%===================================================================== % 秋田高専 5E 計算機応用 テキスト %テーマ サンプルプログラム % 本テキストの内容 % ・ % ・ % ・ % ・ % % last updated 2005.5.19 % created by Masashi Yamamoto % e-mail yamamoto@akita-nct.jp %===================================================================== \documentclass[10pt,a4paper]{jarticle} \usepackage{graphicx,amsmath,amssymb,ascmac,theorem,float} \usepackage{listings, jlisting, html} \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{\tw}[1]{\texttt{#1}} \newcommand{\vm}[1]{\boldsymbol{#1}} % \renewcommand{\lstlistingname}{リスト} \lstset{language=C,% basicstyle=\footnotesize,% commentstyle=\texttt,% classoffset=1,% keywordstyle=\bfseries,% frame=tRBl,framesep=5pt,% showstringspaces=false,% numbers=left,stepnumber=1,numberstyle=\footnotesize% }% % \begin{document} \title{構造体の練習問題のプログラム例} \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{2004年5月19日} \maketitle % %===================================================================== \section{本日の学習内容} %===================================================================== 教科書 p.288 練習問題8のプログラム例を示し、その動作を詳細に説明する。これらのプ ログラムは、これまで学習してきたことの全てが含まれている。動作の分からないところ があれば、教科書などを見て、完全に理解する必要がある。 ここでのメインテーマは構造体である。構造体の基本的な概念は、「プログラマーが分かり やすいように、データをまとめて管理する」と言うことである。これが便利なものである と理解し、自由自在に使いこなせなくてはならない。 % %===================================================================== \section{Lesson 8-1 アンケート集計} %===================================================================== %--------------------------------------------------------------------- \subsection{問題} %--------------------------------------------------------------------- % \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。 \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} あるスポーツの勝敗予想 1人目の予想 (男性:M)　ホームチーム　勝ち:1 2人目の予想 (男性:F)　ホームチーム　負け:2 　　・ 　　・ 　　・ 10人目の予想 (男性:F)　ホームチーム　引き分け:0 \end{verbatim} \end{quote} \end{itembox} % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{問題分析と構造体} %--------------------------------------------------------------------- %--------------------------- \subsubsection{問題分析} %--------------------------- 問題は単純である。10人分の予想結果を入力し、男女別に勝敗の予想人数を集計し、表示 するプログラムである。ここで構造体を使うとしたら、各人の情報(データ)に対してであ る。各人が持つ情報は、 \begin{itemize} \item 性別 \item ホームチームの勝敗予想 \end{itemize} の2種類である。ということで、図\ref{fig:img_struct_1}のように10個のこれらを格納する構造 体を使うことにする。 % \begin{figure}[H] \begin{center} \includegraphics[keepaspectratio,scale=1.0]{figure/img_struct_1.eps} \caption{勝敗予想の基本情報} \label{fig:img_struct_1} \end{center} \end{figure} % 集計結果も構造体にすることも可能であるが、教科書の解答の通り、配列を使うことにす る。集計結果は全て男女別の勝敗予想の人数で、同じ性質の整数の集まりなので、配列で も十分である。 % %--------------------------- \subsubsection{構造体の定義} %-------------------------- 各人の情報は性別と勝敗予想である。それが10人分ある。10人同じ情報があるので、それ は配列にするのが良いだろう。各個人の情報は、構造体で一つの変数にまとめると分かりや すくて良い。性別と勝敗予想を一つの変数にまとめるために、C言語では次のように書く。 % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct datatype{ char sex; int toto; }; \end{verbatim} \end{quote} % \tw{datatype}という構造体を定義し、その中には性別を表す文字型(\tw{char})の変数 \tw{sex}と、勝敗予想を表す整数型(\tw{int})の変数\tw{toto}がある。これら2つの変数 を構造体\tw{datatype}のメンバーと言う。これで、図\ref{fig:diff_struct_1}のような 変数が定義できたのである。 % \begin{figure}[H] \begin{center} \includegraphics[keepaspectratio,scale=1.0]{figure/diff_struct_1.eps} \caption{構造体のイメージ。構造体(struct datatype)は2つのメンバーがある。} \label{fig:diff_struct_1} \end{center} \end{figure} % 文字型変数\tw{sex}に1文字を格納して各人の性別を表す。例えば、メンバーの\tw{sex} は \begin{itemize} \item \tw{f}が格納されていれば女性(female) \item \tw{m}が格納されていれば男性(male) \end{itemize} とする。整数型変数\tw{toto}には、ホームチームの試合の予想結果を表す。例えば、メ ンバー\tw{toto}は、ホームチームの勝敗として \begin{itemize} \item 0が格納されていれば、引き分け \item 1が格納されていれば、勝ち \item 2が格納されていれば、負け \end{itemize} とする\footnote{ここでも文字型の変数が使えるが、教科書の通り整数型を使う。}。ここ で、メンバー\tw{sex}が\tw{f}や\tw{m}が男性や女性、\tw{0,1,2}が引き分けや勝ち負け を表すと決めたのはプログラマーであり、コンピューターはなにも関知していない事を忘 れてはならない。 これで、データ構造の内容が決まった。新しい変数の型として構造体を定義した。まだ、データの型の定義が終わっただけで、コンピューターのメモリーの確保が終わっ ていない。実際にデータを操作する場合、メモリーを確保する事が必要である。これは、 プログラム中で \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} struct datatype data[10]; \end{verbatim} \end{quote} と書けばよい。そうすると、図\ref{fig:struct_memory_1}のようにメモリーが確保され る。 % \begin{figure}[H] \begin{center} \includegraphics[keepaspectratio,scale=1.0]{figure/struct_memory_1.eps} \caption{メモリー中の構造体のデータ} \label{fig:struct_memory_1} \end{center} \end{figure} % %--------------------------------------- \subsubsection{構造体のメンバーへのアクセス} %--------------------------------------- これで、データの構造が決まったので、あとはそれぞれのメンバーにアクセスする方法が 分かれば、構造体の全てが分かる。構造体のメンバーへのアクセスの前に通常の変数と配 列のデータへのアクセスの方法を復習する。通常の変数、例えば\tw{a}という変数へのア クセスは容易で、変数名を使えばそのデータを参照できる。次に配列であるが、それは配 列名と添え字を示すことによりデータにアクセスできる。例えば、\tw{b[3]}とかである。 データは構造体のメンバーに格納されているから、それにアクセスするためには、構造体 名とメンバー名を示す必要がある。実際のアクセスの方法については、% \htmladdnormallink{既に学習} {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2005/2E/1st/html/% node3.html#SECTION00032000000000000000}% したように、ドット演算子をつかう。ここでは、次のように使われている。 \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} data[loop].sex data[loop].toto \end{verbatim} \end{quote} % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{プログラム例} %--------------------------------------------------------------------- この問題のプログラム例% \begin{rawhtml} (toto.c) \end{rawhtml} をリスト\ref{prog:question}に示す。このプログラムは、グローバルな部分と4つの関数 からできておりそれぞれの動作は以下の通りである。 %------------------------ \subsubsection{グローバル} %------------------------ \begin{list}{}{\leftmargin=7em \labelwidth=5em} \item[10-13行]\htmladdnormallink{構造体の定義}% {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2005/2E/1st/html/% node3.html#SECTION00031000000000000000} \item[17-19行]\htmladdnormallink{関数プロトタイプの宣言}% {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2004/1E/27th/html/% node3.html} \end{list} % %---------------------------- \subsubsection{\tw{main}関数} %---------------------------- \begin{list}{}{\leftmargin=7em \labelwidth=5em} \item[25行]\htmladdnormallink{メイン関数}% {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2004/1E/28th/html/% node1.html#SECTION00011000000000000000}% の始まり。メイン関数の終わりは、39行である。 \item[28行]\htmladdnormallink{構造体変数の宣言}% {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2005/2E/3rd/html/% node3.html#SECTION00033000000000000000}。 これは、配列型の構造体を宣言して、メモリーを確保している。 \item[29行]集計結果を格納する\htmladdnormallink{配列}% {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2004/1E/18th/html/% arry.html}の宣言。この配列には、以下のようなデータが格納される。 \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} result[0][0] : 女性で引き分けと予想した人数 result[0][1] : 女性で勝ちと予想した人数 result[0][2] : 女性で負けと予想した人数 result[1][0] : 男性で引き分けと予想した人数 result[1][1] : 男性で勝ちと予想した人数 result[1][2] : 男性で負けと予想した人数 \end{verbatim} \end{quote} \item[33行]データ入力用の\htmladdnormallink{関数}% {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2004/1E/27th/html/% index.html}の呼び出し。 \item[34行]結果集計の関数の呼び出し。 \item[35行]結果出力の関数の呼び出し。 \item[38行]メイン関数が\htmladdnormallink{戻り値}% {http://www.akita-nct.jp/~yamamoto/lecture/2004/1E/27th/html/% node3.html#SECTION00032000000000000000}% を返して、呼びだし元へ戻る。 \item[39行]メイン関数のブロックの終わりを示している。 \end{list} % %------------------------------------------ \subsubsection{データ入力関数(\tw{data\_input})} %------------------------------------------ \begin{list}{}{\leftmargin=7em \labelwidth=5em} \item[55行]データ入力関数の開始 \item[56行]ループのカウンターに用いる変数宣言 \item[57行]キーボード入力の時にバッファーに残るゴミを入れる。 \item[62-68行]\tw{for}文による10回のループ \item[63行]性別の入力を促す。 \item[64行]\tw{scanf}関数によりキーボードからデータを取得して、構造体変数 \tw{data[loop]}のメンバー\tw{sex}に格納する。 \item[66行]ホームチームの勝敗の入力を促す。 \item[67行]\tw{scanf}関数によりキーボードからデータを取得して、構造体変数 \tw{data[loop]}のメンバー\tw{toto}に格納する。 \item[70行]関数が戻り値を返して、呼びだし元へ戻る。 \item[71行]関数のブロックの終わりを示している。 \end{list} % %--------------------------------------------- \subsubsection{データの集計関数(\tw{calc\_result})} %--------------------------------------------- \begin{list}{}{\leftmargin=7em \labelwidth=5em} \item[93行]データ入力関数の開始 \item[94行]ループのカウンターに用いる変数宣言 \item[97-101行]人数を格納する配列をゼロに初期化する。 \item[103-109行]男女別勝敗の人数のカウント \item[111行]関数が戻り値を返して、呼びだし元へ戻る。 \item[112行]関数のブロックの終わりを示している。 \end{list} % %------------------------------------------- \subsubsection{結果出力関数(\tw{print\_result})} %------------------------------------------- これは説明するまでもないであろう。各自考えよ。 % %---------------------------- \subsubsection{プログラムリスト} %---------------------------- % \input{program/toto_c.tex} % \begin{latexonly} \begin{lstlisting}[caption=アンケートの集計,label=prog:question] /*==================================================================*/ /*==================================================================*/ /* 教科書 「C言語プログラミング初歩の初歩」 */ /* 練習問題 8 Lesson 8-1 アンケートの集計 */ /*==================================================================*/ /*==================================================================*/ #include /* ---- 構造体　---- */ struct datatype{ char sex; /* 性別を表す文字 m:男性 f:女性 */ int toto; /* 予想結果を記憶する整数 0:引分 1:勝 2:負 */ }; /* ---- プロトタイプ宣言 ---- */ int data_input(struct datatype data[]); int calc_result(struct datatype data[], int result[][3]); int print_result(int result[][3]); /*==================================================================*/ /* メイン関数 */ /*==================================================================*/ int main(void){ /* ---- 変数宣言 ---- */ struct datatype data[10]; /* 構造体の宣言 */ int result[2][3]; /* 勝敗予想人数[0:男 1:女][0:引分 1:勝 2:負]*/ /* ---- 実行文 ---- */ data_input(data); /* データ入力関数呼び出し */ calc_result(data, result); /* 結果集計関数の呼び出し */ print_result(result); /* 結果表示関数の呼び出し */ return 0; } /*==================================================================*/ /* データの入力 */ /* [引数] */ /* 仮引数 data[] : 予想結果を格納する構造体 参照渡し */ /* [戻り値] */ /* int : 常に 0 が返される */ /* [動作内容] */ /* ユーザーに入力を促し、キーボードから入力された　男性 or 女性　と */ /* 勝敗予想を引数で渡された構造体に格納する。 */ /* 男性 f 女性 m */ /* 勝ち 1 引き分け 0 負け 2 */ /* これらの値は、予想結果を格納する構造体 data[] に格納される */ /*==================================================================*/ int data_input(struct datatype data[]){ int loop; /* 読み込み番号のカウンター */ char temp; /* バッファーに残ったゴミを入れる */ /* ---- 勝敗予想の入力 ---- */ for(loop = 0; loop < 10; loop++){ printf("%d人目の予想をする方の性別は? 女性:f 男性:m\n",loop+1); scanf("%c%c", &data[loop].sex, &temp); printf("ホームチームの試合? 勝ち:1 引き分け:0 負け:2\n"); scanf("%d%c", &data[loop].toto, &temp); } return 0; } /*==================================================================*/ /* データの集計 　　　　　　 */ /* [引数] */ /* 仮引数 data[] : 予想結果が格納されている構造体 参照渡し */ /* result[][]: 集計結果の集計を格納する配列 参照渡し */ /* result[0:女性 1:男性][0:引分 1:勝 2:負] */ /* [戻り値] */ /* int : 常に 0 が返される */ /* [動作内容] */ /* 予想結果の集計をおこなう。各場合における人数は配列result[][] */ /* に格納される。 */ /* 勝敗予想を引数で渡された構造体に格納する。 */ /* result[0][0] : 女性で引き分けと予想した人数 */ /* result[0][1] : 女性で勝ちと予想した人数 　　 */ /* result[0][2] : 女性で負けと予想した人数　　 */ /* result[1][0] : 男性で引き分けと予想した人数 */ /* result[1][1] : 男性で勝ちと予想した人数 　　 */ /* result[1][2] : 男性で負けと予想した人数　　 */ /*==================================================================*/ int calc_result(struct datatype data[], int result[][3]){ int loop1, loop2; /* ---- 初期化 ---- */ for(loop1=0; loop1<2; loop1++){ for(loop2=0; loop2<3; loop2++){ result[loop1][loop2]=0; /* 勝敗予想人数の配列を全てゼロに */ } } for(loop1=0; loop1<10; loop1++){ if(data[loop1].sex == 'f'){ result[0][data[loop1].toto]++; /* 女性の場合 */ }else{ result[1][data[loop1].toto]++; /* 弾性の場合 */ } } return 0; } /*==================================================================*/ /* 結果表示 */ /*==================================================================*/ int print_result(int result[][3]){ printf("\n##集計結果表示##\n"); printf("女性の予想は、[勝ち:%2d][引き分け:%2d][負け:%2d]\n", result[0][1],result[0][0],result[0][2]); printf("男性の予想は、[勝ち:%2d][引き分け:%2d][負け:%2d]\n", result[1][1],result[1][0],result[1][2]); return 0; } \end{lstlisting}\vspace{5mm} \end{latexonly} % \fbox{実行結果} % \begin{quote} \setlength{\baselineskip}{12pt} \begin{verbatim} ##集計結果表示## 女性の予想は、[勝ち: 2][引き分け: 2][負け: 1] 男性の予想は、[勝ち: 1][引き分け: 2][負け: 2] \end{verbatim} \end{quote} % % %===================================================================== \section{Lesson 8-2 データをまとめて管理する1} %===================================================================== %--------------------------------------------------------------------- \subsection{問題} %--------------------------------------------------------------------- \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{プログラム例} %--------------------------------------------------------------------- この問題のプログラム例% \begin{rawhtml} (CD.c) \end{rawhtml} をリスト\ref{prog:CD_write}に示す。 % \input{program/CD_c.tex} % \begin{latexonly} \begin{lstlisting}[caption=CDのデータをファイル出力,label=prog:CD_write] #include /* ---- 構造体 ---- */ struct cd_data{ char title[64]; /* タイトル名を入れる配列 */ char artist[64]; /* アーティスト名を入れる配列 */ char song[6][64]; /* 曲名をいれる配列 6曲まで入力可 */ }; /* ---- プロトタイプ宣言 ---- */ int data_input(struct cd_data CD[]); int write_file(struct cd_data CD[]); /*==================================================================*/ /* メイン関数 */ /*==================================================================*/ int main(void){ struct cd_data CD[10]; data_input(CD); /* CDのデータを入れる関数呼び出し */ write_file(CD); /* CDのデータをファイル出力する関数呼び出し */ return 0; } /*==================================================================*/ /* データの入力 */ /*==================================================================*/ int data_input(struct cd_data CD[]){ int i,j; for(i=0; i<10; i++){ printf("\n--------------------------------------------------\n"); printf("%d番目のCDについてです。\n", i+1); printf("タイトル?\t"); fgets(CD[i].title,64,stdin); /* 空白を含めてタイトル読み込み */ printf("\nアーティスト?\t"); fgets(CD[i].artist,64,stdin); /* 空白を含めてアーティスト読み込み */ for(j=0; j<6; j++){ printf("\n\t%d番目の曲目?\t",j+1); fgets(CD[i].song[j],64,stdin); /* 空白を含めて曲名読み込み */ } } return 0; } /*==================================================================*/ /* データのfile出力 */ /*==================================================================*/ int write_file(struct cd_data CD[]){ FILE *wfile; int i,j; wfile = fopen("CDdata.txt","w"); /* 書き込み用fileのオープン */ /* ---- 10個のCDタイトルの書き込み ---- */ for(i=0; i<10; i++){ fprintf(wfile, "CD%d Title: %s", i+1, CD[i].title); /* タイトル */ fprintf(wfile, "Artist: %s", CD[i].artist); /* アーティスト*/ for(j=0; j<6; j++){ /* 曲名 */ fprintf(wfile,"song%d: %s", j+1, CD[i].song[j]); } } fclose(wfile); /* 書き込み用のファイルのクローズ */ return 0; } \end{lstlisting}\vspace{5mm} \end{latexonly} % % %===================================================================== \section{Lesson 8-3 データをまとめて管理する2} %===================================================================== %--------------------------------------------------------------------- \subsection{問題} %--------------------------------------------------------------------- % \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} %--------------------------------------------------------------------- \subsection{プログラム例} %--------------------------------------------------------------------- この問題のプログラム例% \begin{rawhtml} (findCD.c) \end{rawhtml} をリスト\ref{prog:find_CD}に示す。 % % \input{program/findCD_c.tex} % \begin{latexonly} \begin{lstlisting}[caption=曲名検索,label=prog:find_CD] #include #include /*---- 構造体 ----*/ struct cd_data{ char title[64]; /* タイトルを入れる配列 */ char artist[64]; /* アーティストを入れる配列 */ char song[6][64]; /* 曲名を入れる配列(6曲分) */ }; /*---- プロトタイプ宣言 ----*/ int read_file(struct cd_data CD[]); int read_title(int cdnum, FILE *rfile, struct cd_data CD[]); int read_artist(int cdnum, FILE *rfile, struct cd_data CD[]); int read_song(int cdnum, FILE *rfile, struct cd_data CD[]); int find_song(char song[], struct cd_data CD[]); /*==================================================================*/ /* メイン関数 */ /*==================================================================*/ int main(void){ char song[64]; /* 検索する曲名を入れる配列 */ int nc, find; struct cd_data CD[10]; /* CDのデータを入れる構造体 */ /*----- 検索する曲名の入力 ---------*/ printf("探したい曲名?\t"); fgets(song, 64, stdin); /* キーボードから曲名入力 */ nc=strlen(song); /* 曲名の文字数+1(\n) */ song[nc-1]='\0'; /* 改行(\n)を文字終了(\0)に変更 */ printf("\n"); /* 改行 */ /*----- ファイルの読み込みと検索 ---------*/ read_file(CD); /* CDのデータの読み込み */ find = find_song(song,CD); /* 曲名の検索 */ /*----- 見つからなかった場合のメッセージ ---------*/ if(find==0){ printf("お探しの曲はありません。\n"); } return 0; } /*==================================================================*/ /* データのfileの読み込み */ /*==================================================================*/ int read_file(struct cd_data CD[]){ FILE *rfile; int i; rfile = fopen("CDdata.txt","r"); /* CDのデータファイルのオープン */ for(i=0; i<10; i++){ read_title(i, rfile, CD); /* タイトル名を読み込む関数のコール */ read_artist(i, rfile, CD); /* アーティスト名を読み込む関数のコール */ read_song(i, rfile, CD); /* 曲名を読み込む関数のコール */ } fclose(rfile); /* ファイルのクローズ */ return 0; } /*==================================================================*/ /* タイトル名の読み込み */ /*==================================================================*/ int read_title(int cdnum, FILE *rfile, struct cd_data CD[]){ int nc, nc1, nc2; char temp, c1[64], c2[64]; sprintf(c1,"CD%d",cdnum+1); /* CD番号 CD1, CD2, CD3 ...をc1へ */ nc1=strlen(c1); /* CD番号の文字数 */ do{ /* CD番号の検索 */ fscanf(rfile, "%s",c2); nc2=strlen(c2); if(nc1