数値計算プログラム

ソースファイルの作成、コンパイル、実行
変数と定数
演算子と数学関数(関数とは...)
練習課題その１

　以下の内容のファイルを作り、test2.c として保存して下さい。

/* Program "test2.c" --- 単振動(振り子) */

#include <stdio.h>
#include <math.h>

double g = 9.8;
double pai = 3.1416;

int main(void)
{
	int n;
	double x, y;
	double w;

	double range = 0.2;
	double l = 0.5;

	w = sqrt( g / l );
	x = 0.1;
	for( n = 1; n <= 10; n++ )
	{
		y = range * sin( w * x * n);
		printf(" x = %lf, y = %lf \n", x * n, y);
	}

	return 0;
}

　ソースプログラムの入力と保存が終わったら、コンパイルします。ただし、前回と少しコンパイルオプションが少し変わります。

cc -o test2 test2.c -lm

　エラーがなければ、test2 というファイルができているはずです。lsコマンドでファイルの
有無を確認して下さい。もしエラーメッセージがでたら、ソースファイルを修正して再コンパ
イルして下さい。コンパイルが正常に通ったらプログラムを実行してみましょう。

./test2
 x = 0.100000, y = 0.085680 
 x = 0.200000, y = 0.154838 
 x = 0.300000, y = 0.194141 
 x = 0.400000, y = 0.196010 
 x = 0.500000, y = 0.160084 
 x = 0.600000, y = 0.093291 
 x = 0.700000, y = 0.008510 
 x = 0.800000, y = -0.077913 
 x = 0.900000, y = -0.149312 
 x = 1.000000, y = -0.191921

数値計算プログラムを作成、コンパイルする際の注意

math.hをインクルードする(sin,cos等の数学関数を使用する場合)
コンパイルの際、数学関数ライブラリを指定する
- 「-lm」オプションをつけると、数学関数ライブラリlibm.aが組み込まれます。
使用する変数を関数の先頭部分であらかじめ宣言する。
- 変数については後述の説明を参照
変数の型に注意する。
- sin, cos等演算子の用意されてない演算は、数学関数を使用して行なう。

2. 変数と定数

　数値計算は、変数や定数を用いて行ないます。また、プログラムが扱うデータも変数に入れて処理を行ないます。
　C言語で使用できる変数の種類(型)と、以下の項目に挙げた使用上の注意を確認して下さい。

C言語での変数使用の際の注意事項

使用する変数は、関数の先頭部分で宣言しなくてはならない。
変数の名前には英数字と「_(アンダースコア)」を使用する。
C言語の予約語(forやdouble等)は変数名として使用できない。
計算に適した「型」の変数を使用する。
異なる型の変数同士の演算では、結果に注意する。
- 例)整数と浮動小数点同士の演算では、結果は浮動小数点になる。
型の異なる変数を同じにそろえるには、キャスト(cast)変換を使用する。
変数の有効範囲に注意する。
- 関数の外で宣言した変数は、どの関数でも使用できる(グローバル変数)。
- 関数の中で宣言した変数は、その関数内部でのみ使用できる(ローカル変数)。

　定数や変数型について
　今のところは10進数の整数と浮動小数点が分かれば良いでしょう。ただし、後の「入出力」で
出てくる文字型についても、目を通しておいて下さい。

C言語ではその変数に代入するデータによって型を使い分けなければなりますん。

変数の型宣言子バイト数

整数型 char １バイト文字型（０からFFHまで）

int 4バイト０からＦＦＦＦFFFFHまで(-214783648〜214783647)

short int ２バイト０からFFFFHまで(-32768〜32767)

long int 4バイト０からFFFFFFFFHまで(-214783648〜214783647)

実数型 float ４バイト

double ８バイト

変数の型	宣言子	バイト数
整数型	char	１バイト	文字型（０からFFHまで）
int	4バイト	０からＦＦＦＦFFFFHまで(-214783648〜214783647)
short int	２バイト	０からFFFFHまで(-32768〜32767)
long int	4バイト	０からFFFFFFFFHまで(-214783648〜214783647)
実数型	float	４バイト
double	８バイト

short int, long intのintは省略してもかまわない。
整数型の変数で負のデータが必要なく、もっと大きなデータを扱うようにしたいときには、unsignedを先頭に付ける。
　　unsigned int (0〜4294967295)
　　unsigned short (0〜65535)
　　unsigned long (0〜4294967295)

/* hensuu_teigi.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
　　char moji = 0xfe;
　　int seisu = 0xfffffffe, i;
　　short sseisu = 0xfffe;
　　for(i = 1;i <= 3;++i){
　　　　moji = moji + 1;
　　　　seisu = seisu + 1;
　　　　sseisu = sseisu + 1;
　　　　printf("moji=%d seisu=%d　sseisu=%d\n", moji, seisu, sseisu);
　　}
}

　特殊なデータ型としてvoid型があります。これは、"値が参照できない"、"値が代入できない"データ型です。ここでは、"何も無し"というような意味で考えるてください。
　関数mainに引数が無いということを明示するために、(　)内にvoidと書きました。覚えていますか？

また文字型定数(後でまた出てきますが... )の定義については次のような決まりがあります。
◎ 一文字を表す時... シングルクォーテーションでくくる例) 'a', '9', '#'
◎ 文字列を表す時... ダブルクォーテーションでくくる例) "hoge", "namihei"

3. 演算子と数学関数

　C言語では、数式と同様に変数や定数間に演算子を書くことにより、演算を記述します。
　用意されていない演算は、数学関数を利用して行ないます。C言語で使用できる演算子と、数学関数の例を確認して下さい。
　また、数学関数を利用する場合の変数の型に注意して下さい。

算術演算子

タイプ	記号	用例
加算	+	a = b + c
減算	-	a = b - c
乗算	*	a = b * c
除算	/	a = b / c
余り	%	a = b % c

代入演算子

タイプ	記号	用例	一般記法
	=	a = b	a = b
	+=	a += b	a = a + b
	-=	a -= b	a = a - b
	*=	a *= b	a = a * b
	/=	a /= b	a = a / b
	%=	a %= b	a = a % b
	&=	a &= b	a = a & b
	\|=	a \|= b	a = a \| b
	^=	a ^= b	a = a ^ b
	<<=	a <<= b	a = a <<= b
	>>=	a >>= b	a = a >>= b

関係演算子

タイプ	記号	用例
大なり	>	if(a > b) c = 0;
以上	>=	if(a >= b) c = 0;
小なり	<	if(a < b) c = 0;
以下	<=	if(a <= b) c = 0;
等しい	==	if(a == b) c = 0;
等しくない	!=	if(a != b) c = 0;

論理演算子

タイプ	記号	用例
論理和	\|\|	if(a == 0 \|\| b == 0) c = 0;
論理積	&&	if(a == 0 && b == 0) c = 0;
否定	!	if(!a) c = 0;

インクリメント、デクリメント演算子

タイプ	記号	用例
インクリメント	++	++a;	++a; または a++;　→　a=a+1
デクリメント	--	--a;	--a; または a--;　→　a=a-1

a = ++b;　→　b = b + 1;　a = b;　　　bに1を加算してから、bをaに代入する。
a = b++;　→　a = b;　b = b + 1; 　　 bをaに代入してから、bに1を加算する。
a = --b;　→　b = b - 1;　a = b;
a = b--;　→　a = b;　b = b - 1;

ビット演算子

タイプ	記号	用例
論理積	&	a = b & c;	A = B AND C
論理和	\|	a = b \| c;	A = B OR C
排他的論理和	^	a = b ^ c;	A = B XOR C
1の補数	~	a = b ~ c;	A = B NOT C
左シフト	<<	a = b << c;
右シフト	>>	a = b >> c;

真理値表

論理積			論理和			排他的論理和
入力		出力	入力		出力	入力		出力
A	B	Y	A	B	Y	A	B	Y
0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	1	1	0	1	1
1	0	0	1	0	1	1	0	1
1	1	1	1	1	1	1	1	0

　数値を2進数に変換後、真理値表にしたがって計算される。計算後は、元の数値の型に戻る。

1の補数
　数値を2進数に変換後、1と0すべて反転させる。
　10101010(AAH)　→　01010101(55H)

  C言語での関数とは

      関数とはサブルーチンのようなもので、別に記述したプログラムの一部を呼び
    出して実行することができます。呼び出す際には、変数を渡すことができます。
    関数内部の処理が終ると、返り値を一つ返すことができます。

    整数変数 a, b を関数hoge()に渡し、返り値を 整数変数 cに代入する例

	int a, b, c;
	a = 1;
	b = 2;
	c = hoge(a, b);


    もし関数hoge()が次のように記述されているとしたら、変数cには11が入ります。

        int hoge(int x, int y)
	    {
		int z;

		z = x * 5 + y * 3;

		return z;
	    }


      「int hoge(int x, int y)」という部分に注目して下さい。最初のintは、
    関数hoge()の返り値が整数型であることを指定しています。括弧の中の
    「int x, int y」は、この関数には整数型変数2つが渡されることを表して
    います。渡された変数x, yは、この関数の内部で使用することができます。
    返り値は、returnによって関数を呼び出した部分に返すことができます。

4. 練習課題その１

2次方程式 a x*x + b x + c = 0の解を計算するプログラムを作成してください

　1. 計算結果はprintf() 関数を用いて表示することができます。

        double型の変数 d に結果が入っている場合、

            printf("answer=%f\n", d);

        で d に入っている数字を表示できます。

　2. a,b,cを適当に設定して解が正しく計算されているか確認しましょう。

　プログラムの見当がつかない人は、以下のひな型を参考に考えてみましょう。

/* Program exercise01.c --- 二次方程式の解 */ #include <stdio.h> #include <math.h> int main(void){ double A = 1.0; double B = -4.0; double C = 4.0; SecondDegreeAnswer(A, B, C); return 0; } int SecondDegreeAnswer(double a, double b, double c){ double x1; double x2; x1 = [ここに何が入るか考えてみよう]; x2 = [ここに何が入るか考えてみよう]; printf("二次方程式 %.2f x*x + %.2f x + %.2f = 0 の解は\n", a, b, c); printf(" x1: %.2f\n", x1); printf(" x2: %.2f\n", x2); return 0; }

練習問題その１の解答例

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