライブラリ関数
数学関数<math.h>
double cos(double x); double sin(double x);
double tan(double x); double exp(double x);
double log(double x); double log10(double x);
double pow(double x, double y);
double sqrt(double x); double ceil(double x);
double fabs(double x); double floor(double x);
入出力関数<stdio.h>
NULL、EOF、FILE、stderr、stdin、stdout、
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);
int fclose(FILE *stream);
int fscanf(FILE *stream, const char *format, …);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, …);
int sscanf(const char *s, const char *stream, …);
int sprintf(char *s, const char *stream, …);
int fgetc(FILE *stream, …); int fputc(int c, FILE *stream);
char *fgets(char *s,int c, FILE *stream);
int fputs(const char *s, FILE *stream);
int getc(FILE *stream, …); int putc(int c, FILE *stream);
char *gets(char *s);int puts(const char *s);
int ungetc(int c, FILE *stream);
一般ユーティリティ関数<stdlib.h>
NULL  double atof(const char *nptr);
int atoi(const char *nptr);
long int atol(const char *nptr);
int rand(void);  void srand(unsigned int seed);
int abs(int i);  long int labs(long int j);
文字列操作関数<string.h>
NULL  size_t
char *strcpy(char *sl,const char *s2);
char *strncpy(char *sl,const char *s2, size_t n);
char *strcat(char *sl,const char *s2);
char *strncat(char *sl,const char *s2, size_t n);
int strcmp(const char *sl,const char *s2);
int strncmp(const char *sl,const char *s2, size_t n);
char *strchr(const char *s, int c);
char *strrchr(const char *s, int c);
char *strstr(const char *sl, const char *s2);
size_t strlen(const char *s);
その他
  • main関数の引数、整数型以外の関数
  • 自己参照構造体
  • 変数の記憶クラスと通用範囲(auto、static、register、extern)

※3級出題範囲含む

注)各級とも日本工業規格 (JIS) X3010 で出題・解答する。

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  • サイト:https://lms.daiichi-koudai.com/  (ブラウザはChrome利用)
  • ログインID:(学籍番号)
  • 初期PW: (大学メールアドレス、但しTEは大文字)

 

C programming exercises 2

【授業の概要】

コンピュータプログラム開発言語の中で広く利用されているC言語をCプログラミング開発環境ソフト:
CPad for Borland C++ Compilerを使った一人一台のPCを使い実習により学びます. 毎回問題に取り組み理解を深めます。復習問題としてプログラミング課題を出題する。

【授業要旨】

回数 題目 授業内容 学習課題 予習時間(分) 復習時間(分)
1 ガイダンス 学習目的 C言語プログラミング演習Ⅰの試験解説   C言語検定試験について 授業内容を復習する 60
2 ビットを意識する sizeof演算子 ビット演算子    10進数と2進数(ビット)の相互変換 テキスト(P315-330)を読む
授業内容を復習する
30 60
3 構造体 構造体の基本  構造体の配列 テキスト(P332-341)を読む
授業内容を復習する
30 60
4 構造体 構造体のネスト 代入、比較、アドレス テキスト(P342-348)を読む
授業内容を復習する
30 60
5 構造体 構造体へのポインタ テキスト(P349-353)を読む
授業内容を復習する
30 60
6 構造体 構造体と関数  アロー演算子 テキスト(P354-362)を読む
授業内容を復習する
30 60
7 6回~9回までのまとめ 数値計算への応用  連立方程式の解法プログラムをグループで作成 授業内容を復習する 30 60
8 6回~9回までのまとめ(続) 数値計算への応用  連立方程式の解法プログラムをグループで作成 授業内容を復習する 30 60
9 ファイル入出力 ファイル入出力の基本  文字列の入出力 テキスト(P364-370)を読む
授業内容を復習する
30 60
10 ファイル入出力 文字列の入出力  書式付入出力 テキスト(P371-377)を読む
授業内容を復習する
30 60
11 ファイル入出力 テキストとバイナリのファイル テキスト(P378-386)を読む
授業内容を復習する
30 60
12 総合演習 C言語2級検定問題による演習1 授業内容を復習する 30 60
12 総合演習 C言語2級検定問題による演習1 授業内容を復習する 30 60
14 総合演習 C言語2級検定問題による演習1 授業内容を復習する 30 60
15 後期のまとめ まとめと総括。小テストの実施 授業内容を復習する 30 60

【テキスト】

速習C言語入門―脳に定着する新メソッドで必ず身につく [第2版]