C言語で情報オリンピック Day3

lifevar

はじめてのCプログラム

コンピュータの世界（せかい）には、色々な言語（げんご）が存在します。
たとえば

C（シー）
C++（シープラプラ）
Java（ジャバー）
Javascript（ジャバースクリプト）
Ruby（ルビー）
Python（パイソン）

などの言語がありますが、この授業（じゅぎょう）ではC言語とC++言語だけをつかいます。

オンラインエディタを使ってはじめてのCプログラムを書き、実行（じっこう）してみましょう。まずソースコードの作成〜実行までの動画を見てみましょう。

このプログラムに #include や int mainなどいろいろありますが、これらはideoneが自動（じどう）てきに書いてくれましたので、実際（じっさい）に書いてもらったのは一行だけです。（書く場所は { の後ろと return のあいだになります）

printf("こんにちは\n");

printfというはC言語では関数（かんすう）といいます。コマンドだと認識（にんしき）してもだいじょうぶです。ようはパソコンに指示（しじ）をだす魔法（まほう）のことばです。

ダブルクォーテーション（"）に囲（かこ）まれているのは文字列（もじれつ）といいます。最後のセミクロン（;）は区切り（くぎり）といいます。複数のコマンドがあれば、コマンドとコマンドの間（あいだ）に必ず区切りを入れます。

\nは特殊の符号（ふごう）です。改行（かいぎょう）符（ふ）といいます。これがなかったら改行されません。以下のサンプルを見てみましょう。

printf("こんにちは");
printf("はじめまして");

この２行を実行したらどうなりますか。

こんにちははじめまして

が出力されます。\nをいれますと

printf("こんにちは\n");
printf("こんにちは\n");

今度（こんど）は

こんにちは
はじめまして

が出力されます。

問題１：動画を参考に

あいうえお　
かきくけこ

を出力するプログラムを作成しましょう。

整数型

コンピュータのべつの名前は計算機（けいさんき）といいます。当初（とうしょ）コンピュータの役割（やくわり）は主（おも）に計算につかわれていました。それでは、プログラムで如何（いか）に数学（すうがく）問題をとくかをみてみましょう。

例題　整数 a=90 と b=3 に対し、a+b、a-b、a✕b、a÷bを出力せよ。

プログラムをみてみましょう。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a = 90, b = 3;
  printf("a+b=%d\na-b=%d\na✕b=%d\na÷b=%d\n", a+b, a-b, a*b, a/b);
  return 0;
}

プログラムを実行しますと、以下の結果がでました。

a+b=93
a-b=87
a✕b=270
a÷b=30

期待（きたい）とおりの結果でした。

aとbの値を変えてみて出力をたしかめましょう。

printf文は複雑になってましたね。この例題では、５つのパラメータ（あるいは引数ひきすうといいます）で構成されてます。１番目はフォーマット文字列（もじれつ）といいます。この文字列のなかに%dは整数型で、後ろの引数を代入しろといういみの特殊符号です。一番めの%dにa+bが代入（だいにゅう）され、二番目はa-bが代入され、三番目にa*b、四番目にa/bが代入されました。%dの数だけ、うしろに引数がつづきます。%d以外に %f（実数）や、%c（文字）、%s（文字列）などいろいろあります。

a=1、b=3のときはどうなりますか。

割り算　a/b　の結果が0になりましたね。これはなぜでしょうか。C言語のなかに / 符号が割り算ですが、被除数（ひじょすう）が整数型intの場合は、結果が商（しょう）の整数部だけになります。（小数点以下は切り捨てになります）0.3の場合は0、1.7の場合は1、-1.8の場合は-1になります。

例題　整数型変数aとbの割り算の商と余りを出力せよ。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a=108, b=38;
  printf("商: %d, 余り:%d\n", a/b, a%b);
}

%演算子（えんざんし）は a ÷ b の余りを計算してくれました。

これでC言語の算術（さんじゅつ）演算子（えんざんし）はすべて学（まな）ぶになりました。+ - * / % ５つになります。この５つの演算子には優先（ゆうせん）順位があります。* / %は同じ優先度で+ - より高い。

5 + 4 * 2 は 13、2 - 5 % 2 は1になります。

実数型

割り算で小数点以下の数字をもらいたい場合はどうしましょうか。実数であることをC言語に教えなければなりません。以下のプログラムを見ましょう。

#include <stdio.h>
int main() {
  float a = 1.0f;
  printf("%8.2f", a/3);
  return 0;
}

float a = 1.0f; 変数aを実数（じっすう）として宣言（せんげん）し、1.0の値を代入する。1.0fのfはこの数字が実数であることを意味します。そしてprintfの一番目の引数に、%dではなく、%fを使います。8.2fの意味は、ここに実数をつかい、最短8つのスペースを占（し）め、小数点後２桁を出力せよといういみです。

注意してほしいのは、%fをつかうときに、指定した小数点の桁数を超えた場合は、小数部分が四捨五入（ししゃごにゅう）になります。
printf("%.1f", 3.0/4)の出力結果が0.8になります。

論理（ろんり）演算子と比較（ひかく）演算子

論理とはなんでしょうか。

例えば「◯◯さんは男である」という論理式があります。これについてほんとうか嘘（うそ）か１つの結果しかありません。ほんとうの場合は真（しん, True）、うその場合は偽（ぎ, False）といいます。

C言語では1を使って真をあらわし、0で偽を表します。以下のプログラムを見てみましょう。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a = 3, b = 5;
  printf("a<b : %d\n", a<b);
  printf("a<=b: %d\n", a<=b);
  printf("a>b: %d\n", a>b);
  printf("a>=b: %d\n", a>=b);
  printf("a==b: %d\n", a==b);
  printf("a!=b: %d\n", a!=b);
  return 0;
}

以下のような結果になりますので、なぜそうなるかを考えてみてください。

ここで使われた <、<=、>、>=、==、!=はC言語の比較演算子になります、その結果は1か0で論理値になります。

C言語の論理演算子は３つあります。&&、|| と ! です。

＆＆は論理積（ろんりせき、AND）といいます。数学では「かつ」という意味です。a && b は aとbがともに真の場合のみ結果が真になります。たとえば「円が丸い」&&「２が１より大きい」の結果が真で、「円が丸い」＆＆「１イコール２」の結果が偽であります。もちろん「三角が丸い」＆＆「１が２より大きい」の結果が偽である。C言語の0と1を使うと、こうなります： 1&&1は1、1 && 0は0、0 && 1は0、0 && 0 は0です。

|| は論理和（ろんりわ、OR）といいます。数学では「あるいは、または」という意味です。a || b は　a または bが真の場合は結果が真であります。つまりどちらかが真であれば結果が真です。1 || 1 = 1, 1 || 0 = 1, 0 || 1 = 1, 0 || 0 = 0。逆に結果が偽であれば、a と bどちらも偽になります。

!は否定（ひてい、NOT)といいます。!a の結果はaの値を逆転することになります。真ならば偽、偽ならば真になります。たとえば「〇〇さんは男である」の！は「〇〇さんは男ではない」ということになります。

この３つの論理演算子を使って複雑（ふくざつ）な論理式を記述することができます。たとえば 　!( ( a - b < c) && (b-c <=d) || a > b) のような式ですね。

C言語の中にif（条件判断文）, while文で論理式を使うことになります。

例題　a=1, b=2, c=3と定義します。a+b*c と a-b/cの値を比較し、前者が大きい場合のみ1を出力せよ。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a = 1, b = 2, c = 3;
  if (a+b*c > a-b/c)
    printf("1");
  return 0;
} 

if 文は右側の(　)内の論理式を判断し、真の場合はうしろの行を実行します。偽の場合はなにもしません。

例題　aとb２つの変数があります。大きい数と小さい数を出力せよ。
たとえばa=2, b=1の場合は、

Max: 2
Min: 1

と出力します。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a = 10, b = 5;
  if (a > b) {
    printf("Max:%d\nMin:%d\n", a, b);
  } else {
    printf("Max:%d\nMin:%d\n", b, a);
  }
  return 0;
}

else文はif文の後ろになりますが、これはifの論理式が偽の場合のみ実行されます。｛｝はif と else の左右するコードを指定します。｛｝の中に複数の文を書くことができます。

このプログラムは? : という条件演算子（じょうけんえんざんし）、または三項演算子ともいいますが、によってif文を省略することができます。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a = 10, b = 5;
  printf("Max:%d\nMin:%d\n", (a>b)?a:b, (a>b)?b:a);
  return 0;
}

三項演算子は (論理式)?(式1):(式2) という形をしていますが、論理式が真の場合は式1の値に、偽の場合は式２の値になります。

ループ

whileループ

C言語では繰り返しを表現するにはwhile や forループが用意されていました。まずサンプルを見てみましょう。

#include <stdio.h>
int main() {
  int i = 0;
  while (i<10) {
    printf("%d ", i);
    i = i + 1;
  }
  return 0;
}

0から９までの数字が出力されました。

while文後ろに論理式がありますが、これが真の場合のみ、｛｝なかの文がずっと（くりかえし）実行されます。上のサンプルでは、｛｝の部分が実行される度にiの値がプラス1になり、i=10になりますと、くりかしの条件 i < 10 が偽になってwhileループが終了します。

while (1) { } のようなループもありますが、これが終了しませんので、デッドループと呼びます。特殊な場合を除いて、デッドループにならないよう注意しましょう。

doループ

#include <stdio.h>
int main() {
  int i = 0;
  do {
     printf("%d ", i);
     i = i + 1;
  } while (i<10);
  return 0;
}

ほぼwhileループと同じですが、条件式がブロックの後ろに移動されました。

whileループとの決定的な違いはdoループのブロックが必ず一回実行されます。whileループは条件があわなければ一度も実行しない可能性がありますね。

forループ

上のwhileループのプログラムをforループで書き換えることができます。

#include <stdio.h>
int main() {
  int i;
  for (i=0; i<10; i++) {
    printf("%d ", i);
  }
  return 0;
}

forループは３つの部分で構成され、; で区切っていますね。i=0の部分は初期化（しょきか）条件といいます。forループのブロック（｛｝の部分）を実行する前に一度だけ実行されます。i<10 は whileループと同じく終了条件です、これが真であるかぎり、ループが継続されます。i++はループのブロックが実行された後に実行されます。

for (;;) {}  と書いたらこれもデッドループですね。

breakとcontinue

３つのループの中にbreakとcontinueを書くことができます。breakは終了条件を無視しループから脱出（だっしゅつ）します。continueはブロック残りの部分を無視し次のループを回します。サンプルで動作を見てみましょう。

#include <stdio.h>
int main() {
　int i = 0;
　do {
　　printf("%d ", i);
　　if (i>5) break;
　　i++;
    } while (i<10);
  return 0;
}

このサンプルでは 0 1 2 3 4 5 6 と出力します。breakによって、i==6のときにループが終了されました。

i++ は i = i + 1 の簡略な形です、i += 1も同じ機能がします。

#include <stdio.h>
int main() {
  int i;
  for (i=0; i<10; i++) {
    if (i%2==1) continue;
    printf("%d ", i);
  }
  return 0;
}

このプログラムは偶数（ぐうすう）だけを出力します：0 2 4 6 8 。つまりcontinue文によってうしろのprintf文が飛ばされました。

変数、if文、演算子、ループによって、我々（われわれ）はついにつよい武器を手にいれました。これらの組み合わせによって、強力（きょうりょく）なプログラムをつくることができます。いよいよJOIの問題を解くことも可能になります。

まずいくつか簡単なプログラムをつくりましょう。

問題　九九（くく）を出力せよ。

分析： a ✕ b の場合は、a が 1〜9 でループになってますし、 bも 1〜9でループしてますよね。このaとbをループでまわせばいい。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a, b;
  for (a=1; a<=9; a++) {
    for (b=1; b<=9; b++)
      printf("%d ✕ %d = %d ", a, b, a*b);
    printf("\n");
  }
  return 0;
}

これでは1✕9と9✕1が両方出力されましたね。プリンターで印刷されたら紙の無駄遣いになりますので節約（せつやく）しましょう。1✕9と9✕1の場合は、1✕9だけ出力しましょう。つまり、a <= b だけの式を出せばよい。プログラムを修正します。

#include <stdio.h>
int main() {
  int a, b;
  for (a=1; a<=9; a++) {
    for (b=a; b<=9; b++)
      printf("%d ✕ %d = %d ", a, b, a*b);
    printf("\n");
  }
  return 0;
}

一文字を変えるだけで、すっきりしましたね。ちなみに、ループ中のループは二重ループといいます。

練習問題　
１）インドでは小学生が１９✕１９まで暗記するらしい。上のプログラムを修正し19✕19の九九を出力せよ。

２）長さNの四角形を出力せよ。たとえばN=5の場合以下の図形になります。

*****
*****
*****
*****

３）素数とは１と自分自分以外に約数を持たない数である。たとえば2, 3, 5, 7, 11, 13などがあります。10000以内のすべての素数を出力せよ。

４）長さNの三角形を出力せよ。たとえばN＝５の場合以下の形になります。

*
**
***
****
*****

５）N/Mの分数を約分せよ。たとえば 2/6 = 1/3。39/26 = 3/2

次の動画をみて、アルゴリズムの重要性を認識せよ。

Day3　まとめ

出力関数 printf
整数型 int
実数型 float
変数
算術演算子 + - * / %
論理演算子 && || !
論理式
条件判断 if文
while, do, forループ

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