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C言語入門第12週

プログラミング言語Ⅰ(実習を含む。), 計算機言語Ⅰ・計算機言語演習Ⅰ,

情報処理言語Ⅰ(実習を含む。)

1

動的配列

2

動的配列の基本

• malloc で確保し free で解放する

3

unsigned char *img; int w, h; // 動的にサイズを決める fprintf(stderr, "w = ?"); scanf("%d", &w); fprintf(stderr, "h = ?"); scanf("%d", &h); if ((img = malloc(3 * w * h)) == NULL) { // img の動的確保 fprintf(stderr, "Error: in %s line %d: malloc failed¥n", __FILE__, __LINE__); exit(EXIT_FAILURE); } // ここで img に対する処理を行う free(img); // 使い終わったimgの解放

講義資料第6週p.59, 第9週pp.30-34.

動的配列の例

• 1週目の bmptest.c と同じグラデーション

4

dynamic_array_test.c void print_ppm(unsigned char *img, int w, int h, int q); int main() { unsigned char *img; int w, h, x, y; fprintf(stderr, "w = ? "); scanf("%d", &w); fprintf(stderr, "h = ? "); scanf("%d", &h); if ((img = malloc(3 * w * h)) == NULL) { fprintf(stderr, "Error: in %s line %d: malloc failed¥n", __FILE__, __LINE__); exit(EXIT_FAILURE); } for (y = 0; y < h; y++) { for (x = 0; x < w; x++) { img[3 * (w * y + x) + 0] = 255; // R img[3 * (w * y + x) + 1] = 255 * x / w; // G img[3 * (w * y + x) + 2] = 255 * y / h; // B } } print_ppm(img, w, h, UCHAR_MAX); free(img); return EXIT_SUCCESS; }

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

mintty + bash + GNU C $ gcc dynamic_array_test.c print_ppm.c && ./a | convert - a.bmp w = ? 255 h = ? 255

a.bmp

malloc で確保したメモリは普通に1次元配列のように使える

講義資料第6週p.59, 第9週pp.30-34.

動的配列によるカラー画像

• 1次元配列を3次元配列のように使う

5

dynamic_array_test.c for (y = 0; y < h; y++) { for (x = 0; x < w; x++) { img[3 * (w * y + x) + 0] = 255; // R img[3 * (w * y + x) + 1] = 255 * x / w; // G img[3 * (w * y + x) + 2] = 255 * y / h; // B } }

18 19 20 21 22 23 24

R G B R G B ... R G B



: : : : : : ⋱ : : :


w*3

h

x

y

img

img[3 * (w * y + x) + 0]

unsigned char *img; を unsigned char img[h][w][3]; と同じように使う

講義資料第6週pp.10-30,57-59.

テキスト形式 PPM 画像の書き出し

• 第6週p.53.のプログラムを関数化した例

6

print_ppm.c #include <stdio.h> void print_ppm(unsigned char *img, int w, int h, int q) { int c, x, y; printf("P3¥n"); printf("%d %d¥n", w, h); printf("%d¥n", q); for (y = 0; y < h; y++) { for (x = 0; x < w; x++) { printf(" "); for (c = 0; c < 3; c++) { printf(" %3d", img[3 * (w * y + x) +c]); } } printf("¥n"); } }

講義資料第6週pp.47-53.

関数のプロトタイプ宣言 // 作った関数の本体(並括弧の中身)を取り除き // 末尾に ; (セミコロン)を付ける void print_ppm(unsigned char *img, int w, int h, int q);




: : : : : : ⋱ : : :


c

y

x

テキスト形式 PPM 画像の読み込み

• 読み込んだパラメータに応じて大きさを変更

7

read_ppm_p3_core.c unsigned char *read_pnm_p3(int *w, int *h, int *q) { char s[10]; unsigned char *img; int y, x, c; scanf("%9s%d%d%d", s, w, h, q); if ((img = calloc(*h * *w * 3, 1)) == NULL) { return NULL; } for (y = 0; y < *h; y++) { for (x = 0; x < *w; x++) { for (c = 0; c < 3; c++) { scanf("%d", &img[3 * (*w * y + x) + c]); } } } return img; }

講義資料第6週pp.47-53.

パラメータの読み込み

パラメータに応じて動的配列の確保

配列に格納する値の読み込み

確保し値を読み込んだ動的配列を返す

実用上は、これ＋エラー処理が必要詳細は read_ppm_p3.c 参照

ポインタの応用: 配列の添え字調整

C言語における配列の宣言型名変数名[要素数];

例: 要素数N個でint型の配列a int a[N];

利用可能な要素は a[0]～a[N-1]

添え字0～N-1の範囲を自由変更出来ないか？

↓

ポインタを利用すれば可能

8


• 1元配列とメモリ上の配置

9

⋮

a[-1]

a[ 0]

a[ 1]

a[ 2]

a[ 3]

⋮

... 確保されたメモリ

... 確保されたメモリ外

⋮

p[-1]

p[ 0]

p[ 1]

p[ 2]

p[ 3]

⋮

=

p = &a[0] とした場合

⋮

p[-2]

p[-1]

p[ 0]

p[ 1]

p[ 2]

⋮

=

p = &a[1] とした場合

int a[3]; int *p; として

p[0] が a のどこに対応するか調整してやれば良い

a[ 0]～a[ 2] を p[-1]～p[ 1] として使える


• オフセットを与えてポインタを格納する

10

array_offset_test1.c int a[3] = {2,3,5}; int *p = a + 1; int i; for (i = 0; i < 3; i++) { printf("%p: a[% d] = %d¥n", &a[i], i, a[i]); } for (i = -1; i <= 1; i++) { printf("%p: p[% d] = %d¥n", &p[i], i, p[i]); }

mintty + bash + GNU C $ gcc array_offset_test1.c && ./a 0x22aab0: a[ 0] = 2 0x22aab4: a[ 1] = 3 0x22aab8: a[ 2] = 5 0x22aab0: p[-1] = 2 0x22aab4: p[ 0] = 3 0x22aab8: p[ 1] = 5

a に対してオフセットを 1 加える p は a[1] のアドレスを指すつまり p[0] が a[1] 結果、以下の要素が対応する a[ 0], a[ 1], a[ 2] p[-1], p[ 0], p[ 1]

ポインタの応用: 配列の添え字調整 2次元配列の場合

• 2次元配列とメモリ上の配置

11

⋮

a[ 0][ 0]

a[ 0][ 1]

a[ 0][ 2]

a[ 1][ 0]

a[ 1][ 1]

a[ 1][ 2]

a[ 2][ 0]

a[ 2][ 1]

a[ 2][ 2]

⋮


... 添え字の範囲外だが確保されたメモリ内


⋮

a[ 1][-3]

a[ 1][-2]

a[ 1][-1]

a[ 1][ 0]

a[ 1][ 1]

a[ 1][ 2]

a[ 1][ 3]

a[ 1][ 4]

a[ 1][ 5]

⋮

⋮

a[ 0][ 0]

a[ 0][ 1]

a[ 0][ 2]

a[ 0][ 3]

a[ 0][ 4]

a[ 0][ 5]

a[ 0][ 6]

a[ 0][ 7]

a[ 8][ 8]

⋮

⋮

a[ 2][-6]

a[ 2][-5]

a[ 2][-4]

a[ 2][-3]

a[ 2][-2]

a[ 2][-1]

a[ 2][ 0]

a[ 2][ 1]

a[ 2][ 2]

⋮

=

多次元配列も結局は1次元のメモリアドレスに割り振られる

添え字の範囲外でもメモリ上で連続であればアクセスは可能


• 2次元配列とポインタのオフセット

12

⋮

a[ 0][ 0]

a[ 0][ 1]

a[ 0][ 2]

a[ 1][ 0]

a[ 1][ 1]

a[ 1][ 2]

a[ 2][ 0]

a[ 2][ 1]

a[ 2][ 2]

⋮

⋮

(*p)[-1][-1]

(*p)[-1][ 0]

(*p)[-1][ 1]

(*p)[ 0][-1]

(*p)[ 0][ 0]

(*p)[ 0][ 1]

(*p)[ 1][-1]

(*p)[ 1][ 0]

(*p)[ 1][ 1]

⋮

=

int [3][3] へのポインタ p を作り p が a[ 1][ 1] を指すよう調整すれば a[ 0][ 0]～ a[ 2][ 2] を (*p)[-1][-1]～(*p)[ 1][ 1] として使える！

int a[3][3]; int (*p)[3][3]=(int (*)[3][3])&a[1][1];


• 2次元配列とポインタのオフセット

13

⋱ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋰

... a[-1][-1] a[-1][ 0] a[-1][ 1] a[-1][ 2] a[-1][ 3] ...

... a[ 0][-1] a[ 0][ 0] a[ 0][ 1] a[ 0][ 2] a[ 0][ 3] ...

... a[ 1][-1] a[ 1][ 0] a[ 1][ 1] a[ 1][ 2] a[ 1][ 3] ...

... a[ 2][-1] a[ 2][ 0] a[ 2][ 1] a[ 2][ 2] a[ 2][ 3] ...

... a[ 3][-2] a[ 3][ 0] a[ 3][ 1] a[ 3][ 2] a[ 3][ 3] ...

⋰ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋱

p = a とした時の (*p)[-1][-1]～(*p)[1][1]の範囲


... 添え字の範囲外だが確保されたメモリ内


p = &a[1][1] とした時の (*p)[-1][-1]～(*p)[1][1]の範囲



14

array_offset_test2_1.c int a[3][3] = { { 2, 3, 5}, { 7,11,13}, {17,19,23}, }; int (*p)[3][3] = (int (*)[3][3]) &a[1][1]; int x, y; printf("sizeof(a) = %d¥n", sizeof(a)); printf("sizeof(*p) = %d¥n", sizeof(*p)); for (y = 0; y < 3; y++) { for (x = 0; x < 3; x++) { printf("%p: a[% d][% d] = %d¥n", &a[y][x], y, x, a[y][x]); } } for (y = -1; y <= 1; y++) { for (x = -1; x <= 1; x++) { printf("%p: (*p)[% d][% d] = %d¥n", &(*p)[y][x], y, x, (*p)[y][x]); } }

int [3][3] へのポインタは int (*)[3][3]

a[1][1]は int[3][3]型ではなく int型なのでキャストが必要



15

array_offset_test2_2.c int a[3][3] = { { 2, 3, 5}, { 7,11,13}, {17,19,23}, }; int (*p)[3] = (int (*)[3]) &a[1][1]; int x, y; printf("sizeof(a) = %d¥n", sizeof(a)); printf("sizeof(*p) = %d¥n", sizeof(*p)); for (y = 0; y < 3; y++) { for (x = 0; x < 3; x++) { printf("%p: a[% d][% d] = %d¥n", &a[y][x], y, x, a[y][x]); } } for (y = -1; y <= 1; y++) { for (x = -1; x <= 1; x++) { printf("%p: p[% d][% d] = %d¥n", &p[y][x], y, x, p[y][x]); } }

int [3][3] へのポインタは int (*)[3][3] だが int (*)[3] でも格納可能使う時は *p としなくて良いので後者の方が使い易い？

1次元配列でも int [3] へのポインタではなく int 型へのポインタを使っていた


16

mintty + bash + GNU C $ gcc array_offset_test2_2.c && ./a sizeof(a) = 36 sizeof(*p) = 12 0x22aa90: a[ 0][ 0] = 2 0x22aa94: a[ 0][ 1] = 3 0x22aa98: a[ 0][ 2] = 5 0x22aa9c: a[ 1][ 0] = 7 0x22aaa0: a[ 1][ 1] = 11 0x22aaa4: a[ 1][ 2] = 13 0x22aaa8: a[ 2][ 0] = 17 0x22aaac: a[ 2][ 1] = 19 0x22aab0: a[ 2][ 2] = 23 0x22aa90: p[-1][-1] = 2 0x22aa94: p[-1][ 0] = 3 0x22aa98: p[-1][ 1] = 5 0x22aa9c: p[ 0][-1] = 7 0x22aaa0: p[ 0][ 0] = 11 0x22aaa4: p[ 0][ 1] = 13 0x22aaa8: p[ 1][-1] = 17 0x22aaac: p[ 1][ 0] = 19 0x22aab0: p[ 1][ 1] = 23

mintty + bash + GNU C $ gcc array_offset_test2_1.c && ./a sizeof(a) = 36 sizeof(*p) = 36 0x22aa90: a[ 0][ 0] = 2 0x22aa94: a[ 0][ 1] = 3 0x22aa98: a[ 0][ 2] = 5 0x22aa9c: a[ 1][ 0] = 7 0x22aaa0: a[ 1][ 1] = 11 0x22aaa4: a[ 1][ 2] = 13 0x22aaa8: a[ 2][ 0] = 17 0x22aaac: a[ 2][ 1] = 19 0x22aab0: a[ 2][ 2] = 23 0x22aa90: (*p)[-1][-1] = 2 0x22aa94: (*p)[-1][ 0] = 3 0x22aa98: (*p)[-1][ 1] = 5 0x22aa9c: (*p)[ 0][-1] = 7 0x22aaa0: (*p)[ 0][ 0] = 11 0x22aaa4: (*p)[ 0][ 1] = 13 0x22aaa8: (*p)[ 1][-1] = 17 0x22aaac: (*p)[ 1][ 0] = 19 0x22aab0: (*p)[ 1][ 1] = 23

sizeof(*p)は異なる int (*p)[3][3]; だと sizeof(*p) は sizeof(int[3][3]) int (*p)[3]; だと sizeof(*p) は sizeof(int[3])


• 配列のサイズが必要になるのが欠点

17

array_offset_test2_2.c int a[3][3] = { { 2, 3, 5}, { 7,11,13}, {17,19,23}, }; int (*p)[3] = (int (*)[3]) &a[1][1]; int x, y; printf("sizeof(a) = %d¥n", sizeof(a)); printf("sizeof(*p) = %d¥n", sizeof(*p)); for (y = 0; y < 3; y++) { for (x = 0; x < 3; x++) { printf("%p: a[% d][% d] = %d¥n", &a[y][x], y, x, a[y][x]); } } for (y = -1; y <= 1; y++) { for (x = -1; x <= 1; x++) { printf("%p: p[% d][% d] = %d¥n", &p[y][x], y, x, p[y][x]); } }

最後の次元以外は要素数が既知でないと配列へのポインタを作れない

つまり動的配列に対して使えない


• 動的配列の場合は自力でアドレスを計算する

18

array_offset_test3.c int a[3][3] = { { 2, 3, 5}, { 7,11,13}, {17,19,23}, }; int *p = &a[1][1], w = 3, h = 3; int x, y; for (y = 0; y < 3; y++) { for (x = 0; x < 3; x++) { printf("%p: a[% d][% d] = %d¥n", &a[y][x], y, x, a[y][x]); } } for (y = -1; y <= 1; y++) { for (x = -1; x <= 1; x++) { printf("%p: p[w * % d + % d] = %d¥n", &p[w * y + x], y, x, p[w * y + x]); } }

ポインタを1次元配列として用いる但しアドレスを計算し易いオフセットをあらかじめ設定しておく

アドレスは自力で計算

確認問題

• 以下の状況で9行目の時点の *p と p の値を16進数で答えよ。

19

hoge.c int a = 0x12345678; int *p = &a; printf("&a = %p¥n", &a);

mintty + bash + GNU C $ gcc hoge.c && ./a &a = 0x22aac4

6 7 8 9

第9週講義資料p.16.

確認問題

• int 型へのポインタ変数 a, b を宣言する場合正しいのは以下のうちどれか？

20

hoge.c int a, b; // (1) int *a, b; // (2) int a, *b; // (3) int *a, *b; // (4)

第9週講義資料p.17.

演習: strtosign.c

• 文字列sの先頭1文字を見て、「-」なら-1、「+」なら+1、それ以外なら+1を返す関数 strtosign を作成せよ

• int strtosign(const char *s, char **endp); • 引数

• s: 文字列 • endp: NULL 以外の時、*endp に符号の識別子(つまり'-','+')の次の文字へのポインタを返す

• 戻り値 • 文字列sの先頭2文字に応じて、2、8、10、16の何れかを返す。 • endp が NULL 以外の時、*endp に符号の識別子(つまり'-','+')の次の文字へのポインタを返す

• strtosign_test.c と共にコンパイルして動作を確認せよ

21

第13週へ移動+改訂

演習: strtobase.c

• 文字列sの先頭2文字を見て、0なら8進数、0bなら2進数、0xなら16進数、それ以外なら10進数と判別する関数 strtobase を作成せよ

• int strtobase(const char *s, char **endp); • 引数

• s: 文字列 • endp: NULL 以外の時、*endp に基数判別の識別子(0, 0b,

0x)の次の文字へのポインタを返す

• 戻り値 • 文字列sの先頭2文字に応じて、2、8、10、16の何れかを返す。 • endp が NULL 以外の時、*endp に基数判別の識別子(0, 0b,

0x)の次の文字へのポインタを返す

• strtobase_test.c と共にコンパイルして動作を確認せよ

22

第13週へ移動+改訂

参考文献

• [1] B.W.カーニハン/D.M.リッチー著石田晴久訳、プログラミング言語C 第2版 ANSI 規格準拠、共立出版(1989)

23

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