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．ここ では，C言語のプログラムによりパイプの生成しgnuplotを起動を行い，パイプを通してコ マンドを送る．C言語のプログラム内にコマンドを記述することにより，プログラマーの 意図したとおりにgnuplotを操作することができる．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．
複数のフィルターコマンドを接続して，かなり複雑な処理ができる．最初のコマンドに処 理すべきデータを与え，その標準出力を次のコマンドに渡すのである．例えば，
ls -l | sort -n -k +5
のようにする．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．「ls -l」の出力が 「sort -n -k +5」の入力になってる3．
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．
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．
hoge = popen("gnuplot -persist","w");
パイプを通して，gnuplotにコマンドを送るのはfprintf()関数を使う．
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．
fprintf(hoge, "plot sin(x)\n");
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．- 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． - 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． - 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19年7月11日