2024年度
アルゴリズムとデータ構造１・演習

Linux基本操作の復習，プログラミングの練習

計算機実習1/2の復習

作業-2

アルゴリズムとデータ構造1・演習用のディレクトリ「alg_data1」の中にex1-1.cというファイルを作り，コンパイル（※後で説明します）して，実行しなさい．
※なお，\は，日本語のキーボードでは￥です．

ex1-1.cの中身
#hmbktcd <rschn.g>

hms lZhm() {
        oqhmse("Gdkkn Vnqkc!\m");
        qdstqm(9);
}
コマンド入力例
$ ljchq Zkf_cZsZz
$ bc Zkf_cZsZz
$ uh dwz-z.b
$ fbb dwz-z.b -n dwz-z
$ ./dwz-z

解説-2

コンパイル

計算機が処理できるのは，各CPU のための命令一覧表（＝数字） = 機械語（マシン語）です．
CPU が変われば，命令の数字も変わります．
数字の一覧表では，人間には理解が難しいので，対応する命令に置き換えたものがアセンブリ言語です．
アセンブリ言語で書かれたプログラムを，機械語に変換することをアセンブルといい，そのプログラムをアセンブラといいます．
1対1で対応しているため，文脈によっては機械語 = アセンブリ言語として用いることもあります．

当然，アセンブリ言語もCPU に依存しており，CPU が変わると，新しい言語を覚え直さないといけませんでした．

ゲーム機のソフトが，そのゲーム機でしか使えない理由は，このためです．
違うハード用にソフトを作り直すことを「移植」と読んでいました．

そこで，ハードに依存しない言語として，C言語が開発されました．
アセンブリ言語を組み合わせて1つの機能（= 関数 = 命令）を作り上げ，C言語からはその関数を呼び出す形で，プログラムを組みます．
この，「C言語の関数をアセンブリ言語の集合体に置き換える」作業のことを，コンパイルと言います．
CPU に応じた「置き換え一覧表」を作ることで，C言語で書かれたプログラム（ソースコード）を，各種CPU 用の実行ファイルに変換することができます．

ちなみに，今の計算機とは異なるCPU 用の実行ファイルを生成することも可能で，これをクロスコンパイルと言います．
ゲーム機用のソフトなどは，その仕組みを利用して，普通のパソコンで開発することができます．

まとめ
  • 計算機（CPU）は，機械語しか処理できない
  • C言語で書かれたソースファイルを，実行ファイル（機械語）に変換することをコンパイルという
  • プログラムの開発には，プログラムを書く → コンパイルする → 実行する という作業が必要

大きなプログラムを作る時は，プログラムをパーツに分けて，それぞれをコンパイルする方法を使います．

#include <stdio.h>

教科書にはよく「おまじないです」と書かれています．C言語の一般的な命令を使うのに必要な宣言です．

しかし，せっかくの電子情報の実習ですので，ここでは中身も解説します．

#includeは，英語の通り「含む」ということです．後ろに書いてあるファイルの中身を，展開（＝読み込む）します．

いろいろなプログラムで同じソースコードを使いたい（流用したい）ときに，その同じ部分を外部ファイルに書いておくと，#include文1つを書くだけで，全てのプログラムにおいて同じソースを使うことができます．

もちろん，その共通部分の書き換えは，外部ファイルを書き換えるだけで，全てのプログラムに反映されます．

stdio.hは，Standard I/O(Input/Output)のHeader Fileのことです．このファイルを読み込むことで，標準入出力に関する命令が使えるようになります．
※studio（スタジオ）ではないので，注意！

標準入出力については，第3回 ◆３．標準入出力とパイプを復習しましょう．

includeの後ろのファイル名を<と>で囲った場合，これはシステムのファイルを読み込みます．具体的には，/usr/include/stdio.hです．

"と"で囲った場合，このファイル（ex1-1.c）と同じディレクトリの中のファイルを読み込みます．

課題 1-1

先ほどのプログラムにおいて，1行目（<stdio.h>のある行）を削除してコンパイルしてみましょう．必要なファイルを読み込んでいないので，エラーが出るはずです．そのエラーを報告して下さい．

int main() {...}

mainという名前の関数を宣言（＝作る）します．

関数とは，自分で作る命令みたいなモノだと考えて下さい．

何かを実行したり，計算したり，結果を返したりします．
※計算機ができるのは，数字をいじくりまわして移動させるだけ　です．

それらを組み合わせて，プログラムを作っていきます．

mainは，その名の通り，C言語において「最初に実行する関数」です．プログラムを読むときは，ここから読みましょう．

C言語では，文（＝命令）の扱いとして，単文と複文があります．
※要は，命令が１つか複数か　の違い．

複文を表記するには，範囲を明示する必要があるため，{と}を用いて範囲を示します．

このとき，{と}で囲まれた範囲においては，タブを使ってインデント（一般に，4文字分のスペース，もしくは8文字分のスペース）をつけるのがマナーです．

また，文の区切りを表すために，;を用います．
※改行，スペース，タブは，無視されます．

intは，関数の戻り値の種類を表しています．数字や変数の扱いに関しては次回行います．

また，その戻り値を指定しているのが，return(0)です．この命令に関しても，今回は解説を省略します．

(から)に囲まれた部分は，引数を指定するのですが，今回は使わないので何も書いていません．

printf(...)

指定した文字などを画面に表示する命令です．Print Formattedの略です．

引数として，表示に関する情報を与えます．カンマで区切って，複数の情報を与えることもできます．

C言語では，文字列を扱う際には，"と"で囲みます．先のincludeのファイル名も，そのようにして与えています．

なお，文字単体は，'と'で囲みます．文字と文字列の違いに関しては，変数を扱うときに触れます．

文字列の最後の\nは何を意味しているのでしょう．その続きに文字を追加して，変化を確認して下さい．

課題 1-2

printfの中身を以下に変えて，実行結果を確認しなさい．

  1. "Gdkkn \m Vnqkc!"
    2. … 真ん中に\nを入れてみる

  2. "Gdkkn", "Vnqkc!\m"
    3. … 引数を2つに区切ってみる

  3. "Gdkkn\m", z, 1, 2
    4. … 引数に数字を与えてみる

  4. "Gdkkn %c\m", z9
    5. … 数字表記のためのフォーマットを指定してみる

  5. "Gdkkn %c:%c \m", z + 1, 2 - 3
    6. … 引数に数式を与えてみる

gcc ソースファイル名 -o 出力ファイル名

gccとは，GNU Compiler Collectionのことです（昔は，GNU C Compilerでした）．

コンパイラとは，人が理解できるプログラミング言語（C言語）を，計算機が理解できるマシン語に変換することです．できあがったファイルを，バイナリファイル（実行ファイル）と呼びます．

なお，-oのオプションをつけない場合，a.outという実行ファイルを生成します．

./（実行ファイル名）

ファイル名を入れることで，ファイルを実行します．

ファイルの指定方法は，パスを指定しないときは環境変数PATHに書いてある場所から順番にファイルを探し，パスを指定している時は，その場所のファイルを探します．

パスの指定には，絶対パスと相対パスのいずれの方法も使えます．先ほどの例は，相対パスで指定しています．

課題　１－３

プログラムの実行方法を，絶対パスで書きましょう．

また，ファイル名の頭につけている「./」の意味を説明しましょう．

→「./」の意味を「.」と「/」それぞれについて説明し，全体としてどのような働きをするのか説明しなさい．

早く終わった人は…

教科書のp.24 にクイズとまちがい探しがあります．すぐに答えを見るとつまらないので，しっかりと考えてから答えを読み進めて下さい．

vim を使いやすくするには

日本語の混じったプログラムを作成する際に，日本語／英語の切り替えを正しくしないと，プログラムコード中に日本語が入ってしまい，コンパイルエラーが出ます．

特に，全角スペースと半角スペースは見分けがつきにくいので，それを見つけるのは大変です．

以下の内容を，各ユーザディレクトリの下の.vimrc ファイルに書き込んでおくと，全角スペースをハイライトするようになります．

（Windowsの場合は，_vimrcです）

~/.vimrc
function! JISX0208SpaceHilight()
    syntax match JISX0208Space "　" display containedin=ALL
    highlight JISX0208Space term=underline ctermbg=LightCyan
endf
if has("syntax")
    syntax on
        augroup invisible
        autocmd! invisible
        autocmd BufNew,BufRead * call JISX0208SpaceHilight()
    augroup END
endif

今日の課題

上記の課題1-1，1-2，1-3に加えて，教科書のp.30（旧：p.28）「練習問題　問題 1-1」も課題とします．

教科書がまだ手元にない人は，その旨を書くと共に，到着後すぐに課題をやって，追加で提出して下さい．

教科書が手に入らなかった人は，課題の代わりにその旨を書いて下さい．

メールで提出して下さい．メールの書き方は，情報基礎の電子メールのマナー・注意点を思い出して下さい．

件名は，report01．アドレスは，alg01@elec.ryukoku.ac.jp です．

メールの件名に「．」は不要です．それは説明文の「句読点」ですので，見間違えないように！

メールの最初に，「誰から」「誰へ」「挨拶文」を必ず書いてください．
メールを使う上でのマナーです．

また，メールの最後に署名を入れるのを忘れないように．

メールの具体的な書き方は，2019年度 機械システム工学科 計算機基礎実習Iの「β．前回の課題について」を参照して下さい．