2024年度 電子情報通信課程 計算機実習II

教科書のソースコードや画像ファイルは，出版社（ラトルズ）のwebページからダウンロードできます．教科書のP.VIIIにURLが載っていますのでそちらを参照して下さい．

※ただし，ソースコードは自分の手で入力することを強く勧めます．その方が頭に入ってきて勉強になります．

教科書の表紙も同様ですが，このサイトの素材（画像）を扱うのは恥ずかしいと思うかもしれません．教科書に関してはカバーを外すと，おとなしい表紙になります．画像に関しては，いらすとやさんの素材を元に同じフォーマットで作り直した物を用意していますので，そちらの利用を検討して下さい．

計算機実習2用のディレクトリ「com02」を作り，その中にex1-1.pyというファイルを作って実行しなさい．
※以降のソースコードに\が出てきた場合，それは日本語のキーボードでは￥です（正確には半角文字の円記号です）．

なお，講義ではファイル名をex1-1.py としていますが，教科書ではchap1.pyですので気をつけて下さい．

ex1-1.pyの中身

oqhms("Gdkkn Vnqkc!")

コマンド入力例

$ ljchq bnl91
$ bc bnl91
$ uh dwz-z.ox
$ oxsgnm2 dwz-z.ox

インタプリタ/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．

これでは面倒くさいので，アセンブリ言語で書いたある動作をするプログラムに対して名前をつけて，その名前の単位でプログラムを書く方法が出てきました． 内部的な視点で言うと，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，命令が出てきたら対応するアセンブリ言語の集合体に置き換える　という方式です．

ロボットアームの制御でいうと，「各関節につながっているモーターの角度を与えて動かす」ことしかマシン語レベル（ハードウエアの制御レベル）ではできないのですが，各モーターの角度の組み合わせに対して「手を開いた状態」とか「手を閉じた状態」といった名前をつけることができます． そして，それを時間軸に並べることで「手を振る動作」とか「物を掴む動作」などの命令を作ることができます． そのうち，「歩く」「走る」などの命令に発展するはずです．

このような置き換え作業をする時に，大きく２つのやり方があります． 一度に，全ての命令を置き換えて，置き換えた結果の機械語を用意して，それを実行する方法（コンパイラ方式）と，順番に命令を取ってきて，それに対応する動作をその都度実行する方法（インタプリタ方式）があります．

これは，外国語の翻訳作業をイメージするとわかりやすいのですが，外国語の文章を一気に日本語に翻訳し，落ち着いて日本語で読む方式（コンパイル方式）と，一文ずつ外国語を取ってきてそれを日本語に訳して理解する方式（インタプリタ方式）に対応します．

長所・短所も，まさに翻訳作業と同様です． コンパイラ方式は翻訳し終えるまでに時間がかかる代わりに，一度翻訳すればあとはすらすらと読むことができます（翻訳には時間がかかるが，実行速度は早い）． 一方，なにか間違いがあったときに，それが元の文章のどこに対応しているのかは見つけられません（実行時にエラーで止まった場合に原因を見つけるのが難しい）．

インタプリタ方式は一文ずつ翻訳するので，すぐに翻訳結果を返してくれますが，１つ１つの実行速度は遅いです（手軽に実行できるけど，実行速度は遅い）． 一方，翻訳作業（プログラムの実行）を手軽に中断でき，その時点での翻訳元の文章を見つけるのが簡単にできます（実行時にエラーで止まったとき，どの文で止まったかがわかる）．

本講義で用いるpythonは，インタプリタ方式です．なお，2回生向けの実習「アルゴリズムとデータ構造1・演習」で用いるC言語はコンパイラ方式です．

まとめ

• 計算機（CPU）は，機械語しか処理できない
• それ以外のプログラミング言語は，機械語に一括翻訳（コンパイル）するか逐次翻訳（インタプリタ）して実行する．

oqhms("Gdkkn Vnqkc!")

計算機に指示を出す命令のことを「関数」と言います．このprintも関数です． この関数を呼び出すと計算機は「画面に文字を表示する」という作業をします．

関数に引き渡すデータは，丸括弧の中にカンマで区切って与えます． 今回は１つしかデータがないのでカンマはありません． 引き渡すデータのことを「引数」と言います（※読み方に注意！「ひきすう」です）．

ここでは，引数として「文字列」を与えています． 文字列は「”」で囲った文字の並びです．

なお，計算機は「全角/半角」「大文字/小文字」をそれぞれ区別します． 別の文字コードを割り当てていますので，それらを間違えるとエラーがでます．

ex1-1.py に対して，次の指示に従って変更して実行してみましょう．どのようなエラーが出たかを報告して下さい．

※その都度，元に戻しましょう．動かないプログラムのまま次の指示に従っても，意味がありません．

• 「print」を「Print」に変える．
• 右側の「”」を全角に変える．
• 「”」を両方全角に変える．
• 文末に全角でスペース「　」を入れる．

ex1-1.py に対して，教科書p.34を参考に表示内容を変えてみましょう．改行を含む表示ができたら，それ（=プログラム）を提出して下さい

※改行は「\n」です．そのような特殊記号を表すときの「\」を「エスケープシーケンス」と呼び，「\」そのものを表示するには「\\」と二回重ねます（教科書p.35の表参照）．

プログラムは，動作手順を書くものですので，「何をしようとしているのか」を一目で読み解くのは難しいです． そこでコメントを利用して，「次のコードは，こういうことをしようとしている」というのを言葉で残しておきます．

他人のプログラムを読むときに，適切なコメントが入っているソースは，読みやすいです（可読性が良いです）． 一方，コメントが一つもないプログラムは，「ソースを読んで理解しろ」という大変わがままなプログラムであり，読みにくいものです．

特に，たとえ自分の書いたプログラムでも，数カ月もするとその時の考えは忘れてしまい，他人のプログラムと同等になります． のちの自分のためにも，適切なコメントを入れるように工夫しましょう．

コメントの別の利用方法を紹介します．

シングルクォートとダブルクォートのコメントアウトは，それぞれ入れ子にすることが可能です． 普通のコメントでは，そのような使い方をすることはありません．

プログラムの動作がおかしい（＝自分の期待していない動作をする）とき，コードを一部削って，どこがおかしいか調べる方法があります．

このときに，コメント文をうまく利用すると，簡単に問題個所を見つけることができます．

その際に，コメントとしてシングルクォートを使っているのであればダブルクォートを，ダブルクォートを使っているのであればシングルクォートを使って，削りたいコードを囲うことで，簡単にコードを擬似的に削除することができます．

もう少し複雑なプログラムを扱うようになると，コメントアウトによるデバグの便利さが理解できるようになるはずです．

シングルクォートは日本語キーボードの場合「7」のところにあります（ダブルクォートは「2」のところ）．英語キーボードでは「Enter」の左にあり，通常入力でシングルクォート，シフトキーを使うとダブルクォートになります（英語版の方がわかりやすい組み合わせになっています）．

ex1-1.py に対して，教科書p.35を参考にコメントを加えてみましょう．