%===================================================================== % 秋田高専 2E 情報工学概論 テキスト %　　テーマ　構造体 % 本テキストの内容 % ・ % ・ % ・ % ・ %　　　 　・ % % last updated 2005.4.14 % created by Masashi Yamamoto % e-mail yamamoto@akita-nct.jp %===================================================================== \documentclass[10pt,a4paper]{jarticle} \usepackage{html,graphicx,amsmath,amssymb,ascmac,float} \oddsidemargin 0mm %左の余白 25.4mm-0mm　奇数ページ \evensidemargin 0mm %左の余白 25.4mm-0mm　偶数ページ \textwidth 160mm \newcommand{\command}[1]{「\texttt{#1}」} \newcommand{\cl}[1]{\texttt{#1}} \newcommand{\tw}[1]{\texttt{#1}} % \begin{document} \title{構造体} \author{山本昌志\thanks{独立行政法人　秋田工業高等専門学校　電気情報工学科}} \date{2005年4月14日} \maketitle % % %===================================================================== \section{本日の学習内容} %===================================================================== 本日は、配列と構造体の違い示し、後者が便利なデータ構造であることを学習する。そ して、それをC言語で実装する方法を学ぶ。これを学ぶことにより、分かりやすいプログ ラムが書けるようになる。 構造体は、プログラマーがデータの内容を分かりやすくするための変数を定義するような ものである。変数といっても、それはデータの集合体となっている。そのことを理解して、 それが便利だと分かって欲しい。 % \newpage %===================================================================== \section{構造体とは} %===================================================================== 以前示したように、プログラミングで使われるデータ構造は、表 \ref{table:kind_of_data_structure}のようなものがある。本日は、構造体を学習する。 構造体を学習するとほぼ基本データ構造の学習は終了する。問題向きデータ構造について は、後期に学習することになる。 構造体を配列の違い、そして、構造体が便利な理由を、教科書に沿って説明する。 % \begin{table}[hbtp] \begin{center} \caption{データ構造の種類} \label{table:kind_of_data_structure} \begin{tabular}{|l|l|l|l|l|} \hline データ構造 & 基本データ構造 & 基本データ型 & 単純型 & 整数型 \\ \cline{5-5} & & & & 実数型 \\ \cline{5-5} & & & & 文字型 \\ \cline{5-5} & & & & 論理型 \\ \cline{5-5} & & & & 数え上げ型 \\ \cline{4-5} & & & \multicolumn{2}{l|}{ポインタ型} \\ \cline{3-5} & & 構造型 & \multicolumn{2}{l|}{配列型} \\ \cline{4-5} & & & \multicolumn{2}{l|}{レコード型} \\ \cline{3-5} & & \multicolumn{3}{l|}{抽象データ型} \\ \cline{2-5} & 問題向きデータ構造 & 線形リスト & \multicolumn{2}{l|}{単純リスト} \\ \cline{4-5} & & & \multicolumn{2}{l|}{双リスト} \\ \cline{4-5} & & & \multicolumn{2}{l|}{環状リスト} \\ \cline{3-5} & & 木 & 二分木 & 完全二分木 \\ \cline{5-5} & & & & 二分探索木 \\ \cline{5-5} & & & & バランス木 \\ \cline{4-5} & & & \multicolumn{2}{l|}{多分木} \\ \cline{4-5} & & & バランス木 & AVL木 \\ \cline{5-5} & & & & B木 \\ \cline{3-5} & & \multicolumn{3}{l|}{スタック} \\ \cline{3-5} & & \multicolumn{3}{l|}{キュー} \\ \hline \end{tabular} \end{center} \end{table} % % % %===================================================================== \section{構造体の文法} %===================================================================== 教科書は分かり易く書かれているが、説明不足の所がある。そこで、退屈ではあるが細か い説明をしておく。 %--------------------------------------------------------------------- \subsection{構造体型の定義} %--------------------------------------------------------------------- %------------------- \subsubsection{基礎} %------------------- 構造体は、メンバーと呼ばれる変数の集合体の型である。プログラマーが新たに型を定義 するようなものである。定義の方法は、一般的には次のようになる。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct タグ名　{ 型 メンバー1名; 型 メンバー2名; 型 メンバー3名; ・ ・ ・ 型 メンバーN名; } 変数リスト; \end{verbatim} \end{quote} % 予約語(キーワード)\tw{STRUCT}は、構造体を定義するとコンパイラーに伝える役目があ る。タグ名と言うのは、新たに定義した構造体の名前である。型を定義するのであるから、 その型の名前が必要なのである。型は、メンバーの型を示す。これは、C言語で使うこと ができる通常の型である。たとえば、\tw{int}, \tw{double}, \tw{char}等で、構造体も メンバーの型として、使える。メンバー名は、構造体を構成する変数の名前で、そのデー タにアクセスするために必要である。変数リストは、ここで定義された構造体を使う場合 の変数名である。 タグ名と変数リストのどちらか一方は省略可能である。タグ名を省略すると構造体の型名 が無くなるので、その内容がわかりにくくなり、通常は省略しない。一方、変数リストが 省略されることは、しばしば生じる。 それでは、例として学生の名前と成績、身長、体重を示した構造体を定義してみる。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct gakusei{ char name[80]; int mathematics; int english; int japanese; int electrical_eng; int info_eng; double height; double weight; } sato, tanaka, yamamoto; \end{verbatim} \end{quote} % これで、\tw{gakusei}型の構造体変数の\tw{sato}と\tw{tanaka}、\tw{yamamoto}が使え るようになる。さらに、\tw{watanabe}という変数を追加したい場合は、 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct gakusei watanabe; \end{verbatim} \end{quote} % とすればよい。 変数リストを省略すると、 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct gakusei{ char name[80]; int mathematics; int english; int japanese; int electrical_eng; int info_eng; double height; double weight; }; \end{verbatim} \end{quote} % となる。こうすると、この\tw{gakusei}型の構造体変数を使うためには、 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct gakusei sato, tanaka, yamamoto; \end{verbatim} \end{quote} % のようにプログラム中で書く必要がある。 % 一方、タグ名を省略すると、 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct { char name[80]; int mathematics; int english; int japanese; int electrical_eng; int info_eng; double height; double weight; } sato, tanaka, yamamoto;; \end{verbatim} \end{quote} % となる。この場合は、新たにこの型の構造体変数を追加することができないので、不便な 場合がある。変数の数があらかじめ分かっている場合に使われる。 % %------------------------- \subsubsection{変数を配列に} %------------------------- 先の例だと、学生数が多くなると不便になる。多くのデータを扱う場合は配列が便利なの は以前述べたとおりで、ここでもそれが使える。たとえば、クラス毎に % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct gakusei{ char name[80]; int mathematics; int english; int japanese; int electrical_eng; int info_eng; double height; double weight; } M2[50], E2[50], C2[50], B2[50]; \end{verbatim} \end{quote} % とする事ができる。 変数リストを省略して、 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct gakusei{ char name[80]; int mathematics; int english; int japanese; int electrical_eng; int info_eng; double height; double weight; }; \end{verbatim} \end{quote} % と構造体を定義して、プログラム中で、 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct gakusei M2[50], E2[50], C2[50], B2[50]; \end{verbatim} \end{quote} % と書き、変数を使うこともできる。 % %-------------------------------- \subsubsection{メンバーを構造体型に} %-------------------------------- 先のデータを見ると、成績を表すメンバー(\tw{mathematics, english, japanese, electrical\_eng, info\_eng})は似たようなデータで関連が強い。これは一つにまとめる とデータの内容が分かり易くなり、プログラムの見通しが良くなる。そのためには、次に 示すように構造体のメンバーを使えば良い。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct seiseki{ int mathematics; int english; int japanese; int electrical_eng; int info_eng; }; struct gakusei{ char name[80]; struct seiseki test; double height; double weight; }; \end{verbatim} \end{quote} % このように入れ子にすることを、構造体のネストと言う。ここでは2段のネストであるが、 3段でも4段でも可能である。 %--------------------------------------------------------------------- \subsection{構造体型のメンバーの参照} %--------------------------------------------------------------------- 構造体のメンバーの参照には、\tw{.}演算子 (ドット演算子)をつかう。次のようにする のである。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} 構造体変数.メンバー /* 通常 */ 構造体変数.メンバー.メンバー /* メンバーが構造体 */ 構造体変数.メンバー.メンバー.メンバー /* メンバーのメンバーも構造体*/ 構造体変数[配列の添え字].メンバー /* 構造体が配列*/ 構造体変数.メンバー[配列の添え字] /* メンバーが配列*/ 構造体変数[配列の添え字].メンバー[配列の添え字] /*構造体もメンバーも配列*/ \end{verbatim} \end{quote} % ようするに、構造体といえども、ドット演算子を使う以外は通常の変数とほとんど同じで ある。それでは、実際のプログラム例で、それを見てみよう。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} #include #include struct seiseki{ int mathematics; int english; }; struct gakusei{ char name[80]; struct seiseki test; double height; }; int main(){ struct gakusei e2[10]; strcpy(e2[0].name,"yamamoto"); e2[0].test.mathematics = 95; e2[0].test.english = 65; e2[0].height = 174.8; printf("%s\n", e2[0].name); printf(" Mathematics : %d\n", e2[0].test.mathematics); printf(" English : %d\n", e2[0].test.english); printf(" Height : %f [cm]\n", e2[0].height); return 0; } \end{verbatim} \end{quote} % 構造体は通常の変数のように取り扱うことができるので、\tw{scanf}をつかって、キーボー ドからデータを読み込む場合は、次のようにする。先ほどのプログラムで、キーボードか ら入力された値をメンバーの\tw{mathematics}に格納するためには次のようにする。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} scanf("%d",&e2[0].test.mathematics); \end{verbatim} \end{quote} % 通常の変数同様、格納する変数(ここではメンバー)の頭に\tw{\&}をつけるだけである。 % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{構造体型を使うときの注意} %--------------------------------------------------------------------- \begin{itemize} \item 構造体のメンバー名と通常の変数には同じ名前が使える。すなわち、以下は問題 ない。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct seisu{ int i; int j; }; struct seisu k,l; int i,j; \end{verbatim} \end{quote} \item 次のように構造体を宣言するときに、初期がができる。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct seisu{ int i; int j; }; struct seisu k={1,2}; struct seisu l[2]={{3,4},{5,6}}; \end{verbatim} \end{quote} % \item 同じ構造体であれば、代入演算子(\tw{=})を用いて、そのままコピーできる。いち いちメンバー毎、コピーする必要はない。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct seisu{ int i; int j; }; struct seisu k, l={1,2}; k=l; \end{verbatim} \end{quote} % \item 構造体同士の比較は無意味であるし、できない。比較する場合は、メンバーを比較 する。 \item 関数の引数に構造体を用いることは、問題なく可能である。ふつうの変数のように 考えればよい。 \end{itemize} % %===================================================================== \section{練習問題(プログラム作成)} %===================================================================== 教科書の練習問題p.288のプログラムを作成せよ。どうしてもわからない場合 は、答えをみて、そのプログラムの内容を理解せよ。 % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{アンケート集計} %--------------------------------------------------------------------- 教科書の練習問題 Lesson 8-1のプログラムを作成せよ。 % \begin{itembox}[l]{Lesson 8-1} 以下のような予想結果を10人分入力し、男女別の予想結果を「勝ち・引き分け・負け」に 分けて集計し、表示するプログラムを構造体を利用して作成しなさい。 \end{itembox} % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{-応用問題-データをまとめて管理する1} %--------------------------------------------------------------------- 教科書の練習問題 Lesson 8-2のプログラムを作成せよ。 % \begin{itembox}[l]{Lesson 8-2} 音楽CD 10枚に入っている曲 (各CDには6曲) を入力し、テキストファイルに記録するプロ グラムを作成しなさい。ただし、作成するテキストファイル(CDdata.txt)は次の通りとし ます。 \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} CD1 title:Zokkon C GENGO Artist: Hoge Maru song1: Ikeike hensuu song2: Hairetu BANZAI ・ ・ ・ song6: Saraba Kozoutai CD2 Title: Love Love C Artist: etc etc \end{verbatim} \end{quote} プログラム中のCDデータの取り扱いには、構造体を使うこと。 \end{itembox} % % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{-応用問題-データをまとめて管理する2} %--------------------------------------------------------------------- 教科書の練習問題 Lesson 8-3のプログラムを作成せよ。 % \begin{itembox}[l]{Lesson 8-3} Lesson 8-2で作成したテキストファイルを読み込み、曲名を入力するとその曲が入って いるCDの名前と何番目かを表示してくれるプログラムを作成しなさい。 \end{itembox} % %===================================================================== \section{レポート} %===================================================================== %--------------------------------------------------------------------- \subsection{内容} %--------------------------------------------------------------------- 練習問題のプログラムのうち、「アンケート集計」と「-応用問題-データをまとめて管理 する1」を完成させること。実行の確認ができたならば、それをプリントアウトして、レ ポートとして提出する。 将来、情報処理関係の仕事に就きたいと思っている者は、頑張って、最後の「-応用問題- データをまとめて管理する2」を完成させよ。最後の問題は、できた者のみレポートとし て提出のこと。 自宅のプログラムを作っても良い。そして、実行の確認がとれたならば、それをプリント アウトし、レポートとして提出しても良い。 % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{レポート提出要領} %--------------------------------------------------------------------- 提出方法は、次の通りとする。 % \begin{quote} \begin{tabular}{ll} 期限 & 後日、指定する。 \\ 用紙 & A4 \\ 提出場所 & 山本研究室の入口のポスト \\ 表紙 & 表紙を1枚つけて、以下の項目を分かりやすく記述すること。\\ & \qquad 授業科目名「情報工学」\\ & \qquad 課題名「課題　構造体の練習」\\ & \qquad 1E\quad 学籍番号\quad 氏名\\ & \qquad 提出日\\ 内容 & ソースプログラム(プリントアウトのみ、手書きは不可) \end{tabular} \end{quote} % % %===================================================================== \end{document}