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4 C言語からgnuplotを操作する

4.1 パイプとは

gnuplotをC言語のプログラムから制御するには，パイプを使うのが最も簡単である．C言語の プログラムで，パイプを開いて，それをgnuplotに接続するのである．接続方法を説明す る前に，UNIXのパイプという機能を簡単に説明しておく．

UNIXのコマンドの大部分は，標準入力(キーボード)からデータを受け取り，標準出力(ディ スプレイ) に処理した結果を出力するようになっている．例えば， 


	ls -l

などである．このように，コマンドをフィルターと呼ぶ．

複数のコマンドを使って，処理したいデータがある場合，UNIXではコマンドを接続するこ とができる．標準出力から出てくるデータを次のコマンドの標準入力に渡すのである．例 えば， 


	ls -l | sort -n -k +5

のようにするのである．最初のコマンドで，カレントディレクトリーのファイルとディレ クトリーの情報を調べ，次のコマンドでファイル容量の順に並べている．

このようにコマンドを連結する機能をパイプラインという．そして，連結する | を パイプという．あたかも，パイプにデータが流れているかのようである．もちろん，2個 以上のコマンドの連結が可能である．このようにパイプを使ってコマンドをつなぐことに より，UNIXではかなり複雑な動作も簡単に記述できる．

4.2 パイプによるgnuplotへのコマンド送信

パイプを使うことにより，C言語のプログラムを通してgnuplotを制御することができる． C言語のプログラムから，gnuplotにパイプを通してコマンドを流し，プログラマーの思 い通りに動作させるのである．これを実現するためには，(1)パイプを開く(2)パイプ を通してコマンドを送る(3)パイプを閉じる--という一連の操作が必要である．

パイプを開くためには，ファイルポインターをつかう．そのためファイルポインターを格 納する変数を用意しなくてはならない．パイプの先もファイルとして扱われるのである．


FILE *hoge;

次にgnuplotを立ち上げて，そこにパイプを接続する必要がある．次のようにする．


hoge = popen("gnuplot -persist","w");
popen()関数がパイプを開く命令である．これで，gnuplot が立ち上がり，パイプを 通して，コマンドを送ることができる．オプションのpersistで，gnuplotが終了し てもグラフが残るようにしている．そうしないと，コンピューターの動作は高速なので， gnuplotは一瞬にして終了し，グラフが消えてしまい，ほとんど動作内容が分からなく なる．popen()関数の戻り値はパイプの情報を示すファイルポインターである．この ファイルポインターを指定して，コマンドを送ることになる．以前，学習したファイル操 作とほとんど同じである．

パイプを通して，gnuplotにコマンドを送るのはfprintf()関数を使う．


fprintf(hoge, "plot sin(x)\n");
このfprintfを使って，gnuplotにいくらでもコマンドを送ることができる．あたか も，C言語の向こう側でgnuplotが立ち上がって，それから命令を送っているかのように動 作する．このようなことができるのが，コマンドを打ち込むCharacter-based User Interface(CUI)の良いところである．

すべての動作が終了したならば，パイプを閉じなくてはならない．これも，ファイルの操 作と全く同じである．


pclose(hoge);

4.3 プログラム例

4.3.1 グラフ作成

C言語からgnuplotへパイプを使ってコマンドを送る方法を示す．リスト1 はその例で，三角関数のグラフを描いている．パイプを開きfprintf()関数を使っ て，直接gnuplotにコマンドを送っているだけである． 
   1 #include <stdio.h>
   2 
   3 int main(void){
   4   FILE *gp;
   5 
   6   gp = popen("gnuplot -persist","w");
   7   fprintf(gp, "plot sin(x)\n");
   8 
   9   pclose(gp);
  10 
  11   return 0;
  12 }

4.3.2 配列のデータをグラフ化

数値計算の場合，配列にデータが格納されることが多い．配列に格納されたデータを gnuplotに送には，次のようにする．複数のデータがある場合は，付録に載せている．
  1. まずは，配列のデータを送る準備が必要である．21行目のように，
    plot '-' [オプション]
    とする．
  2. データの送信は，24行目にように
    fprintf(パイプを表すファイルポインター,データの並び)
    とする．
  3. eを送れば，データの終了となる．27行目にように
    fprintf(パイプを表すファイルポインター,"e\n")
    とする． 

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <math.h>
   3 #define NX 720
   4 
   5 int main(void){
   6   FILE *gp;
   7   int i;
   8   double dx, x[NX+1], y[NX+1];
   9 
  10   /* ---- データ作成 ---- */
  11   dx=4*M_PI/NX;
  12   for(i=0; i<=NX; i++){
  13     x[i]=-2*M_PI+i*dx;
  14     y[i]=sin(x[i]);
  15   }
  16 
  17   /* ---- グラフ作成 ---- */
  18   gp = popen("gnuplot -persist","w");
  19   fprintf(gp, "set xrange [-6.5:6.5]\n");
  20   fprintf(gp, "set yrange [-1.5:1.5]\n");
  21   fprintf(gp, "plot '-' with lines linetype 1 title \"sin\"\n");
  22 
  23   for(i=0; i<=NX; i++){
  24     fprintf(gp,"%f\t%f\n", x[i], y[i]);    // データの書き込み
  25 
  26   }  
  27   fprintf(gp,"e\n");
  28 
  29   pclose(gp);
  30 
  31   return 0;
  32 }

4.3.3 データファイルのグラフ作成

複雑な数値計算を行う場合，データをファイルに保存してから，それをグラフ化すること もある．リスト3ではデータを一度ファイルに保存してから，それを呼び 出してグラフ化している．ファイルに格納されたデータをグラフにする方法は簡単で，27 行目のように
plot "ファイル名" [オプション]
と直接，ファイル名を指定指定したコマンドを送る． 
   1 #include <stdio.h>
   2 #include <math.h>
   3 #define NX 720
   4 
   5 int main(void){
   6   FILE *data, *gp;
   7   char *data_file;
   8   int i;
   9   double dx, x, y;
  10 
  11   /*------ データファイル作成 ---------- */
  12   data_file="out.dat";
  13   data = fopen(data_file,"w");
  14 
  15   dx=4*M_PI/NX;
  16   for(i=0; i<=NX; i++){
  17     x=-2*M_PI+i*dx;
  18     y=sin(x);
  19     fprintf(data,"%f\t%f\n", x, y);
  20   }
  21   fclose(data);
  22 
  23   /*------ グラフの作成 ---------- */  
  24   gp = popen("gnuplot -persist","w");
  25   fprintf(gp, "set xrange [-6.5:6.5]\n");
  26   fprintf(gp, "set yrange [-1.5:1.5]\n");
  27   fprintf(gp, "plot \"%s\" with lines linetype 1 title \"sin\"\n",data_file);
  28   pclose(gp);
  29 
  30   return 0;
  31 }


ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志
Yamamoto Masashi
平成18年7月4日

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