一週間で身につくC言語の基本

C言語での演算処理

演算

第一日目では、printf()関数を用いて、様々な演算をしてみました。その中で、C言語を用いれば、簡単な計算が出来ることがわかりました。そこで、ここでは、C言語を用いた計算について学んでいくことにしましょう。

プログラミングの世界では、こういった計算のことを、専門用語で演算と呼びます。これは、以下、簡単な演算のプログラムをみてみることにしましょう。

サンプロプログラム

#include <stdio.h>
/*
	演算子を用いた計算のプログラム
*/

void main()
{
	// 各種演算
	printf("%d + %d = %d¥n",5,2,5+2);				/* 足し算 */
	printf("%d - %d = %d¥n",5,2,5-2);				/* 引き算 */
	printf("%d * %d = %d¥n",5,2,5*2);				/* 掛け算 */
	printf("%d / %d = %d 余り %d ¥n",5,2,5/2, 5 % 2); /* 割り算 */	
}

実行結果からもわかるとおり、このプログラムを実行すると、様々な計算結果が出てきます。

演算子

このように、C言語で様々な演算を行う記号のことを演算子(えんざんし)と呼びます。足し算の+や、引き算の-はわかるものの、その他の記号は何でしょう？C言語で使用する演算子は以下の表2-1のようなものがあります。

評価和わかるとおり、*が掛算、/が割り算を表す記号であることがわかると思います。また、%の記号は、かなりC言語のプログラミングでは使用頻度が高いので、覚えておきましょう。

コメント

ところで、このプログラムの中に、出てくる//や、/*  */という記号が出てきます。しかも、その中には、文章が書いていますが、プログラムの実行結果には何も関係ないように見えます。この記号のことを、コメントと言います。

コメントは、プログラムの注釈を付けるためのもので、プログラマーが、プログラムの各所に書いて、処理の意味などを記述する時に用いられます。実行結果には何ら影響を与えませんが、これを付けるとプログラムが非常にわかりやすくなります。

そのため、プログラマーは、出来るだけコメントをつけるようにすることが勧められています。なお、コメントには、以下（表2-2）のような種類があります。

変数

C言語と変数

C言語を用いれば、様々な演算ができることはすでにわかりました。しかし、これでは、決められた値の計算しかできません。実際は、色々な数値を用いて計算することが想定されるため、これでは不便です。 このように、値が定まった数のことを、定数と言いますが、それに対し、C言語には、値を常に変えることができる数が存在するのです。これを、変数と言います。

サンプルプログラム

まずは、以下のサンプルを実行してみてください。

#include <stdio.h>
/*
	変数を用いた計算
*/

void main()
{
	/* 使用する変数の定義 */
	int a;	// 変数の宣言
	int b = 3;		//	初期化と代入を同時に行う。
	int add,sub;	//	複数の変数を同時に宣言
	double avg;		//	int以外の変数を宣言
	a = 6;	//	代入（最初に値を入れるので、”初期化”と言う。
	add = a + b;			//	a,bの和を求める。
	sub = a - b;			//	a,bの差を求める。
	avg = (a + b) / 2.0;	//	a,bの平均値を求める。
	printf("%d + %d = %d¥n",a,b,add);
	printf("%d - %d = %d¥n",a,b,sub);
	printf("%dと%dの平均値：%f¥n",a,b,avg);
}

プログラムの中にa、b、add、sub、avgといった文字列が出ていますが、これが変数です。int aとある部分を、変数の宣言と言います。そのあと、a=6のようにすると、値が入ります。これを代入と言います。（図2-1）特に、変数を宣言したときに、最初に行う代入のことを、初期化と言います。

代入

数値が代入された変数は、その数値として扱う事が出来ます。例えば、a=6とすれば、aは別の値が代入されるまで、"6"として扱う事が出来ます。変数は原則的に何度も値を変えることが可能です。つまり、変数は値を変えることが出来るのです。

図2-1.変数の宣言と代入のイメージ

演算の優先順位

プログラム中に、（）（括弧）がありますが、これは、計算の優先順位を変更するものです。通常、

とすると、最初に掛け算の演算である「2*3」が実行され、その結果の6に1が加算されます。したがって、結果は7になります。しかし、

とすると、（）内の計算を先に行い、その結果である、3と次の3が掛けられることになります。このように、C言語にも、数学と同じような演算子の優先順位があります。 C言語には様々な演算があるため、ここでは全てを説明するのは省略しますが、加減乗除といった基本的な数値計算に関しては、数学と同じルールに従うと思ってほぼ間違いありません。(図2-2)

図2-2.()を使用した場合と、使用しない場合の演算の処理

データ型

では、初期化の際に変数の先頭についている、intや、doubleといった文字列は何でしょうか？このような文字列のことを、データ型と言い、その変数がどのような値を扱うのかを示しています。 例えば、intは、整数型のデータ型を表し、"int a"とすると、"aは整数の値が入る変数である。"ことを意味します。なお、データ型には以下のようなものがあります。（表2-3）

表に出ているように、intは、2バイトか4バイトのどちらかであり、2バイトとの場合は、shortと、4バイトの場合は、longと一致します。 近頃のコンパイラや実行環境は、4バイト、つまりlongとおなじにしているものがほとんどのようです。

初期化

再び変数の話に戻りましょう。変数は、宣言時に値を代入（初期化）することが出来ます。記述方法は以下のとおりです。

また、以下のように、,(コンマ)で区切ることにより同時に複数の変数を宣言したり、初期化することも可能です。

なお、プログラミングにおいて、変数は必ず初期化して使うというルールがあります。初期化していない変数を使用すると、プログラムが異常終了することがありますので、気をつけてください。

変数の初期化の位置

また、変数の宣言をする場所ですが、必ず{}の先頭の部分で行わなくてはなりません。以下のように、何らかの処理が行われた後で変数を定義すると、エラーになりますので、注意が必要です。

この規則は、C言語の上位互換言語であるC++では撤廃されましたが、C言語でプログラムを作るうえでは必要なので、注意してください。

変数の命名規則

C言語の変数の命名規則

変数の名前は、基本的にプログラマーが自由につけることが許されています。通常、アルファベット一文字か、その組み合わせといったものが使われる場合がほとんどです。しかし、何でも良いというわけではなく、以下のようなルールがあります。

• 使用できる文字は半角の英文字（A～Z，a～z）、数字（0～9）、アンダーバー（_）。（例：abc、i、_hello、num1など）
• 変数名の最初の文字を数字にすることは出来ない。必ず英文字およびアンダーバーからはじめること。（例：a123 → ○　123a → ×）
• 英文字の大文字と小文字は別の文字として扱われる。(例：ABCとabcは違う変数とみなされる。)
• 規定されているC言語の予約語を使ってはいけない。

予約語

なお、予約語とは言語の仕様で使い方が決められている単語のことで、C言語の予約語は以下のとおりです。（表2-4）

代入演算子

代入と演算

すでに述べたとおり、変数に値を入れることを代入と言いました。代入とは例えば以下のように記述します。

ここで気をつけたいのが、代入で使用する=（イコール）記号の意味です。数学で、=記号は、左辺と右辺の値が等しい、という場合に用いられる記号です。しかし、C言語で代入に用いる=は、少し意味が違います。

代入におけるイコールは、右辺の値を左辺の変数に代入するという意味になるのです。そのため、例えば

といった記述方法も可能になります。例えば、①ですが、仮に最初の段階でaに4が入っていたとすると、そこに1を足した5がaに代入されます。についても同様で、bに2が入っていたら、2に5をかけた値、つまり10がbに入ります。

#include <stdio.h>
/*
	代入演算子をを用いた計算
*/

void main()
{
	/* 使用する変数の定義 */
	int a1=2,b1=2,c1=2,d1=2;	// 変数の宣言(1)
	int a2=2,b2=2,c2=2,d2=2;	// 変数の宣言(2)
	//	普通の演算による計算と代入
	a1 = a1 + 1;
	b1 = b1 - 1;
	c1 = c1 * 2;
	d1 = d1 / 2;
	//	代入演算による計算
	a2 += 1;
	b2 -= 1;
	c2 *= 2;
	d2 /= 2;	
	printf("a1=%d b1=%d c1=%d d1=%d¥n",a1,b1,c1,d1);
	printf("a2=%d b2=%d c2=%d d2=%d¥n",a2,b2,c2,d2);
}

代入演算子

実行結果を見れば判る通り、a1とa2～d1とd2の組み合わせはそれぞれ、記述の仕方が違うだけで、結果が同じであることが判ります。このように、代入演算を用いれば、短い記述で同様の結果を得ることが出来ることがわかります。

キャストとデータの型変換

サンプルプログラム

次に、型の異なる変数に値を代入するケースを見てみましょう。例えば、整数型の変数の値を実数型の変数に代入するような処理です。以下のサンプルを見てみましょう。

#include <stdio.h>

void main(){
	int i1,i2,j1,j2;
	double d1,d2,e1,e2;
	//	j1,j2に値を代入
	j1 = 3;
	j2 = 3;
	//	d1,d2に値を代入。
	d1 = 1.23;
	d2 = 1.23;
	//	i1,i2にd1,d2の値を代入
	i1 = d1;			//	普通に代入
	i2 = (int)d2;		//	キャストして代入
	//	e1,e2にj1,j2の値を代入
	e1 = j1;			//	普通に代入
	e2 = (double)j2;	//	キャストして代入
	printf("d1 = %f d2 = %f¥n",d1,d2);
	printf("i1 = %d i2 = %d¥n",i1,i2);
	printf("j1 = %d j2 = %d¥n",j1,j2);	
	printf("e1 = %f e2 = %f¥n",e1,e2);
}

キャスト

このプログラムでは、double型からint型の変換（d1,d2から、i1,i2）と、int型から変換からdouble型への変換（j1,j2から、e1,e2）を行っています。 実行結果から見てわかるとおり、前者の場合、小数点以下の数値が切り捨てられ、後者の場合は、該当する整数のあとに「.000000」がつく実数に変換されていることがわかります。

14行目と、17行目では、変換する値への型変換（キャスト）が行われています。

i2はint型の変換なので、double型の変数を代入する際、先頭に(int)とつけ、e2は(double)なので、先頭に(int)とつけることにより、型の変換を行います。 整数から実数への変換の場合は特に必要ありませんが、実数から整数の変換のように、桁落ちなど、データの一部が損なわれる可能性がある場合必要です。

警告

キャストがなくても、結果は変わりませんが、13行目で、キャストなしの処理を入れると、以下のような警告が発せられます。

これ自体はエラーではありませんが、通常ソフトウェアを開発する場合、警告を完全に取り去る必要があるので、同様の処理を行う際には、キャストを行うようにしましょう。

以上で、演算と変数に関するお話は終了です。次からは、この変数を用いていろいろな処理を行っていくことにしましょう。

練習問題 : 問題2.

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