Cプログラミング入門

コンピュータは計算機である．
計算機に最低限必要な要素は，入力，出力，四則演算，メモリ（記憶）である．

ここでは，プログラムの骨格をなす入出力，変数，代入，四則演算をまとめて一挙に説明するので，まずは全体像をつかんでほしい．
細かな内容については，まだ暗記する必要はない．
プログラムにおいてどのような機能が利用されるか概要を理解しよう．

プログラムの基本形

ソースコードの構造

まずは，Hello World のC言語プログラムのソースコードを眺めてみよう．
参考までに，他のプログラミング言語では，このような記述となる．

• 1行目の #include <stdio.h> は，標準入出力ライブラリ関数（具体的には，画面出力を行うための printf() 関数）を使用するための宣言である．
  （ここに stdio.h というファイルを貼り付けろ！　という意味．当面，おまじないと考えてよい．）
• C言語のプログラムは，関数と呼ばれる処理単位の集まりである． main() は，処理がここから開始される一番重要な関数である．（エントリポイントと呼ぶ）
• main 関数の範囲は，波かっこ { から } まで．この範囲を「ブロック」と呼ぶ．
• プログラムの実行は，main関数から始まり，基本的には行の上から下へと，順に処理が進む．
• 1つの命令文の最後にはセミコロン（;）が置かれる．
  改行やタブは必須ではないが，読みやすさのために必要．
• printf()は画面に文字などを表示する関数である．()内の二重引用符（ダブルクォーテーション）" "で囲まれた部分は，文字列と呼ばれる．
• 文字列の最後の \n という記号は，改行を表す特別な記号（エスケープシーケンス）である．
  日本語環境では「¥（エン）」記号が表示される場合がある． プログラム中ではどちらもまったく同じ意味である．

大文字と小文字，各種記号に注意して1字1句間違いなく入力すること．
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    float pi = 3.1415;
    float r = 10;

    float A = r * r * pi;
    
    printf("r= %.3f, Area = %.3f \n", r, A); 

    return 0;
}

実行結果：
？？？？？　何が出力された？

変数

計算中に使う値や，計算結果の数値や文字を記憶しておく箱（＝メモリ）を，プログラム中では　変数　と呼ぶ．
（これに対して， -100, 0.98 のような表記を「定数」と呼ぶ．）

C言語では

• 変数を使用するには，使う前に変数の「定義（宣言とも言う）」が必要．
• 変数の宣言においては，変数の「型（かた）」と「名前」をセットで定義する．

というルールがある．
C言語では，「定義」していない変数は使うことができず，コンパイル時にエラーとなる．

変数の「型」の種類

変数は，扱える数などの種類によりさまざまな 型（かた） が決められている．
C言語では，あらかじめ，整数型， 浮動小数点（実数）型 と， 文字型など，組み込み型（プリミティブ型という）と呼ばれる型の種類が用意されている．

プログラムでの処理において，どのような文字・数値を扱うかをあらかじめ計画し，適した型を宣言・定義してから使う必要がある．
以下にC言語の主な組み込み型を示す．

当面は，整数型 int，浮動小数点型 float（またはdouble），文字型 char を使う，と覚えておけば良い．

読み方

int

integer，イント型，インテジャー型，整数型

float

floating point，フロート型，実数型，単精度型

double

double precision (floating point)，ダブル型，倍精度型

char

character，キャラクター型，チャー型，文字型など

変数名のつけ方・・・命名規則

変数の名前は下記の文法ルールにさえ従えば，自由につけて良い．
ただし，実際にはプログラムを書いている本人や読む人に，意味・役割がわかる名前を付けるべきである．

変数名の付け方ルール．

• 名前に使えるの文字は，半角のアルファベット大文字（ABC...)・小文字（abc...），数字，アンダーバー（ _ ）．（全角文字は使用しない）．
• 大文字小文字は区別される．
• 最初の1文字は英字，またはアンダーバー．（つまり，1文字目が数字はダメ．）
• C言語の文法上，あらかじめ使い道が決められている単語（予約語という）は，そのままでは変数名として使えない．
• 他の変数や関数名と重複する同一の名前はつけられない．

C言語のおもな予約語一覧
auto, break, case, char, const, continue, default, do, double, else, enum, extern, float, for, goto, if, int, long, register, return, short, signed, sizeof, static, struct, switch, typedef, union, unsigned, void, volatile, while

代入

ある変数にたいして，定数や別の変数の値をコピーすることを 代入 とよび， 記号 = で表す（代入演算子という）．
（数学の「等しい」とは異なる用法なので注意！！！）

例1：   /* この区間を「コメント」という．コンパイラには無視される． */
int a;        /* 整数型変数 a の宣言・定義 */
a = 10;       /* 代入 */

これは，変数 a を定義して，aに定数 10 を代入する　という意味となる．
数学の「等しい」とは異なり， 右辺から左辺への一方通行であるため，次のような書き方は，コンパイルエラーとなる．

10 = a ;   /* これはエラー */

例2：変数に別の変数の値を代入
float b, c;       /* 実数型変数 b,c の宣言 */
b = -9.81;        /* 変数への定数の代入 */
c = b;            /* これもOK */

いろいろな変数宣言と代入（初期化）の書き方

以下はどれも正しい変数の宣言（定義）方法である．

出力

printf()関数の使い方・・・画面への表示，出力

計算機の内部でどんなに興味深い，意味のある計算を行っていても，人間が理解できる形で出力しなければ意味が無い．
そこで，まずは画面に文字や数値，および変数の値を表示するprintf()関数について学ぶ．

書式：printf(書式指定文字列，　．．．)

書式指定文字列はフォーマット指定子とも呼ばれ，表示したい文字，および，後述の特別な記号を組み合わせて使う．
printf()関数は，単に文字を画面に出力するだけでなく，変数に格納された値を表示することができる．

例：以下のプログラムを入力・保存・コンパイルして，実行してみよう
  #include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a;            /* 整数型の変数 a を使用します！と，宣言 */
    a = 10;           /* a に10を「代入」する．「等しい」という意味ではない． */

    printf("a is equal to %d.\n", a);   /* 変数 a の値を画面に表示．実行時に %d の部分が数値に置き換わる． */

    return 0;
}

実行結果：
a is equal to 10.

書式指定文字列中の % から始まる記号によって，表示スタイルをいろいろと変化させることが出来る．

プログラム例１：以下のソースをコピーして実行してみよう．
  #include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 30;        /* 変数の宣言と同時に代入（初期化） */
    float r = 3.14;

    printf("a = %d\n", a);   /* 10進数で表示 */
    printf("a = 0x %x\n", a);   /* 16進数で表示．0xをつける． */

    printf("\n");

    printf("r = %f \n", r);
    printf("r = %12.3f \n", r);  /* 桁数を指定 */

    return 0;
}

printf では，書式指定文字列中に複数の % 記号を並べれば，行内に複数の変数を順番に表示させることができる． もちろん，対応する変数も並べて書く必要がある．

プログラム例２：
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 50;
    float r = 3.14;

    printf("a and r are equal to %d and %f, respectively.\n" , a, r);          /* カンマ区切りで変数を並べる */

    return 0;
}

エスケープシーケンス

printf() において，「abc」や「123」などの普通の文字・数値はそのまま表示できるが，それ以外にも改行やタブなどの特殊な文字を表示したい場合がある．
例えば，上の例で確認した通り，printf() の書式中では， %, \などの記号に特別な役割があるため，これらの文字をそのまま表示したい場合には，工夫が必要である．

そこで，特殊な文字を出力するためにエスケープシーケンスという機能が用意されており，\（バックスラッシュ） または ¥（円マーク）と文字を組み合わせて表現する． （注：\ と ¥は，完全に同じものとみなす．）
たとえば，改行を画面に出力したい場合，ソースコード中に \n または ¥n と書く．

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("Hello! \n World \n ");
    return 0;
}

詳細については，Microsoft社，関数リファレンス，printf（外部サイト）や， Embarcadero社，ライブラリ関数リファレンス, printf（外部サイト）も参考にすると良い．
このようなコンパイラメーカーが提供するリファレンスマニュアルには，豊富なサンプルプログラムが掲載されており，これを自分のコンピュータで写して実行，結果を確認してみよう． そして，サンプルのソースコードを読むことは，大変良い勉強となる．

実行結果：

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四則演算

C言語で標準的に使用できる算術演算について学ぶ．
（いろいろな演算を行う記号のことを，演算子と呼ぶ．）

算術演算子

数の計算に用いる演算子を下の表にまとめる．

和差積商は数学でもおなじみだが，積と商は，数学とは異なる記号を用いる．

積商は，和差よりも優先順位が高く，先に計算される．
また，( )を用いて計算順序を変更できる点は，数学と同様である．

% 演算子は数学では百分率を表す記号であるが，C言語では割り算のあまりを表す．

(1)式の値を表示する例：

以下のコードを実行してみよう．
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf(" 1 + 2 は %d です\n", 1+2);
    printf(" 1 - 2 は %d です\n", 1-2);
    printf(" 5 x 2 は %d です\n", 5*2);
    printf(" 5 / 2 は %d です\n", 5/2);
    printf(" 10 %% 3 は %d です\n", 10%3);       /* %% は，エスケープシーケンス！ */
    return 0;
}

(2)変数で計算し，値を表示する例：

(1)を改造して，以下のコードを実行してみよう．
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a;        /* 変数の宣言 */
    int b;

    a = 1 + 2;    /* 四則演算と代入 */
    b = 3 * 4;

    /* 以下，表示 */
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
    printf("a+b = %d\n", a + b);     /* ここで計算してもOK */
}

次に，変数 a の値を 1 だけ増やしたい場合はどうしたら良いか？
実は，このように書ける．

a = a + 1;

まず，右辺の計算で a に 1 が加算され，その結果が左辺の a にふたたび代入されるため，これでうまく動作するのである．

注意：Cでは数学とは異なり 「a の値と a+1 とが等しい」という意味にはならない！
さらに，数学の 定義 とも異なり，変数と値の「関係」を定義するものではない．
つまり，処理が = が出現した行に差し掛かったときに，右辺から左辺へと「代入」が行われるのみである．

代入演算子

プログラムを書いていると，「ある変数に演算をして，またもとの変数に代入する」という処理が頻繁に登場する．
これを効率よく行うため，以下のような代入演算子（演算＋代入を一度に行うもの）がある．

代入で説明した，

a = a + 1;

を，代入演算子を使って

a += 1;

あるいは

a++;

と書くこともできる． いずれも全く同じ意味になる．
どれを使用してもよいが，この表記の意味を理解できるようにしておこう．

入力

キーボードからの入力

プログラムでは，処理の途中にユーザーからの指示を仰ぎたい場合や，データを入力させたい場合がある．
そのような場合，キーボードからデータを入力する scanf()関数を用いる．

scanf() 関数は，printf() 関数によく似ているが， 値を格納する変数の前に & をつける必要がある．

注：この記号&は，変数が置かれているメモリ中の場所（アドレス）を取り出す演算子で，scanf()関数に値を格納する場所を教えている．
詳しくはポインタ変数の単元で解説する．

例：キーボードから変数に値を入力し，画面にその二乗を表示するプログラム
  #include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 0;
    float b = 0;

    printf("a = ");
    scanf("%d", &a);    // integer 

    printf("b = ");
    scanf("%f", &b);    // floating point

    printf("a*a = %d \n", a*a);
    printf("b*b = %.3f \n", b*b);        // 実数を小数第3位まで表示
    return 0;
}

複数データの入力

以下のように，1つのscanf 内に複数の書式指定文字と変数を書いて，複数の値をキーボードから入力させることができる．
（この例では，OnlineJudge提出用の例として，scanf() の前の printf()をコメントアウトしている．
デバッグ時はprintfを有効にして，提出時はこのように余分な文字出力をコメントアウトすること）

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a, b;           // integer a， b

//  printf("a b = ? ");       // ユーザーに入力させるためのメッセージ．プロンプトという．OnlineJudgeに提出時はコメントアウトすること！．

    scanf("%d %d", &a, &b);   // 標準入力から整数を2つ入力．区切りは半角スペースを使用

    int c = a+b;              // aとbの和を計算し，ここで宣言する整数 c へ代入（何度も言うが，=は等式ではなく代入！）

    printf("%d\n", c);        // cの値を10進数表記で標準出力へ書き出す．
    return 0;
}

実行例：
10 20       <--- 入力
30          <--- 出力

以上で，基本的な入出力，変数の宣言と値の代入，四則演算について最低限の知識を学んだ．
あとは実習問題に取り組みながら，内容の理解を徐々に深めてゆこう．