前回の内容 データ構造の必要性 プログラムを作成 命令を並べて、目的とする機能を実現する 三つの制御構造 順接 : 命令を順に実行する 条件分岐 : 条件によって、複数の命令を切りかえる 繰り返し : 条件が成立する限り、命令を繰り返す => 基本的な命令を組み合わせる事により、 任意の機能が実現できる => C 言語で、これらをどのように表現するか ? 順接 => 並べるだけ 条件分岐 : if 構文 / switch 構文 繰り返し : 再帰構造 / while / for 構文 分割統治 目的を、副目的に分割する プログラムを作成する目的 プログラムを使って、現実の機能を実現したい 現実とコンピュータの対応関係が必要 現実の対象が複雑 コンピュータの扱うデータも複雑 データを設計する <=> プログラム構造の設計 C 言語 : 手続き型言語 => 命令の組み合わせ(手続き)でプログラム <=> 対象となる(現実のモノに対応した)データの組み合わせ => オブジェクト指向 対象を記述すれば.. (自然に..) 対象が相互作用して、 目的の機能を実現する(シミュレーションの発想) => データ構造 データ構造 (1) コーディング : 数値で情報を扱う原理 (現実の)情報と(コンピュータの中の)数値の対応関係 例: ASCII Code 現実の「文字」 <=> コンピュータの「整数値」 'A'=>'a' <=> +32 => 情報処理が、計算で(間接的に..)表現可能になる コードからデータへ( => オブジェクト ) プログラム = データ構造 + アルゴリズム データ構造を作る 複数の「単純なデータ」の組み合せ で「複雑なデータ」を作る仕組み 構造体 : 直積空間の構成 n 個の(単純な/基本となる)データの組み合わせで、 複雑なデータを表現する手段 => 直積空間 ( A, B => A x B = { | a \in A, b \in B } ) 構文: a \in int, b \in double => struct s = int x dobule struct s { int a; double b; }; typedef : 型に名前を付ける仕組み typedef struct s { int a; double b; } S; struct s に S という名前を付ける => 以下、S と書けば、struct s と同じ意味 要素の取り出し S = int x double = { | a \in int, b \in double } s \in S s <-> ( 整数値と浮動小数点の組 ) s.a -> s を構成する要素の整数の部分 s.b -> s を構成する要素の浮動小数点の部分 代入 S s; S 型の変数 S t; s = t; S 型の変数での代入ができる => 代入ができる => 関数の引数や、返り値に S が使える # できない事 # その型の定数(表現):リテラルが表現できない S s = <1,0.1>; <= このような表現ができない == 配列 同じ型のデータが多数並んだ物を表現する仕組 cf. 構造体: 異なる型が(少数)並んだ物を表現する # 配列の方が「効率が良い」事が多い # <= 繰り返しと相性の良さ # 配列と同じ扱いで、「ポインタ型」の扱いができる # => 配列が「多用」されている 例: double a0,a1,a2 -> double a[3] /* a[0], a[1], a[2] */ 配列名 : データの並びが入る変数の代表名 添字 「'[' + 整数値 ']'」を付けて、要素が参照できる 配列の宣言の時、配列の要素の個数 N を指定して 型 配列名[N]; => N 個の変数が宣言 型 配列名[0], 配列名[1], .., 配列名[N-1]; C 言語では添え字は 0 から始まる 配列の宣言 配列を利用する(宣言する)場合は、「配列名[サイズ]」の形にする サイズ個数の変数がまとめて用意される 参照する場合は 0 〜 サイズ-1 まで 例: int ary[10]; とすると ary[0] 〜 ary[9] = ary[10-1] が使える <<重要>> 配列の要素を参照する場合は、 配列名[要素番号] の形で、参照するが、 要素番号の所には、「整数『式』」が書ける 『式』には、変数を含める事ができる 同じ「表現」でも「変数の値」変更する事により、 異なる「動作」をさせる事ができる !! cf. 関数の引数 !! a1 は 「a『1』」という具体的な数値(1)を指定する !! a[1]は「i=1; a[i]」という間接的に(変数を経由して)指定できる !! => 柔軟性が出てくる !! 配列 vs 関数 !! a[x], f(x) : ともに変数を利用して、(同じ表現で)異なる意味になる !! 配列 : 変数なので、予め代入した値が得られる !! => 低機能 !! 関数 : 命令ががけるので、高度な計算結果を返す事ができる !! => 高機能 !! => 配列の機能を関数で実現する事も可能 !! 配列は変数なので、「代入」が可能 !! 関数は、代入文の右にしかかけない !! 配列は、代入可能なので、代入文の左にもかける !! # 「変数」は「『左辺値』を持つ」 配列プログラミング (集合操作) 配列 vs 集合 配列は、複数の同じ型の変数(配列の要素)をまとめたもの 集合の要素は、値そのもの 例: 二次元ベクトルの要素 (1,2) : 値の組み合わせ 配列(データ構造/構造体も同様..) 値を保存できる「変数」を用意し、 その変数に「値を保持させる」事により、 その変数で、値(集合の要素)を差し示す事ができる cf. 基本型の場合は、変数を利用せずに、値が表現できる(リテラル) 例: 整数値の「1」は、直接 C 言語で「1」と表現できる 文字の「A」は、直接 C 言語で「'A'」と表現できる !! 「『集合』の『要素』」は、『集合』に含まれる『値』の事 !! 例 : A = { 6 の約数 } = { 1, 2, 3, 6 } !! A の要素は 1, 2, 3, 6 の四つ !!「『配列』の『要素』」は、『配列』の一部である個々の変数の事 !! 例 : int a[4] => 配列 a の要素 a[0], a[1], a[2], a[3] !!「『構造体』の『要素』」は、『構造体』の一部である個々の変数の事 !! 例 : struct { int x; int y } s; !! 構造体 s の要素 s.x,s.y 配列の個々の要素は、同じ型の値を保持する変数 一つの配列(が保持する値の集まり) は、その型の「集合」を表す !! 配列のサイズと同じ(あるいはそれ以下)の要素からなる !! 例 int a[3]; !! a <-> { 1, 2, 3 } !! <-> { 123, 456, 789 } !! !! 集合のサイズは、可変 !! !! => 配列サイズは、最初に固定する必要がある !! !! # 後で、ポインター型の所で、可変な配列(のようなもの)が利用できる 集合操作 {1, 2, 3} -> {2, 4, 6} # すべての要素を 2 倍 {1, 2, 3} -> {4, 5, 5} # すべての要素に 3 を加える 配列の要素(複数)への操作を「繰返し」で表現する 「『集合全体』への操作」が、「個々の要素の操作の『繰返し』」になる <注意> 配列は、集合のように要素数が変化したりはしない 配列の異る要素(変数)が同じ値を持つ事もある