2021/12/17 ソフトウェア概論

[前回の復習]
	前回の内容 : データ構造 (6)
		データ構造
			データの組み合わせる仕組み
				データに構造を持たせ、複数の要素を組み合わせて、
					目的のデータを表現する仕組み
			組み合わせ方法
				データ型とデータ型の直積を取る
					構造体
						複数のデータ型を組み合わせる
					配列
						同じ型のデータ型を複数並べる
			C 言語でのデータ構造
				データの組み合わせではなく、変数の組み合わせを作る
					変数にそれぞれ、データを記録させる事により、
						その(構造化された)変数に入っているデータが、
							基本となるデータを組み合わせた複雑なデータとして表現される
			例:
				二次元平面上の点
					=> x 座標と y 座標 ( それぞれ浮動小数点数 ) の対
						点 P の表現 ( 1.0, -2.4 )
						点 Q の表現 ( 0.0, 0.0 )
							...
								実数 x 実数 ( 二つの実数の直積空間 ) の要素

				# C 言語では、この「実数値の対」を直接表現する事ができない
				#	=> 実数の値の対を保存できるような変数を作る
				#		この変数に値を入れることにより、その変数の値として、
				#			目的の表現を得る

					struct {			構造体の宣言
						double x;			x, y 座標のデータを保存する変数
						double y;	
					} P, Q;				x,y の変数の対で、それぞれが座標値を保持する事により
										(間接的に..) 座標値の対を表現する
				
						点 P の表現 ( 1.0, -2.4 )
							P.x = 1.0;
							P.y = -2.4;
						点 Q の表現 ( 0.0, 0.0 )
							Q.x = 0.0;
							Q.y = 0.0;

						現実の世界(データ型)

				点の表現				実数 x 実数
		+-----	(1.0, -2.4)				 1.0 -----------+
		|									   -2.4-+	|
		|		(0.0, 0.0)				 0.0		|	|
		|									   0.0	|	|
		|											|	|
		|											|	|
		|		構造体(struct)						|	|
		+------->	P,					P.x <-------|---+
			変数								P.y<+
					Q					Q.x
												Q.y

		C 言語では、データ型 <=> 変数の組み合わせの仕方

	配列名の正体
		「ポインター値」を持つ

		データ型 => 変数の組み合わせ
			変数 => メモリ(セルの集まり)の一部
					セル自身は、1 byte ( = 8bit [2^8] : 0 〜 255 ) 記録する機能
						セルは「記憶」しかいない
							そこに
								何が記録されていて、
							それが、
								どのような表現なのか、
								どのように扱われるか
									=> セルには情報がない
							C のコンパイラが、
								その変数 ( セルに対応 ) の「型情報」として
									知っていて、そのように扱う
				変数[メモリ]をどのように扱うかは、[メモリに対応する]変数の型できまる

		変数
			=>	メモリ
						先頭番地[メモリのセルに一つずつ振られている番号]をもっている
													----+ アドレス値 +--+
						セルの個数 ( sizeof )		----+	(実行時)	|
					x									|				+-- ポインター値
				型										+-- 型情報 -----+
						セルに保存する表現の方法		|	(コンパイル時)
						セルの値をどのように扱うか	----+

			ポインタ値のアドレス値を表示するには、
				printf の "%p" 書式を利用する

		変数には、必ず、対応するメモリ(セルの並び)があるので、
			変数から、対応するセルの並びのポインター値を取るには、
				変数名の前に「&」を付けるとよい

	[ポインター値とメモリモデル]
		ポインター値
			+-- アドレス値 ( %p ) / メモリ上の番地
			|			実行時の情報
			+-- 型情報
					+--- サイズ
					+--- 演算の仕方
						コンパイル時の情報

		アドレス値と型 (sizeof 演算子)
			セルの属性
				アドレス値 : 先頭セルの番地
				sizeof : セルの個数 <-> 連続したセルの個数

		「&」演算子
			変数 ( セルの並びに対応 ) からポインター値
				アドレス値 : 変数に対応するセルの番地
				型情報 : 変数型

		T 型の変数から取り出されるポインター値の型
			(T *) で表現する
				=> ポインター型
			例:
				char *		=> char 型の変数から作られるポインター
								char 型へのポインター型
				int *		=> int 型の変数から作られるポインター
								int 型へのポインタ型

				!! ポインター値が持つアドレス値は、
				!!		対応する変数の(メモリ上の)位置を表す
				!!			「位置」を表す気持ちが「へ」で表現されている

		配列名
			配列を宣言する時に作られる
				int a[3];

					+-------+
			a ->a[0]|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
				a[1]|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
				a[2]|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+
					|		|
					+-------+

			配列名が表現する(ポインタ)値は、
				配列の先頭の要素(変数 a[0]) へのポインタ値に
					a = &(a[0])
						より一般的には、
							配列名 <-> &(配列名[0])
						という関係が成立する

[本日の内容]

	ポインター値の操作
		ポインター値
			+-- アドレス値
			+-- 型情報

		ポインター値に対する、整数の加減算は、
			=> ポインター値のアドレス値を変更する操作に相当する

		型情報の変更
			=> キャストを利用する

	(型)キャスト(演算子)
		C 言語では、値に対し、その値(型情報をもっている)を、別の型として扱うように指定できる
			(値に対する)型の(強制的な..)指定の事を、
				(型)キャスト
					# 本当なら、型は自動的に決まる
					#		=> 普通は、値に対して型を指定する必要はない
					#				場合によって、(自然に[コンパイラが判断して..]決まる)型が不適切な場合
					#					適切な型情報を(コンパイラに)指定して、適切な処理を行う必要がある場合がある
		例:
			割り算の計算
				整数同士の割り算は、整数値になる
					1/2 -> 0
					0.5 にしたい場合は、1.0/2.0 の形で浮動小数点数の割り算にする必要がある
		キャストの仕方(キャストの表現)
			値(をもとめる式)の前に、「(型表現)」を書く事により、
				値の型を強制的に「『型表現』が表す『型』」に、
					する(キャスト)

					1/((double)2)
						=> 1/2.0 ( 演算の一方が浮動小数点型だと、他方も自動的に浮動小数点数型に変わる(型の昇格))
						=> 1.0/2.0
						=> 0.5

	ポインター値のもつ型情報を変更するには、
		キャストを利用する

	すでに、適切な型を持つポインター値にたいして、
		キャストする事に意味があるか ?
			=> 多くの場合意味がない ( できる事をしっている事は重要 )
				<= もともと、適切な型を持っていない場合に役立つ

	[動的なメモリの確保]
		ローカル変数の宣言
			=> メモリの一部が自動的に確保され、利用可能
				関数(宣言されたブロック)が終了すると、
					自動的に無効になる (auto 変数)
			変数とメモリの対応関係は、
				その変数が宣言されている(ブロックを含む)関数が、
				よびだされた時
		ローカル変数は、自動的に領域が確保され、
			自動的に、解放される
				=> メモリ領域という資源を、効率的に活用(無駄にしない)
			=>
				その変数に保存されている値は、
					その変数が有効な間しか、利用できない
						# 変数に割り当てられた領域が解放されると、
						#	その領域に記録されている値(変数の値)は、
						#		保証されない ( そもそも普通には参照できない )
						#			(再利用されてしまうと、値が書き変わる)
				=> もし、
					ある値を(保存するメモリ領域)を、
						関数をまたいで、利用したい場合
							=> ローカル変数に保存するのでは、問題がある
								=> ローカル変数を経由せず、
									直接、(情報を保存する)メモリを確保できると便利
										=> malloc 関数の役割