分割コンパイル・まとめ

試験の内容は，（情報処理1・同実習1も含め）これまでに行った実習の全ての範囲である．

特によく理解しておいてほしいものは，

• 関数
• 配列と構造体
• ポインタ（アドレス参照）
• 複数ソースファイルやヘッダファイルの利用

などである．

分割コンパイル

main関数と同じソースファイルにすべての必要な関数を記述しておく方法は，小規模なソフトウェアであれば困ることはないが， 規模が大きくなるにつれて，見通しが悪くなり，不便になってくる．
また，複数人でプログラムを開発したり，自分が過去に作成したソースコードの一部を再利用したい場合などは，処理の機能別にファイルを分けておくと便利である．

理想的には，main 関数は，プロトタイプ宣言と最低限の変数の宣言と，処理内容を簡潔に示した関数を並べるだけ，にしたい． このようにモジュール化しておくと，部品として使用する関数を，別名のソースファイル（実装ファイルという）とヘッダファイルとして分けて作っておけば，デバッグも容易となる．

// 典型的な main 関数の例
// もちろんこのままでは動作しない

int main(void)
{
    Init();         /* 変数などの初期化処理 */
    ReadData();     /* データの読み込み，設定など */

    DoSomething();  /* 何か処理をする */
    DoOtherthing(); /* 何か処理をする */

    Output();       /* 結果の出力．画面やファイルなど */

    return 0;
}

例として，消費税込み金額の計算をする関数を別ファイルに記述し，main関数から呼び出す例を示す．
ファイル名を sub.cpp，sub.h とする．

#include <stdio.h>

/* 自作ヘッダファイルは" " で囲う */
#include "sub.h"

/* 税込み金額を計算する関数の定義 */
int calc_tax(int price)
{
    int t_incl;

    /* 消費税10% */
    /* 計算結果をint型にキャスト*/
    t_incl = (int)(1.10 * price);

    return t_incl;
}

// 下記はインクルードガード．
#ifndef _SUB_H
#define _SUB_H

// 関数の宣言のみを記述．
// 実体は .cppファイルに書く．
int calc_tax(int price);

#endif

これらを用いるmain関数を含むソースファイルは

#include <stdio.h>
#include "sub.h"

int main(void)
{
    int orange = 498;  // みかんの値段
    int apple  = 698;  // りんごの値段

    printf("price of orange = %d yen\n", calc_tax(orange));
    printf("price of apple = %d yen\n", calc_tax(apple));
    return 0;
}

となる．

ヘッダファイル内の#ifndef _SUB_H, #define _SUB_H, #endifの部分はインクルードガードと呼ばれ，このヘッダファイルが別のファイルに重複してインクルードされるのを防ぐ役割を果たす．（これが無いと，関数の宣言が複数出現し，コンパイルエラーとなる場合がある．）

コンパイル方法は，

bcc32 main.cpp sub.cpp

と，全ての実装ファイルを同時に指定（正確にはコンパイルとリンク）する必要がある．
（試しに，main.cpp のみコンパイルしてみよ．どのようなエラーが出るか．）

おもな復習

1.　関数（ユーザ関数）

関数の定義方法

関数とは，ひとまとまりの処理の塊であり，処理したいデータを引数として受け取り，計算などの処理を行い，その結果を返すための文法である．
具体的に，足し算の関数で説明を行う．

double add_calc(double x, double y)
{
    return x + y ;
}

この関数は，仮引数としてdouble型の変数 x, y を用意し，受け取った値を足したものを，関数add_calcとしての戻り値（返り値とも言う）として結果を返す．

この関数は値を返すので，関数名の前にdoubleという戻り値の型が宣言されている．
引数がいらない場合，または，値を返さない場合は，voidと記述する．

関数の宣言方法

関数の存在を他の関数に知らせ，利用可能とするためには，そのかたちを「宣言」する必要がある． 正確にはプロトタイプ宣言という．

例えば，main関数内で上記の関数を呼び出したければ，main関数よりも上方の行に，

double add_calc(double x, double y);

のように，関数名と引数および戻り値の型を宣言しておく．（ここにはセミコロンが必要）
関数のプロトタイプ宣言さえあれば，関数の定義は別の.cppファイルに書かれていても良い．
つまり，ファイルを分割してコンパイルすることができる．
もちろん，「コンパイル」の後の「リンク」時に，関数が全て揃っていないとエラーになる．

関数の使い方

メイン関数や関数の中で，関数名および()で囲った引数を正しく記述すれば，関数の呼び出し（＝関数への処理のジャンプ）ができる．
例えば，

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    double a = 7.8;
    double b = 2.7;

    printf("a+b= %f", add_calc(a, b) );
    return 0;
}

となる．
もちろん，この記述中にはadd_calc関数の定義が書かれていないため，

• このソースファイル中にadd_calc関数の「定義」を書く．
• このソースファイル中にadd_calc関数の「宣言」を（ヘッダファイル，または直接）書き，かつ，add_calc関数が「定義」された別のcppファイルを同時にコンパイルする．

の，いずれかを行う必要がある．
後述の分割コンパイルの章を参照のこと．

２．　配列と構造体

配列は「同じ型」の複数の変数を扱うための手段である．
例えば，要素数100個の倍精度実数(double)の配列は

double x[100];

のような形で表される．２次元配列であれば，

double y[100][100];

と書ける．
ちょうど1次元配列ならベクトル，2次元配列なら行列のようにみなすこともできるが， 注意しなければならないのは，配列は「変数の集合体」に過ぎず， 各要素が「1個の変数」と考えておく必要がある．
言い換えると，数学的な「ベクトル」や「行列」の性質は無く，一括での初期化や代入はできない． （従って，繰り返し文を使って，１つ１つ処理するのが基本である．）

さて，配列を使えば，「同じ型」のデータをひとまとめにできる，データ処理を行う際には複数の「異なる型」をひとまとめに使いたいことが往々にしてある． そこで利用するのが，構造体である．

/* 構造体の定義の例 */

/* 例１：住所録．型が異なる変数からなる．*/
struct address
{
    char name[20];
    int age;
    char address[100];
    int postal_code;
}

/* 例２：成績データ．すべて同じ型だが，意味が違う */
struct seiseki
{
    int kouriki;
    int math_a;
    int math_d;
    int english;
};

上記の例のように，異なる基本型を組み合わせて，新しい型を作ることができる．
構造体はデータ変数群まとめるための方法と考えておけばよく，扱いたいデータ構造の設計に非常に重要である．

３．ポインタ（アドレス参照）

一言で言えば，ポインタ変数は，「アドレス」を格納するための変数である．

int main(void)
{
    int x = 0, y = 0;
    int* p;

    p = &x;  /* 変数xのポインタ（アドレス）を p に代入．変数の型とポインタの型はそろえる */
    *p = 100;    /* ポインタの中身（つまり変数x）を代入 */
    y = *p +50;  /* ポインタの中身に50を足したものを変数yに代入 */
}

ポインタ変数（ここではp）を宣言するとき，pの値はアドレスそのものであり，アスタリスク演算子*を用いて*pと記述すれば，ポインタの中身が参照できる．
ただし，予め p = &x として，ポインタ p が別の変数 （ここでは，x） を指すようにしておく必要がある．

上記の例では，初めｘ== 0 となっており，ポインタを使って*pに100を代入すると，pの指す変数 ｘ も100となる．
逆に，x=100;と代入すれば，xの値は100となり，*pの値も100となる．

ポインタ演算子：& は変数のアドレスを取り出す演算子，* はそのアドレスに格納されているの変数の値を取り出す演算子．

ポインタ利用のメリット

関数の引数としての利用（アドレス参照）

ポインタの応用として，「関数」の引数をポインタとする意義をもう一度考えてみよう．
毎度おなじみの，２つの値を入れ替える関数 irekae を考える．
まず，ポインタを使わないと，

#include <stdio.h>

void irekae(int, int);       /* 関数のプロトタイプ宣言では，このように型名だけで変数名を省略することもできる． */

int main(void)
{
    int a, b;

    printf("整数2つ入力");
    scanf("%d", &a );
    scanf("%d", &b );
    irekae( a, b );
    printf("a = %d , b = %d \n", a, b );
    return 0;
}

void irekae(int a, int b)
{
    int temp;

    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

このプログラムを実行して，例えば100, 50と入力し，irekae関数を呼び出しても入れ替えは行われず，　a = 100, b = 50　と出力される．
これは，main関数内の変数a,bに値が入力されたとき，関数の引数にそのまま「コピー」され，irekae関数内で入れ替えてもmain関数内に反映されないためである．
main関数内の変数 a, bと，irekae関数内の変数 a, b は，ローカル変数なので，同じ変数名であっても全く別物である．

では，ポインタを使ってみよう．

#include <stdio.h>

void irekae(int*, int*);      /* 変数名は省略，型名のみ． */

int main()
{
    int a, b ;
    printf("整数2つ入力");
    scanf("%d", &a );
    scanf("%d", &b );
    irekae( &a, &b );      /* アドレスを渡す */
    printf("a = %d , b = %d \n", a, b );
    return 0;
}

void irekae ( int* a , int* b)
{
    int temp;
    temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

一見，ポインタに*をつけて中身をやり取りしているから，同じことをしているように見えるかもしれないが， 先に述べたとおり，main関数内のa, bと関数内のa, bは文字は同じでも別物であるら，ポインタの意味合いを考える必要がある．

1. メイン関数でa, bが定義され，scanfで a,b に値が格納される．
2. irekae関数を呼び出す際，関数の引数に値そのものではなく，main関数の変数a, bの「アドレス」を渡す．
3. irekae関数の引数はポインタなので，ポインタの指す相手を操作できる．
4. ポインタ演算子*を用いて入れ替えを行うと，main関数の変数が書き換えられる．
5. その結果，returnで戻り値を設定しなくても，main関数の変数a,bが正しく書き換えられる．

４．グローバル変数

グローバル変数とは，ソースコードの中でどの関数からも共通して参照・代入が可能な変数である．
様々な解説書や記事に，「グローバル変数はなるべく使わないこと」と記述されていることが多いが，気を付けておけば便利な場合もある． 例えば，数学・物理定数など利用する場合などがそれにあたる．

円周率を考えてみよう． 一つの方法としては，直接与える方法で，double型が約15桁の精度を持っているとすると，

const double pi = 3.14159265358979;

としてもよい．
また，算術関数を用いて定数を作る方法もある．

const double pi = 4.0 * atan(1.0);

と書けばよい． atan(1)は45度，すなわち?/4であるので，これを4倍すれば?が算出できる．

5．クラス

C++言語では，構造体に「変数」だけで無く「関数」も含めることができる「クラス」という新しい概念が追加された．
ごく簡単な例を示しておくので，その概念は理解しておいてほしい．

#include <stdio.h>    /* C の標準入出力ヘッダファイル */
#include <iostream>   /* C++ の標準入出力ヘッダファイル */
using namespace std;


class Ckeisan      /* struct の代わりに class キーワードを使用する． */
{
public:    /* <-C++固有のキーワード．変数や関数を「公開」するという意味． */

    /* メンバ「変数」．これは構造体と同じ */
    int a;
    int b;

    /* メンバ「関数」． 構造体には無く，クラス特有のもの */
    int add(void)
    {
        return a+b;
    }
    int sub(void)
    {
        return a-b;
    }
};

int main(void)
{
    Ckeisan k;    /* 計算クラス．頭文字のCはクラスの意 */

    k.a = 10;   /* 構造体と同様，Ckeisanクラスのメンバ変数に値を代入 */
    k.b = 5;

    cout << "add = " << k.add() << endl;   /* k.add()は，Ckeisanクラスのメンバ関数呼び出し */
    printf("sub = %d\n", k.sub() );   /* k.sub()は，Ckeisanクラスのメンバ関数呼び出し */
}