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/* * 2021/11/12 sample-001.c */ /* * 複素数型の定義と計算 * * 利用方法 * コンパイル * cc -c sample-001.c * リンク * cc -o sample-001.exe sample-001.c * 実行 * ./sample-001.exe */ #include <stdio.h> /* * 複素数型を表す Complex の定義 * * 複素数 z は、二つの実数 x, y を用いて * z = x + yi ( i は虚数単位 ) * と表現できる。 * C 言語では実数を表すのに浮動小数点数型の double を用いる * 型名 ( Complex ) を大文字で始めるのは「ソフトウェア概論ルール」 */ typedef struct { double real; /* 実部 */ double imaginary; /* 虚部 */ } Complex; /* 複素数型 */ /* * Complex make_Complex ( double x, double y ) * Complex 型の数を作り、返す * x, y -> z = x + yi */ Complex make_Complex ( double x, double y ) { Complex newComplex; /* 新しく作られる複素数 */ newComplex.real = x; /* 新しく作られた複素数の実部は x */ newComplex.imaginary = y; /* 新しく作られた複素数の実部は y */ return newComplex; /* 新しく作られる複素数を値として返す */ } /* * double real_part ( Complex z ) * Complex 型の数の実部を返す * z = x + yi -> x */ double real_part ( Complex z ) { return z.real; } /* * double imaginary_part ( Complex z ) * Complex 型の数の実部を返す * z = x + yi -> x */ double imaginary_part ( Complex z ) { return z.imaginary; } /* * print_Complex ( Complex z ) * Complex 型の数の出力 * z = x + y i だが、y < 0 の時は z = x - (-y) i となるように工夫 */ void print_Complex ( Complex z ) { if ( z.imaginary > 0 ) { printf ( "%f + %f i", z.real, z.imaginary ); } else { printf ( "%f - %f i", z.real, - z.imaginary ); } } /* * Complex add_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) * Complex 型の数の足し算 * z1 = x1 + y1 i * z2 = x2 + y2 i * -> z1 + z2 = ( x1 + x2 ) + ( y1 + y2 ) i */ Complex add_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) { Complex result; /* 複素数の和の実部は、実部の和 */ result.real = z1.real + z2.real; /* 複素数の和の虚部は、虚部の和 */ result.imaginary = z1.imaginary + z2.imaginary; return result; } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { Complex z1 = make_Complex ( 2.0, 3.0 ); /* z1 = 2 + 3i */ Complex z2 = make_Complex ( -1.0, 5.0 ); /* z2 = -1 + 5i */ Complex z3; printf ( " z1 ( = " ); print_Complex ( z1 ); printf ( " ) と、" ); printf ( " z2 ( = " ); print_Complex ( z2 ); printf ( " ) の和は 、\n" ); z3 = add_Complex ( z1, z2 ); /* z3 <- z1 + z2 */ print_Complex ( z3 ); printf ( " です。\n" ); return 0; }
$ ./sample-001.exe z1 ( = 2.000000 + 3.000000 i ) と、 z2 ( = -1.000000 + 5.000000 i ) の和は 、 1.000000 + 8.000000 i です。 $
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/* * 2021/11/12 sample-002.c */ /* * 二次元行列型の定義と計算 * * 利用方法 * コンパイル * cc -c sample-002.c * リンク * cc -o sample-002.exe sample-002.c * 実行 * ./sample-002.exe */ #include <stdio.h> /* * */ #define DIMENSION 2 /* 二次元 */ /* * 行列 A は、2 x 2 = 4 の要素をもっている * * A = ( 1 2 ) = ( a[0][0] a[0][1] ) * 3 4 a[1][0] a[1][1] * */ typedef struct { double a[DIMENSION][DIMENSION]; /* 二次元の行列の要素は 2 x 2 */ } Matrix2D; /* Matrix2D 型の宣言 */ /* * Matrix2D make_Matrix2D ( double a, double b, double c, double d ) * 「行列」を作成する * * A = ( a b ) = ( a[0][0], a[0][1] ) * ( c d ) ( a[1][0], a[1][1] ) */ Matrix2D make_Matrix2D ( double a, double b, double c, double d ) { Matrix2D newMatrix2D; /* 新しい行列 */ newMatrix2D.a[0][0] = a; newMatrix2D.a[0][1] = b; newMatrix2D.a[1][0] = c; newMatrix2D.a[1][1] = d; return newMatrix2D; } /* * void print_Matrix2D ( Matrix2D ary ); * 「行列」を表示する (表示の都合上、常に独立した行に出力する) * Matrix2D ary; 二次元行列 */ void print_Matrix2D ( Matrix2D ary ) { int r; /* 行 ( row ) */ int c; /* 列 ( colomun ) */ for ( r = 0; r < DIMENSION; r++ ) { printf ( "(" ); for ( c = 0; c < DIMENSION; c++ ) { printf ( " %10.5f", ary.a[r][c] ); /* * [注意] %10.5f は %f と同じく浮動小数点数を出力するが * 「全体の桁数は 10 桁、小数点数以下は 5 桁にする」 * という「表示上の指定」も加わっている * 詳しくは google で「printf 書式」で検索 */ } printf ( " )\n" ); } } /* * Matrix2D add_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ); * 「行列」の和 * * ( a b ) + ( e f ) = ( a + e b + f ) * ( c d ) ( g h ) ( c + g g + h ) */ Matrix2D add_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ) { Matrix2D result; /* 計算結果 */ int r; /* 行 ( row ) */ int c; /* 列 ( colomun ) */ for ( r = 0; r < DIMENSION; r++ ) { for ( c = 0; c < DIMENSION; c++ ) { result.a[r][c] = a1.a[r][c] + a2.a[r][c]; } } return result; } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { /* a1 = ( 1 2 ) ( 3 -1 ) a2 = ( -3 1 ) ( 1 -2 ) */ Matrix2D a1 = make_Matrix2D ( 1.0, 2.0, 3.0, -1.0 ); Matrix2D a2 = make_Matrix2D ( -3.0, 1.0, 1.0, -2.0 ); /* 行列 a1 と行列 a2 の和を計算して出力する */ print_Matrix2D ( a1 ); printf ( " と、 \n" ); print_Matrix2D ( a2 ); printf ( " との、和は \n" ); print_Matrix2D ( a ); printf ( " です。\n" ); return 0; }
$ ./sample-002.exe z1 ( = 2.000000 + 3.000000 i ) と、 z2 ( = -1.000000 + 5.000000 i ) の和は 、 1.000000 + 8.000000 i です。 $
/* * 課題 20211105-01 * * 20211105 20211105-01-QQQQ.c * * 極座標で表現されている点 Q から、それと原点に対して対称な点 R を求める * * | * | * Q * O| * ----+---- * | * *R | * | * * 直交座標であれば * Q (x,y) -> R (-x,-y) * 極座標であれば * Q (r,t) -> R (r',t') * -> R (r,t+π) * 考え方 * Q と R は原点を中心に対称 * 原点 O は、線分 QR の中点 * OR = OQ * Q と O の間の長さと R とO の間の長さが等しい * r' = r * 角 QOR は 180 度 ( 点 Q, O, R が一直線上にある ) * t' = t + 180度 ( π ) * * 情報 f データ * i1 -----> d1=f(i1) * | | d1 -> d2 -----+ * v v | * i2 -----> d2= f(i2) |実現手段(プログラム) * |が変化した理由は * 情報 g データ |コーディングルールが * i1 -----> d1'=g(i1) |変化したせい * | | d1' -> d2' <--+ * v v * i2 -----> d2'=g(i2) */ #include <stdio.h> #include <math.h> /* M_PI を利用するので.. */ /* * void print_polar ( char name, double r, double a ) * 極座標の表示 * char name; 点の名前 * double r; 極座標の動径 * double a; 極座標の偏角 */ void print_polar ( char name, double r, double a ) { printf ( "点 %c の極座標は (%f,%f) です。\n", name, r, a ); } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { /* 点 Q : 原点から 7 離れており、角度は x 軸に対して 60 度 ( Pi/3 ) */ double Q_polar_radius = 7.0; /* 点 Q の極座標系の動径 */ double Q_polar_argument = M_PI/3; /* 点 Q の極座標系の偏角 */ double R_polar_radius; /* 点 Q と原点対称な点 R の動径 */ double R_polar_argument; /* 点 Q と原点対称な点 R の偏角 */ /* * 点 Q の表示 */ print_polar ( 'Q', Q_polar_radius, Q_polar_argument ); /* * 点 R の計算 */ /* 対称なので原点から距離は同じ */ R_polar_radius = Q_polar_radius; /* 180(π)だけ回転 */ R_polar_argument = Q_polar_argument + M_PI; /* * 点 R の表示 */ print_polar ( 'R', R_polar_radius, R_polar_argument ); return 0; }
/* * 課題 20211105-02 * * 20211105 20211105-02-QQQQ.c * * 構造体を利用し、平行移動を行う関数を作成する */ #include <stdio.h> /* * 最初に、直交座標で「点」を表現する型 (Orthogonal) を作ってしまう * Orthogonal 型は、二つの要素 ( x, y ) からなり、それらの型は double 型 * * Orthogonal <----> double * double * \in \in * p <----> ( p.x, p.y ) * * 残念ながら、C 言語の型定義機能で出来るのは「形(式)」の定義だけで * 「意味」の定義はできない * 「形」に「意味」をつけるのは、「それを扱うプログラム(関数)」の役目 * * コーディングルール: * 現実の世界 コンピュータの世界 * * 平面上の点 P : ( x, y ) Orthogonal 型の pt : ( pt.x, pt.y ) * P の x 座標 : 3 pt.x = 3.0 * P の y 座標 : -2 pt.y = -2.0 * * [注意] * Orthogonal 型の pt を「現実の点 P」に対応させ、 * pt.x を点数 P の直交座標系における x 座標 * pt.y を点数 P の直交座標系における y 座標 * とする対応は、「决め(る)事」であり、 * 「必然的に『決る物』」では *ない* * <反例 1> * x と y の名前は恣意的な物なので、逆にしても問題はない * つまり、 * pt.x を点数 P の直交座標系における y 座標 * pt.y を点数 P の直交座標系における x 座標 * と、対応させても、「プログラム上」はなんら問題ない * (正く動くように作る事ができる) * <反例 2> * x と y の値の対応も恣意的な物なので、変更してもよい * つまり、 * pt.x を点数 P の偏角 * pt.y を点数 P の動径 * 対応させても、「プログラム上」はなんら問題ない * (正く動くように作る事ができる) */ typedef struct { double x; /* 直交座標の x 座標を表すタグ名(x)とその型(double)の宣言 */ double y; /* 直交座標の y 座標を表すタグ名(y)とその型(double)の宣言 */ } Orthogonal; /* Orthogonal 型の宣言 */ /* * void print_point ( Orthogonal pt ); * 「点」を表示する * Orthogonal pt; 直交座標系の座標で表現された「点」 */ void print_point ( Orthogonal pt ) { /* * 構造体の要素は、タグ名を利用して参照できる */ printf ( "( %f, %f )", pt.x, pt.y ); } /* * Orthogonal shift_point ( Orthogonal pt, double delta_x, double delta_y ) * 点を平行移動する * Orthogonal pt; 直交座標系の座標で表現された「点」 * double delta_x; x 軸方向の変異 (Δx) * double delta_y; y 軸方向の変異 (Δy) * 値 平行移動した結果 * * 意味 * p (x,y) -> q(x+Δx,y+Δy) : x 軸方向にΔx だけ、 y 軸方向に Δy だけ平行移動 * q.x = p.x + Δx * q.y = p.y + Δy */ Orthogonal shift_point ( Orthogonal pt, double delta_x, double delta_y ) { Orthogonal result; /* 返す値を入れる変数 */ /* x 軸方向に delta_x だけ平行移動した result.x を得るには、 pt の x 座標に delta_x を加えればよい */ result.x = pt.x + delta_x; /* y 軸方向に delta_y だけ平行移動した result.x を得るには、 pt の y 座標に delta_y を加えればよい */ result.y = pt.y + delta_y; /* result 変数は値として、平行移動した結果を表現する値を持つ */ return result; /* 構造体の値が返せる */ /* 変数 result の値を、関数の値として返す */ } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { Orthogonal p1; Orthogonal p2; double dx = 10.0; double dy = -100.0; p1.x = 1.0; /* p1 = ( 1.0, 2.0 ) */ p1.y = 2.0; /* 平行移動 */ printf ( "点 " ); /* 構造体は引数で、そのまま渡せる */ print_point ( p1 ); printf ( " を x 軸方向に %f, y 軸方向に %f 移動した点は ", dx, dy ); /* 構造体は、値としても取り出せるし、普通に代入もできる */ /* 変数 p2 に、移動した結果を代入したい.. ) */ p2 = shift_point ( p1, dx, dy ); /* 関数の値に構造体の値がつかえる 変数に対して、構造体の値の代入が可能 */ print_point ( p2 ); printf ( " となります。\n" ); return 0; }
/* * 課題 20211105-03 * * 20211105 20211105-03-QQQQ.c * * 3 次元ベクトルの差の計算 * 3 次元ベクトルなので、三つの要素 ( x, y, z ) からなる * */ #include <stdio.h> /* * 3 次元ベクトル */ typedef struct { /* 3 次元ベクトル */ double x; /* x 要素 */ double y; /* y 要素 */ double z; /* z 要素 */ } Vector3D; /* 新しい型 : Vector3D */ /* * void print_Vector3D ( Vector3D v ) * ベクトルの内容を書き出す * Vector3D v; 書き出すベクトル */ void print_Vector3D ( Vector3D v ) { printf ( " %f\n", v.x ); /* v の x 要素の出力 */ printf ( "( %f )\n", v.y ); /* v の y 要素の出力 */ printf ( " %f\n", v.z ); /* v の z 要素の出力 */ /* TeX で表現するならば、 printf ( "\\left(\\begin{array}{c} %f \\\\ %f \\\ %f \\end{array}\\right)\n", v.x, v.y, v.z ); などととすればよい。 */ } /* * Vector3D sub_Vector3D ( Vector3D dst, Vector3D src ) * 二つのベクトルの差を計算する * Vector3D dst; 引かれるベクトル * Vector3D src; 引くベクトル * 帰り値 二つのベクトルの差となるベクトル * dst.x * dst = ( dst.y ) * dst.z * * src.x * src = ( src.y ) * src.z * dst.x - src.x result.x * dst - src = ( dst.y - src.y ) = result = ( result.y ) * dst.z - src.z result.z * => * result.x = dst.x - src.x * result.y = dst.y - src.y * result.z = dst.z - src.z * 機能 実装 =>構造体 dst (dst.x, dst.y, dst.z) src (src.x, src.y, src.z) | | v v dst - src dst.x - src.x <= dst.y - src.y dst.z - src.z ( 一種の交換法則 : 可換図 ) 全体の機能が、(構造体を利用した関係を用いて) 部分の機能の組み合わせで、実装される */ Vector3D sub_Vector3D ( Vector3D dst, Vector3D src ) { Vector3D result; /* 計算結果(差)を收める変数 */ result.x = dst.x - src.x; /* x 成分の計算 */ result.y = dst.y - src.y; /* y 成分の計算 */ result.z = dst.z - src.z; /* z 成分の計算 */ return result; /* 計算した結果を値として返す */ } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { Vector3D dst; Vector3D src; dst.x = 1.2; /* 1.2 */ dst.y = 2.3; /* dst = ( 2.3 ) */ dst.z = 3.4; /* 3.4 */ src.x = -9.8; /* -9.8 */ src.y = 8.7; /* dst = ( 8.7 ) */ src.z = 0.0; /* 0.0 */ print_Vector3D ( dst ); /* dst の出力 */ printf ( "と\n" ); print_Vector3D ( src ); /* src の出力 */ printf ( "の差は\n" ); print_Vector3D ( sub_Vector3D ( dst, src ) ); printf ( "となります。\n" ); return 0; }
#include <stdio.h> /* 構造体を用いて、 二次元平面上の点を直交座標で表現するために、 構造体を用いる 構造体は、新しい型を作る => 型宣言で利用できる */ int main(int argc, char *argv[]) { struct { double x; double y; } p; /* 構造体で作られた型を持つ変数 */ double qx; /* 構造体を使わずに、二つの変数で点を表現 */ double qy; p.x = 1.0; /* 構造体の要素(メンバー)をタグ名を使って操作可能 */ p.y = 2.0; /* 点 p に、座標 (1.0,2.0) を指定する */ /* struct { double v1; double v2; } <=> double x double ( 直積空間 ) */ qx = 3.0; qy = 4.0; /* 点 q に、座標 (3.0,4.0) を指定 */ /* 何が違うか ? 構造体を利用すると、 x 座標と y 座標は、一つの変数に収める事ができる そうしない 複数の変数に収める必要がある => 個々の変数を「誤って」分けてつかってしまうと問題がおきる */ printf ( "p=(%f,%f)\n", p.x, p.y ); printf ( "q=(%f,%f)\n", qx, qy ); return 0; }
#include <stdio.h> typedef struct{ double m0; double m1; double m2; } S; S sub ( double x ) { S result; result.m0 = x; result.m1 = x; result.m2 = x; return result; } int main(int argc, char *argv[]) { double a[3]; /* この結果、配列 a が宣言され */ /* この配列の要素(となる変数) a[0], a[1], a[2] が利用できるようになる */ /* cf. struct { double a0; double a1; double a2; } a; とすると、 構造体の値を持つ変数 a と、 その要素となる a.a0, a.a1, a.a2 が利用できるようになる 構造体 配列 宣言されるもの 変数 配列名 変数として利用可能 構造体と要素 要素だけ */ S s; /* s という変数が宣言 ( 型:構造体 ) s.m0, s.m1, s.m2 も利用できる */ a[0] = 1.0; a[1] = 2.0; a[2] = 3.0; printf ( "a[0]=%f\n", a[0] ); printf ( "a[1]=%f\n", a[1] ); printf ( "a[2]=%f\n", a[2] ); /* a[0], a[1], a[2] は別々の変数 */ s.m0 = 1.0; s.m1 = 2.0; s.m2 = 3.0; printf ( "s.m0=%f\n", s.m0 ); printf ( "s.m1=%f\n", s.m1 ); printf ( "s.m2=%f\n", s.m2 ); /* s.m0, s.m1, s.m2 は別々の変数 */ s = sub( -100.0 ); /* s という変数があって、代入可能 */ /* s の値と、そのメンバーの値は、共有されている */ /* s +---------+ |m0 +----+| | | || |m1 +----+| | | || |m2 +----+| | | || | +----+| +---------+ */ printf ( "s.m0=%f\n", s.m0 ); printf ( "s.m1=%f\n", s.m1 ); printf ( "s.m2=%f\n", s.m2 ); /* 配列名は、定数値(配列のある場所)をもち、これに代入する事はできない a -----> a[0]+----+ | | a[1]+----+ | | a[2]+----+ | | +----+ */ return 0; }
/* 集合 : { 0, 1, 4, 9 } = { 0^2, 1^2, 2^2, 3^2 } 表 x | 0 1 2 3 ----+----------------- x^2=a[x]| 0 1 4 9 を表現 */ #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) { int s[4]; int i; s[0] = 0; s[1] = 1; s[2] = 4; s[3] = 9; /* 4 つの要素からなる集合 */ /* 集合操作: 集合全体への操作を、集合の個々の要素への操作に対応づける */ /* 個々の要素を出力する */ printf ( "{ " ); /* printf ( "%d, %d, %d, %d ", s[0], s[1], s[2], s[3] ); */ for ( i = 0; i < 4; i++ ) { printf ( "%d", s[i] ); /* s の要素を添え字を利用して参照 */ if ( i < 4 - 1 ) { printf ( ", " ); } else { printf ( " " ); } } printf ( "}\n" ); /* s[i] = i^2 => s[i] = i^3 s[i] <- s[i] * i = i^2 * i = i^3 s[0] = s[0] * 0; s[1] = s[1] * 1; s[2] = s[2] * 2; s[3] = s[3] * 3; */ for ( i = 0; i < 4; i++ ) { s[i] = s[i] * i; } printf ( "{ " ); for ( i = 0; i < 4; i++ ) { printf ( "%d", s[i] ); /* s の要素を添え字を利用して参照 */ if ( i < 4 - 1 ) { printf ( ", " ); } else { printf ( " " ); } } printf ( "}\n" ); return 0; }
/* * 2021/11/05 sample-005.c */ /* * 平面上の点を扱う * * 利用方法 * コンパイル * cc -c sample-005.c * リンク * cc -o sample-005.exe sample-005.c -lm * 実行 * ./sample-005.exe */ #include <stdio.h> #include <math.h> /* sqrt を利用するので必要 (-lm も忘れずに ) */ /* * void print_point ( double px, double py ) * 「点」を表示する * double px -- 「点」の x 座標 * double py -- 「点」の y 座標 */ void print_point ( double px, double py ) { printf ( "( %f, %f )", px, py ); } /* * double point_distance ( double p1x, double p1y, double p2x, double p2y ) * ニ「点」間の距離を返す * double p1x -- 「始点」の x 座標 * double p1y -- 「始点」の y 座標 * double p2x -- 「終点」の x 座標 * double p2y -- 「終点」の y 座標 */ double point_distance ( double p1x, double p1y, double p2x, double p2y ) { double dx = p2x - p1x; /* x 座標の差 */ double dy = p2y - p1y; /* y 座標の差 */ return sqrt ( dx*dx + dy*dy ); } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { double p1x = 1.0; /* p1 = ( 1.0, 2.0 ) */ double p1y = 2.0; double p2x = 4.0; /* p2 = ( 4.0, 6.0 ) */ double p2y = 6.0; printf ( "始点 " ); print_point ( p1x, p1y ); printf ( " と終点 " ); print_point ( p2x, p2y ); printf ( " との距離は %f です。\n", point_distance ( p1x, p1y, p2x, p2y ) ); return 0; }
/* * 2021/11/05 sample-009.c */ /* * 平面上の点の操作 (構造体の利用例) * * 利用方法 * コンパイル * cc -c sample-009.c * リンク * cc -o sample-009.exe sample-009.c * 実行 * ./sample-009.exe */ #include <stdio.h> /* * 最初に、直交座標で「点」を表現する型を作ってしまう */ typedef struct { double x; /* 直交座標の x 座標を表すタグ名 */ double y; /* 直交座標の y 座標を表すタグ名 */ } Orthogonal; /* Orthogonal 型の宣言 */ /* * void print_point ( Orthogonal pt ); * 「点」を表示する * Orthogonal pt; 直交座標系で表現された「点」の座標 */ void print_point ( Orthogonal pt ) { /* * 構造体の要素は、タグ名を利用して参照できる */ printf ( "( %f, %f )", pt.x, pt.y ); } /* * Orthogonal mirror_o_point ( Orthogonal pt ) * 原点に対し点対称の「点」を求める * Orthogonal pt; 直交座標系で表現された「点」の座標 * 値 点対称の「点」を求める */ Orthogonal mirror_o_point ( Orthogonal pt ) { Orthogonal result; /* 返す値を入れる変数 */ result.x = - pt.x; /* 結果の x 座標は、元の x 座標の符号をかえた物 */ result.y = - pt.y; return result; /* 構造体の値が返せる */ /* C 言語の関数は、「値を一つ」しか返せない もし、点を二つの値で表現すると 点の値を返す、関数を作る事が面倒 構造体を使えば、 複数の値の組を一つの値にする事ができるので、 (間接的に..) 複数の値の組み合わせを返す関数が作れる */ } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { Orthogonal p1; /* Orthogonal 型の変数宣言が可能 */ Orthogonal p2; p1.x = 1.0; /* p1 = ( 1.0, 2.0 ) */ p1.y = 2.0; /* 変数への代入は、ここに行う */ /* 要素の操作の組み合わせにより、 全体の操作が可能 */ /* 原点に点対象 */ printf ( "点 " ); /* 構造体は引数で、そのまま渡せる */ print_point ( p1 ); /* 関数の引数に構造体をそのまま渡せる */ printf ( " と原点に対して点線対称な点は " ); /* 構造体は、値としても取り出せるし、普通に代入もできる */ p2 = mirror_o_point ( p1 ); /* p2 = p1 も可能 => これは、自動的に p2.x = p1.x p2.y = p2.y と同じ結果になる */ print_point ( p2 ); printf ( " となります。\n" ); return 0; }
/* * 2021/11/05 sample-010.c */ /* * 名前を付けた点 * * 利用方法 * コンパイル * cc -c sample-010.c * リンク * cc -o sample-010.exe sample-010.c * 実行 * ./sample-010.exe */ #include <stdio.h> /* * 最初に、直交座標で「点」を表現する型を作ってしまう */ typedef struct { double x; /* 直交座標の x 座標を表すタグ名 */ double y; /* 直交座標の y 座標を表すタグ名 */ } Orthogonal; /* Orthogonal 型の宣言 */ /* Orthogonal := double x double Orthogonal +-----------+ | double x | | double y | +-----------+ */ /* * 更に、「名前付き」の「点」の型 */ typedef struct { char name; /* 点の名前 */ Orthogonal coordinate; /* 点の座標 */ } NPoint; /* NPoint := char * Orthogonal char * ( double * double ) NPoint +-----------------------+ | char name | | Orthogonal coordinate | +-----------------------+ +-----------------------+ | char name | | Orthogonal coordinate | | +---------------+ | | | double x | | | | double y | | | +---------------+ | +-----------------------+ NPoint pt; 名前 pt.name x 座標 pt.coordinate.x 別のアプローチ typedef struct { char name; double x; double y; } NPoint2; これは、NPoint とは違うものとして扱われる +-----------------------+ | char name | | double x | | double y | +-----------------------+ NPoint2 pt; 名前 pt.name x 座標 pt.x */ /* * void print_point ( Orthogonal pt ); * 「点」を表示する * Orthogonal pt; 直交座標系で表現された「点」の座標 */ void print_point ( Orthogonal pt ) { /* * 構造体の要素は、タグ名を利用して参照できる */ printf ( "( %f, %f )", pt.x, pt.y ); } /* * void print_npoint ( NPoint npt ); * 名前付きの「点」を表示する * NPoint npt; 名前付きの「点」 */ void print_npoint ( NPoint npt ) { printf ( "点 %c の直交座標は ", npt.name ); print_point ( npt.coordinate ); /* すでに定義済の Orthogonal を利用する関数を用いて、 新しい NPoint 型の関数を実装している => すでに作った(過去の)資産を再利用するために、 できるだけ、新しい型の実装には、 古い型の実装を転用するとよい */ printf ( "です。\n" ); } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { NPoint p; /* 点「P」*/ p.name = 'P'; /* 点「P」の名前は 'P' */ p.coordinate.x = 1.0; /* p.coordinate = ( 1.0, 2.0 ) */ p.coordinate.y = 2.0; print_npoint ( p ); /* 点「P」を表示 */ return 0; }
先週からデータ構造の話 データ構造 既存のデータ型から、新しいデータ型を作る仕組み # 新しいデータ型から、元となる既存のデータ型を取りだす事ができる # # 新しいデータ型 # +-----------------------+ # | 元となるデータ型 | # +-----------------------+ # => 新しいデータ型 : 内部構造 ( 元となるデータ型と、新しいデータ型の関係 ) # => データ構造 ( 型の組合わせ ) コーディング ( 前回の内容 ) の方法を指す * 表現したい情報を、(コンピュータの内部の)数値で、どのように表現するかという手段を表す 例: 文字を数値で表現するための手段 ( ASCII Code 表 ) 二次元の直交座標を表現するために、x, y 座標値の組み合わせ 1. 表現したい情報自身が構造を持つ場合がある 二次元の直交座標は、x 座標と y 座標という内部構造を持つ => これを表現する時に、数値の方も、同じ内部構造を持つ方が扱いやすい y 4 | 3 | * (4,3) 4, 3 という二つの数値の組 2 | 下に一つ平行移動 1 | y 座標を減らすだけ 0 +--------- x 0123456789 6 y17 4 |628 3 |4839 19 という一つの数値で座標を表現する事ができる 2 |2594 19 -> 14 1 |13605 平行移動を示す一般的な方法がなかなか思いつかない 0 +--------- x => 直観と反している 0123456789 情報に構造があった場合は、 それを表現するデータ型にも ( 同じような ) 構造があった方が便利 * データ型は、それ自身がなんらかの情報を表現ではなく、 そのデータ型の数値を、どのように扱うかで、表現する情報が異なる 例: ASCII Code : 'a' <-> 76 76 という数値が文字の 'a' を表すのは、 この数値を、ASCII Code 表での文字を表す数値としてとらえるから 'a' + 1 => 76 + 1 => 77 ( <= 整数値として扱っている ) この計算結果 ( 77 ) を改めて、文字を表現していると思うと、 'b' という文字とみなす事ができる !! 情報処理 ( 計算機の中では計算によって実現されている ) は、 !! (コーディングを経由して..) 情報とデータ(数値)を行き来する事によって、実現されている 情報 データ ASCII Code 文字 'a' --------------------> 76 | | | (次の文字を得る) | +1 という計算ができる v v 'b' <------------------ 77 演習 二次元平面の点の二つの表現 直交座標を使う 極座標を使う [2021/11/12] 先週の資料に基づいて データ構造 既存のデータ型から、新しいデータ型を作る仕組み C 言語上での既存データ型 整数型 : int 浮動小数点数型 : double 文字 : char ( 小さな整数値 ) ( 文字列 : char * => データ構造を持つ.. ) 組み合わせ方 構造体 [構造体] 「点」のデータの構造の例 平面上の点を扱う事を考える x 座標と y 座標の組で「点」を表現 点 p1 の x, y 座標をそれぞれ p1x, p1y で表現してみる 点の表示や、距離などは、普通に扱える [005] 「点」を 「x 座標と y 座標の組」で表現する p1 <-> p1x, p1y p2 <-> p2x, p2y # これで、問題なく「点」を表現(扱う事)ができる # 「p1 を表すのに p1x p1y という二つの変数を利用する」事は、 # (今)プログラムを書いている自分にしかわからない # 他の人(後の自分を含む)には、なかなかわからない # => C Compiler にもわからない 「点」を表すもの(データ構造)を考える 構造体 : 複数のデータをまとめて扱えるようにする仕組[009] 次のような形で、宣言されたもの 構文: struct { 組み合わせる型と、その型のデータを参照するタグ名の宣言の並び } 意味: 組み合わせる型の直積を作り、 その要素を参照する名前(タグ)を宣言する struct { 中身 }; 中身 : 直積を作る空間(となる型名)と、 その要素を取り出す(射影:projection)を行う場合に、 その要素を指定するタグ名を宣言している 構造体を作り、それを使いまわす場合、 構造体の宣言を毎回書くのは面倒なので、 構造体の宣言に名前を付けてしまう typedef 構文 typedef 型宣言 新しい型名 意味 新しい型名を利用できるようにし、その意味は、 ここで指定した型宣言と同じ役割を与える 例: typedef struct { double x; double y; } Orthogonal; => 以下、 Orthogonal とかくと、 struct { double x; double y; } と書いてあるがごとくふるまう !! Orthogonal が ( int, double のような.. ) 型名として利用可能 !! => 型チェックもやってくれる !! 変数同士の代入が可能 !! 方針 !! 構造体を利用する場合は、(構造体の宣言を毎回書くのは不便なので..) !! いつでも、typedef を利用して、名前を付けて利用する !! cf. !! if / while の後ろには { } をつける.. 構造体の中身は、色々な型を並べる事ができる[010] 課題: 20211105-03 C 言語には、三次元ベクトルを表す(組み込みの)データ型は存在しないが、 自分で、構造体を利用して、型宣言を行い、 さらに、その型の値に対して、操作を行う関数を実装すれば、 新しい型として、「三次元ベクトル」型を扱えるようになる # 新しい型を増やす事ができる !! 特に、 !! 構造体は、「直積空間」を作る役割を担う !! 数学の世界での直積空間の事例は、全て、構造体で実装可能.. [配列] 配列 同じ型のデータが並んだ物を表現する仕組 例: double a0,a1,a2 -> double a[3] 配列名 : データの並びが入る変数の代表名 cf. 構造体との比較 struct { double a0; double a1; double a2; } a; でも表現可能 構造体 配列 メンバーの型 色々な型を組み合わせる事ができる 同じ型 参照方法 タグ名(定数)で参照 添え字(数値:式が使える) 添字 「'[' + 整数値 ']'」を付けて、要素が参照できる double a[3] で宣言された配列 a の要素は、 ! <注意> 配列の宣言では、配列サイズは定数にする必要がある a[0], a[1], a[2] の三つ # i=1; a[i] とすれば、a[1] を表す事ができる cf. struct { double a0; double a1; double a2; } a; の要素は、 a.a0. a.a1, a.a2 の三つ 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 サイズの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 cf. for ( i = 0; i < サイズ; i++ ) { 配列の要素処理 配列名[i] i = 0 ? サイズ - 1 } 例: int ary[10]; とすると ary[0] ? ary[9] が使える 配列の利点 配列の要素を参照するときに添え字(場所を表す整数値)を指定するが、 その値は、式の結果でよい => 式の中に変数が含まれていれば、 同じ命令で、異なる機能が実現できる 例: 構造体 struct { x, y, z } s s.x <= x の要素しか参照できない # プログラミング時には決定しておく必要がある 配列 a[3] a[i] <= i の値によって、a[0], a[1], a[2] が変化する # 実行時に選択できる 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 個々の要素は、同じ型の値を保持する 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 例: 集合 : { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } 一桁の非負の整数の集合 集合操作 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 まとめ データ構造上の処理は、 全体への処理を、個々の要素の処理の組み合わせで実現 構造体の場合は順接になる struct { x, y, z } d, s d.x = s.x d.y = s.y d.z = s.z 配列の場合は、くり返しなる d[3], s[3] for ( i = 0; i < 3; i++ ) { d[i] = s[i] }
課題プログラム内の「/*名前:ここ*/」の部分を書き換え「/*この部分を完成させなさい*/」の部分にプログラムを追加して、プログラムを完成させます。
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/* * 課題 20211112-01 * * 20211112 20211112-01-QQQQ.c * * 複素数型の四則 */ #include <stdio.h> /* * 複素数型の定義と計算 * * 利用方法 * コンパイル * cc -Ic:\usr\c\include -o BASENAME.exe 20211112-01-QQQQ.c * 実行 * BASENAME */ #include <stdio.h> /* * 複素数型を表す Complex の定義 * * 複素数 z は、二つの実数 x, y を用いて * z = x + yi ( i は虚数単位 ) * と表現できる。 * C 言語では実数を表すのに浮動小数点数型の double を用いる * 型名 ( Complex ) を大文字で始めるのは「ソフトウェア概論ルール」 */ typedef struct { double real; /* 実部 */ double imaginary; /* 虚部 */ } Complex; /* 複素数型 */ /* * Complex make_Complex ( double x, double y ) * Complex 型の数を作り、返す * x, y -> z = x + yi */ Complex make_Complex ( double x, double y ) { Complex newComplex; /* 新しく作られる複素数 */ newComplex.real = x; /* 新しく作られた複素数の実部は x */ newComplex.imaginary = y; /* 新しく作られた複素数の実部は y */ return newComplex; /* 新しく作られる複素数を値として返す */ } /* * double real_part ( Complex z ) * Complex 型の数の実部を返す * z = x + yi -> x */ double real_part ( Complex z ) { return z.real; } /* * double imaginary_part ( Complex z ) * Complex 型の数の実部を返す * z = x + yi -> x */ double imaginary_part ( Complex z ) { return z.imaginary; } /* * print_Complex ( Complex z ) * Complex 型の数の出力 * z = x + y i だが、y < 0 の時は z = x - (-y) i となるように工夫 */ void print_Complex ( Complex z ) { if ( z.imaginary > 0.0 ) { printf ( "%f + %f i", z.real, z.imaginary ); } else { printf ( "%f - %f i", z.real, - z.imaginary ); } } /* * Complex add_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) * Complex 型の数の足し算 * z1 = x1 + y1 i * z2 = x2 + y2 i * -> z1 + z2 = ( x1 + x2 ) + ( y1 + y2 ) i */ Complex add_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) { Complex result; /* 複素数の和の実部は、実部の和 */ result.real = z1.real + z2.real; /* 複素数の和の虚部は、虚部の和 */ result.imaginary = z1.imaginary + z2.imaginary; return result; } /* * Complex sub_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) * Complex 型の数の引き算 * z1 = x1 + y1 i * z2 = x2 + y2 i * -> z1 - z2 = ( x1 - x2 ) + ( y1 - y2 ) i */ Complex sub_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) { Complex result; /* 複素数の差の実部は、実部の差 */ result.real = z1.real - z2.real; /* 複素数の差の虚部は、虚部の差 */ /* ** この部分を完成させなさい */ return result; } /* * Complex mul_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) * Complex 型の数のかけ算 * z1 = x1 + y1 i * z2 = x2 + y2 i * の時 * z1 * z2 = (x1 * x2 - y1 * y2) + (x1 * y2 + x2 * y1) i */ Complex mul_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) { Complex result; result.real = z1.real * z2.real - z1.imaginary * z2.imaginary; /* ** この部分を完成させなさい */ return result; } /* * Complex div_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) * Complex 型の数の割り算 * z1 = x1 + y1 i * z2 = x2 + y2 i * の時 * z1 / z2 = ( x1 + y1 i ) / ( x2 + y2 i ) * = ( x1 + y1 i )( x2 - y2 i ) / ( x2 + y2 i )( x2 - y2 i ) * = ( x1 * x2 + y1 * y2) / ( x2^2 + y2^2 ) * + ( (- x1 * y2 + x2 * y1) / ( x2^2 + y2^2 ) ) i */ Complex div_Complex ( Complex z1, Complex z2 ) { Complex result; double denominator = z2.real * z2.real + z2.imaginary *z2.imaginary; /* 実部、虚部の割る数 |z2|^2 を予め計算しておく */ /* ** この部分を完成させなさい */ result.imaginary = ( - z1.real * z2.imaginary + z1.imaginary * z2.real ) / denominator; return result; } /* * print_result 演算結果を出力する */ void print_result ( Complex z1, Complex z2, char *operator, Complex z ) { print_Complex ( z1 ); printf ( " と、 " ); print_Complex ( z2 ); printf ( " との、%s は ", operator ); print_Complex ( z ); printf ( " です。\n" ); } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { Complex z1 = make_Complex ( 20.0, -15.0 ); /* z1 = 20 - 15i */ Complex z2 = make_Complex ( 1.0, 2.0 ); /* z2 = 1 + 2i */ /* 和の出力 */ print_result ( z1, z2, "和", add_Complex ( z1, z2 ) ); /* 差の出力 */ /* ** この部分を完成させなさい */ /* 積の出力 */ /* ** この部分を完成させなさい */ /* 商の出力 */ print_result ( z1, z2, "商", div_Complex ( z1, z2 ) ); return 0; }
$ ./20211112-01-QQQQ.exe 20.000000 - 15.000000 i と、 1.000000 + 2.000000 i との、和 は 21.000000 - 13.000000 i です。 20.000000 - 15.000000 i と、 1.000000 + 2.000000 i との、差 は 19.000000 - 17.000000 i です。 20.000000 - 15.000000 i と、 1.000000 + 2.000000 i との、積 は 50.000000 + 25.000000 i です。 20.000000 - 15.000000 i と、 1.000000 + 2.000000 i との、商 は -2.000000 - 11.000000 i です。 $
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/* * 課題 20211112-02 * * 20211112 20211112-02-QQQQ.c * * 二次元行列型の定義と計算 */ #include <stdio.h> /* * */ #define DIMENSION 2 /* 二次元 */ /* * 行列 A は、2 x 2 = 4 の要素をもっている * * A = ( 1 2 ) = ( a[0][0] a[0][1] ) * 3 4 a[1][0] a[1][1] * */ typedef struct { double a[DIMENSION][DIMENSION]; /* 二次元の行列の要素は 2 x 2 */ } Matrix2D; /* Matrix2D 型の宣言 */ /* * Matrix2D make_Matrix2D ( double a, double b, double c, double d ) * 「行列」を作成する * * A = ( a b ) = ( a[0][0], a[0][1] ) * ( c d ) ( a[1][0], a[1][1] ) */ Matrix2D make_Matrix2D ( double a, double b, double c, double d ) { Matrix2D newMatrix2D; /* 新しい行列 */ newMatrix2D.a[0][0] = a; newMatrix2D.a[0][1] = b; newMatrix2D.a[1][0] = c; newMatrix2D.a[1][1] = d; return newMatrix2D; } /* * void print_Matrix2D ( Matrix2D ary ); * 「行列」を表示する (表示の都合上、常に独立した行に出力する) * Matrix2D ary; 二次元行列 */ void print_Matrix2D ( Matrix2D ary ) { int r; /* 行 ( row ) */ int c; /* 列 ( colomun ) */ for ( r = 0; r < DIMENSION; r++ ) { printf ( "(" ); for ( c = 0; c < DIMENSION; c++ ) { printf ( " %10.5f", ary.a[r][c] ); /* * [注意] %10.5f は %f と同じく浮動小数点数を出力するが * 「全体の桁数は 10 桁、小数点数以下は 5 桁にする」 * という「表示上の指定」も加わっている * 詳しくは google で「printf 書式」で検索 */ } printf ( " )\n" ); } } /* * Matrix2D add_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ); * 「行列」の和 * * ( a b ) + ( e f ) = ( a + e b + f ) * ( c d ) ( g h ) ( c + g g + h ) */ Matrix2D add_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ) { Matrix2D result; /* 計算結果 */ int r; /* 行 ( row ) */ int c; /* 列 ( colomun ) */ for ( r = 0; r < DIMENSION; r++ ) { for ( c = 0; c < DIMENSION; c++ ) { result.a[r][c] = a1.a[r][c] + a2.a[r][c]; } } return result; } /* * Matrix2D sub_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ); * 「行列」の差 * * ( a b ) - ( e f ) = ( a - e b - f ) * ( c d ) ( g h ) ( c - g g - h ) */ Matrix2D sub_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ) { Matrix2D result; /* 計算結果 */ int r; /* 行 ( row ) */ int c; /* 列 ( colomun ) */ for ( r = 0; r < DIMENSION; r++ ) { for ( c = 0; c < DIMENSION; c++ ) { /* ** この部分を完成させなさい */ } } return result; } /* * Matrix2D mul_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ); * 「行列」の積 * * ( a b ) ( e f ) = ( a * e + b * g a * f + b * h ) * ( c d ) ( g h ) ( c * e + d * g c * f + d * h ) */ Matrix2D mul_Matrix2D ( Matrix2D a1, Matrix2D a2 ) { Matrix2D result; /* 計算結果 */ int r; /* 行 ( row ) */ int c; /* 列 ( colomun ) */ int i; for ( r = 0; r < DIMENSION; r++ ) { for ( c = 0; c < DIMENSION; c++ ) { double products = 0.0; /* a1 の r 行と a2 の c 列の内積の結果 */ /* a1 の r 行と a2 の c 列の内積を計算する */ /* ** この部分を完成させなさい */ result.a[r][c] = products; } } return result; } /* * print_result 演算結果を出力する */ void print_result ( Matrix2D a1, Matrix2D a2, char *operator, Matrix2D a ) { printf ( "%s の計算\n", operator ); print_Matrix2D ( a1 ); printf ( " と、 \n" ); print_Matrix2D ( a2 ); printf ( " との、%s は \n", operator ); print_Matrix2D ( a ); printf ( " です。\n\n" ); } /* * main */ int main( int argc, char *argv[] ) { /* a1 = ( 1 2 ) ( 3 -1 ) a2 = ( -3 1 ) ( 1 -2 ) */ Matrix2D a1 = make_Matrix2D ( 1.0, 2.0, 3.0, -1.0 ); Matrix2D a2 = make_Matrix2D ( -3.0, 1.0, 1.0, -2.0 ); /* 和の出力 */ print_result ( a1, a2, "和", add_Matrix2D ( a1, a2 ) ); /* 差の出力 */ /* ** この部分を完成させなさい */ /* 積の出力 */ /* ** この部分を完成させなさい */ return 0; }
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$ ./20211112-02-QQQQ.exe 和 の計算 ( 1.00000 2.00000 ) ( 3.00000 -1.00000 ) と、 ( -3.00000 1.00000 ) ( 1.00000 -2.00000 ) との、和 は ( -2.00000 3.00000 ) ( 4.00000 -3.00000 ) です。 差 の計算 ( 1.00000 2.00000 ) ( 3.00000 -1.00000 ) と、 ( -3.00000 1.00000 ) ( 1.00000 -2.00000 ) との、差 は ( 4.00000 1.00000 ) ( 2.00000 1.00000 ) です。 積 の計算 ( 1.00000 2.00000 ) ( 3.00000 -1.00000 ) と、 ( -3.00000 1.00000 ) ( 1.00000 -2.00000 ) との、積 は ( -1.00000 -3.00000 ) ( -10.00000 5.00000 ) です。 $
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/* * 課題 20211112-03 * * 20211112 20211112-03-QQQQ.c * * 整数型の配列を作り、それに 5 個のデータを入力し * その値を 5 倍にしたものと 2 分の 1 にした値を * それぞれ、画面に出力するプログラムを作りなさい * */ #include <stdio.h> /* * */ #define DATA_SIZE 5 /* データのサイズ (個数) */ /* * */ int main(int argc, char *argv[]) { int array[DATA_SIZE]; /* サイズが DATA_SIZE の整数型の配列 array の宣言 */ int i; /* 添字変数 i を宣言 */ for ( i = 0; i < DATA_SIZE; i++ ) { /* 配列 array に数値を読み込む */ /* プロンプト */ printf ( "%d 番目の整数値を入力してください : ", i + 1 ); /* 配列へのデータ入力 */ scanf ( "%d", &array[i] ); } /* 入力された個々の値を 5 倍した物を出力 */ for ( i = 0; i < DATA_SIZE; i++ ) { printf ( "%d\n", /* p:ここ */ ); /* 5 倍 */ } /* 入力された個々の値を 1/2 した物を出力 */ for ( i = 0; i < DATA_SIZE; i++ ) { printf ( "%d\n", /* q:ここ */ ); /* 2 分の 1 */ /* 整数割り算になるので、小数点以下は切り捨て */ } return 0; }
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$ ./20211112-03-QQQQ.exe $