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- 3. 今日やること • 配列再び • ビット演算 • プリプロセッサをちょっと • マイコンのプログラミングをちょっと
- 4. 関数[復習] • 今まで，if,switch,for,while文を学んできた • これだけで結構なことができる． • しかしこれだと，プログラムをすべてmainの 中に記述することになる． • プログラムが非常に見難くなり，バグに対処しにくい • 例えば「1からkまでの和」を求めるプログラムを何度も 使う時，そこにバグがあったらすべて書きなおさねばな らない • 特定の処理をするプログラムを部品として使 いたい→関数
- 5. 関数[復習] • 関数の定義方法 • 関数には，引数と戻り値 (返り値)があり，returnに 達すると関数は終了 int add(int a, int b){ … 処理; … return a + b; } 戻り値の型 関数名 引数 戻り値
- 6. 関数[復習] • コンパイラはソースコードを上か ら解釈するので，予め「こういっ た関数を使う」と宣言をしないと， いざ関数を使うときにコンパイル エラーが発生 • ideoneでは問題なく実行できるが，こ れは特殊．gccや他のIDEではエラー • 予め宣言しておくことを，プロト タイプ宣言という． • 3,4行目の部分
- 7. 関数[復習] • 実は，変数には主に2種類ある • ローカル変数 • グローバル変数 • ローカル変数は，関数の内部 で宣言，定義される変数 • 宣言した関数内でしか参照できな い • 先ほど紹介したadd関数の変数a,b も，今までmain関数内で定義し た変数もすべてローカル変数 • 関数が終了すると，メモリが消滅 するので値が保存されない • 変数は定義しないと使えない ので，関数の最初で通常定義 する
- 8. 関数[復習] • グローバル変数は，関数の{}の ブロックの外側で定義される 変数 • いろんな関数から参照できる • プログラムが終了するまでメモリ が消滅しないので，値が保存され る • プログラム全体で，普遍的な変数 を表現するのに便利 • どこからでも参照できるとい うことは，どこからでも変え ることができてしまうので， むやみに利用すべきではない．
- 9. 演習 1. 次の関数を作ってみよう 1. 整数型の引数aをとり，1からaまでの合計を戻り値と して返す関数 2. 整数型の引数a,bをとり，a^2 + b^2を返す関数 2. [難？]引数nを与え，素数ならば1，そうでないならば0を 返す関数を作成し，それを利用して10001番目の素数を 求めよ．(PE7) • なぜ素数ならば１で，そうでないなら0なのかというと，素数判 定する関数をisPrime(int n)とすると if(isPrime(n))で「nが素数な らば」を表現できるため • 他の言語だと真偽を表すbool型というのがある
- 10. 演習 1.
- 11. 演習 2. 104743
- 12. 配列再び • 前回，前々回で少しだけ登場している配列 • 「データを入れる箱」変数を1度にたくさん宣 言する方法として，配列がある • 変数を100個も一々宣言するのは大変 • int型で名前がdata，要素数が20の配列を宣言 するには以下のようにする int data[20]; 型 配列名 要素数
- 13. 配列再び
- 14. 配列再び • int data[20];と宣言した時，data[k]と書くこと でk番目の要素にアクセスできる． • 配列は0番目から始まる • そして(要素数-1)番目までアクセスできる • 1番目からではない • data[20]だとdata[0] ~ data[19]にアクセスできる • data[20]にはアクセスできない(？) • 配列の要素数は，コンパイル時に決まっている 定数でしか指定できない． • ユーザーが入力した値を[]内に入れて宣言することができ ない • const int としても変数として扱われるのでダメ(コンパイ ラによってはできる)
- 15. 配列再び • 配列にも初期化する方法があり、 int hoge[] = {2,4,6}; • とすると、値が初期化された要素数3の配列が できる • この例はint hoge[3];として、hoge[0] = 2;hoge[1] = 4; hoge[2] = 6;としたのと同じ • []内に要素数を書かなくても良い • 宣言時にしか初期化できない
- 17. 配列再び • 実行結果
- 18. 文字列と配列[応用] • 右のコードは1番はじめに登 場したHello World • そもそも”Hello World¥n” ってなに？ • 文字(char)ではなく文字列 • Ｃ言語にはStringという文字 列の型は存在しない(他の言 語にはある) • 文字列は文字の配列、つまり char型の配列 • 文字列はchar型の配列なので 、右のように変数helloに代入 できる
- 19. 文字列と配列[応用] • 文字列 = 文字の配列なので、下のように書き換 えることもできる • hello[0] = ‘H’ ,hello[1] = ‘e’といった具合 • 一番右の’¥0’は、ヌル文字と呼ばれ、文字列の終 端を表す記号 • このヌル文字を使って、文字列の終端を検知する場合が多い
- 20. 文字列と配列[応用] • printf関数に渡していた引数はchar型の配列 • 実は、’a’,’b’といった文字はC言語内部では数字と 対応付けされている • ASCII(アスキー)コードという規格が存在する • これにより、下の2つのコードは同義 • 実はb = ’a’ + 1みたいなのもできる.
- 21. 多重配列[応用] • 配列のなかに配列を作るこ ともできる • 多重配列 • 多重配列を用いることによ り、n次元に広がるデータを 扱える • 例えば、行列、将棋の盤面 • 定義は、 int matrix[3][3]; • のように書く 型名 配列名 要素数
- 22. 配列[演習] 1. int型で要素数が100の配列を宣言し，それぞれの要素に 対し，インデックスが奇数ならば0，偶数ならば1を代入 し，出力せよ． • hoge[0] = 1; • hoge[1] = 0; 2. 好きな型で好きな要素数の配列を好きな数で初期化し， (型:int,要素数:3ならint a[] = {2,4,6};)インデックスが大き い方から出力する．(上だと6,4,2と出力) • for文を上手に利用する • いつもはi++でインデックスが小さい方からだが… • わからなかったら「C言語 hoge」とググれば，大体答えが 載っている
- 23. 配列[演習] 1.
- 24. 配列[演習] 2.
- 25. おまけ • 今まではprintf関数で出力ばっかりしてきた • 入力はないの？ーもちろんある • 入出力関数を使用するためにstdio.hというヘッ ダファイルをincludeする必要があった • ヘッダファイルとは，特定の機能を持った関数を使いやすい ようにファイル分割したもの（？） • ↑うまく説明できてないかもしれない • 入出力関数はたくさんあるので，代表的なもの だけ紹介する
- 26. おまけ • scanf関数 • 標準入力（キーボード）からの入力を変数へ読み 込む機能をもつ • printf()の入力版？ • &については今は説明省略 • これはideoneで説明するのが難しい
- 27. おまけ • fopen関数 • ファイルからデータを読み出す準備をする関数 • 読み取りモード，書き込みモードなど様々なモー ドを設定できる • ファイルを使い終わったらfclose()でクローズする • ファイル操作についてはこれ以上詳しく説明しな い
- 28. ビット演算(の前に) • C言語ではなく，一般的な話 • bit(ビット)とbyte(バイト)について • bit(ビット)とは0と1によるデータの単位のこと • 1bitで0と1の２種類のデータが表現できる • binary digitの略らしい • 1byteは8bitであるのが一般的 • 1byteで2＾8=256種類のデータを表現できる • 1KB = 1024B(byte) • 基本的にコンピュータの内部では，データは2進 数，つまりbit単位で扱われる • 001010111101011010010001110…
- 29. ビット演算(の前に) • しかし，0と1を羅列して2進数を表現するのは長 ったらしい • 16進数という表現がある • 0-9,A(10),B,C,D,E,F(15)の数で表現 • 例をいくつか – 3A = 3 * 16 + 10 = 58 – FF = 15 * 16 + 15 = 255 • 2進数と16進数との関係 – 58 = 0011 1010 (2) 3 A 00000000 0 00000001 1 00000010 2 00000011 3 … 11111110 126 11111111 127
- 30. ビット演算(の前に) • C言語では，先頭に0xをつける ことでその数が16進数である ことを示す – 8進数の場合先頭に0をつけ る – (コンパイラによっては)先 頭に0bをつけることで2進 数を示せる • 右のプログラムは，変数 hoge,piyoにそれぞれ16進数で 3A,FFを代入している
- 31. ビット演算(の前に) • 変数の値に対し，2進数(0と1)を表すビット単位 でデータ操作を行うことをビット演算と呼ぶ • n桁目のビットを1にする • すべてのビットを左に1つずらす • ビット演算は，特にマイコンを扱うにあたって欠 かせないものなので，今のうちに触れておく • 欠かせない理由は後ほど
- 33. ビット演算 • unsigned char型は0~255ま での値を格納できる – 前回説明した – 16進数だと0x00~0xFFまで – char型は-128~127 • ビット演算子には，次のよう なものがある – 論理演算子(&&,||,!)とは違う ビット演算子 意味 & AND | OR ~ NOT ^ XOR << , >> ビットシフト !aと~aはまったく違う
- 34. ビット演算 • AND演算子(&)は各桁のビッ トに対して次の演算を行う – &&と間違えないように • 0 & 0 = 0 • 0 & 1 = 0 • 1 & 0 = 0 • 1 & 1 = 1
- 35. ビット演算 • OR演算子( | )は各桁のビット に対して次の演算を行う – ||と間違えないように • 0 | 0 = 0 • 0 | 1 = 1 • 1 | 0 = 1 • 1 | 1 = 1
- 36. ビット演算 • NOT演算子( ~ )は各桁のビッ トに対して次の演算を行う – !と間違えないように • ~0 = 1 • ~1 = 0 • ビットの反転
- 37. ビット演算 • XOR演算子(^)は各桁のビッ トに対して次の演算を行う – 累乗ではない – 排他的論理和といわれる • 0 ^ 0 = 0 • 0 ^ 1 = 1 • 1 ^ 0 = 1 • 1 ^ 1 = 0
- 38. ビット演算 • ビットシフト演算子(<<,>>) は全体のビットを左/右に指 定回数分だけずらす – 左ビットシフトの場合，ずらし た後の空白は0が入る – 右ビットシフトの場合，ずらし た後の空白は処理系によって変 わる • 1010010110100 (左へ1ビットシフト) • 0100101101000
- 39. ビット演算 • printfで%xを用いると，変数の値 を16進数で表示できる – %dは変数の値を10進数で表示するもの だった • 結果が次のようになることを確認 しよう • 10ではない．0x10(=10進数だと 16)
- 40. ビット演算 • これらの演算子は， +=,-=の演算 子のように，省略して書くことが できる unsigned char a; a = 0x2F; a &= 0x3c; a |= 0xC0; … a &= 0x3C; a = a & 0x3C;
- 41. ビット演算[演習] 1. 次の計算を行うとどうなるか，16進数で値を求 めよ．ただし，値は0x00~0xFF(unsigned char) とする．自分で変数を作って表示しよう． 1. 0x13 & 0x34; 2. ~0x1D; 3. 0xE2 << 2; 2. ある数に関して，特定の位置のビットだけ1に 変えるためにはどのような演算を行えばよいか ．同様に，特定の位置のビットだけを0に変え るためにはどのような演算を行えばよいか考え よう． (例) 100101 → 101101
- 42. おまけ • 先ほどprintf()内で%xを用い て変数を16進数表示した – %dは変数を10進で表示するもの だった – このような表示形式を指定する ものをフォーマット指定子とい う – 代表例は右に掲載 • 他にも，小数点の桁数を指定 する方法や左詰/右詰，0埋め など色々なことをprintf内で 指定できる – 使い方はググって 指 定 子 対応する型 説明 %c char 1文字を出力 %s char * char [] 文字列を出力 %d int,short 整数を10進数 で出力 %u unsigned int unsigned short 符号なし整数 を10進で出力 %o (整数値を扱え る型) 整数を8進数で 出力 %x (整数値を扱え る型) 整数を16進数 で出力 %f float 実数を出力 %lf double 倍精度実数を 出力
- 43. おまけ • 「!」は論理演算子で否定(NOT)を表す． – 「!a」の場合，aが偽なら真を，真なら偽を返す • 「~」はビット演算子で反転を表す． – 「~a」でa = 0xF0(11110000)の場合， 0x0F(00001111) a if(a) if(~a) if(!a) 0 else文 if文 if文 1 if文 if文 else文 123 if文 if文 else文 -1 if文 else文 else文 対応
- 44. おまけ[応用] • 先ほどの表でa = -1のときの ~aは0だった – 0をビットで表すと 00000…00000 – だとすると-1は 11111…11111??? – そもそも負の数を2進数でどう 表すの？ • unsignedなどの指定がない場 合は，2進数の最上位ビット (1番左)で正負を判断している – 詳しくは2の補数でググろう char binary +127 01111111 +126 01111110 … +2 00000010 +1 00000001 0 00000000 -1 11111111 -2 11111110 … -127 10000001 -128 10000000
- 45. おまけ[応用] • 2の補数表現の利点は，減算 を加算で行えること – たとえば，1-1をしたい – 1-1 = 1 + (-1) – すると，1 00000000となるが，char 型は8ビットなので最上位の1は捨て られる – よって答えは00000000となる • 右ビットシフト演算子(>>)をした 場合の空白に何が入るかは処理系 依存． – 一般的には符号あり=>最上位ビット ，符号なし=>0が埋められる – 処理系によってはいきなり負の数が正 になったり？ char binary +127 01111111 +126 01111110 … +2 00000010 +1 00000001 0 00000000 -1 11111111 -2 11111110 … -127 10000001 -128 10000000
- 46. プリプロセッサについてちょっと • C言語によるプログラミング（GCCの場合） 1. ソースコードの作成 2. コンパイル • ソースコード(プログラミング言語)を機械語に変換すること • 機械語に変換するツールをコンパイラという 3. 実行ファイルが生成される 4. 実行！！ 実行結果
- 47. プリプロセッサについてちょっと • C言語によるプログラミング（GCCの場合） 1. ソースコードの作成 2. プリプロセス 3. コンパイル • ソースコード(プログラミング言語)を機械語に変換すること • 機械語に変換するツールをコンパイラという 4. 実行ファイルが生成される 5. 実行！！ 実行結果
- 48. プリプロセッサについてちょっと • コンパイルされる前に，ソースコードに対して 行われる処理をプリプロセスという．そして， プリプロセスをするものをプリプロセッサとい う – コンパイルとコンパイラの関係 • プリプロセッサは，#includeしたファイルを読み込んだ り，コメントを消したりしてくれる． – コメントは実際の動作には関係ない – コメントは機械語に変換するのにはいらない
- 50. プリプロセッサについてちょっと • 毎回かいていた #include<~> は<>内に指定したファイル を読み込むという意味があ る – 今回はstdio.h(printfなどの 入出力の宣言が入っている) を読み込んでいる – stdio.hのようなファイルを ヘッダファイルという
- 51. プリプロセッサについてちょっと • #define (A) (B) • と書くことで，(A)がすべ て(B)に置き換わる – マクロという – 右の例だとNUMはプリプロ セッサによって10になる – (B)に当たる部分は省略可 – #defineを用いると簡単な関 数のようなものが(作ろうと 思えば)作れる
- 52. プリプロセッサについてちょっと #ifdef (A) … #endif • で挟まれた部分のコード は，(A)が#defineによっ て宣言されていれば読み 込まれるが，宣言されて いないと読み込まれない • 逆に#ifndefにすると宣言 しないと読み込まれる
- 53. プリプロセッサについてちょっと[注意] • #defineは，文字列をその まま置き換える作業をし ているので，注意しない とバグを引き起こしやす い – そのため#defineは多用しな いほうがよい – 定数を表現したいならば， const を用いればよい
- 54. マイコンプログラミング • 今までC言語の文法について色々と学んできたが， 具体的にマイコンにどう指示を与えるのかにつ いてはあまり触れなかった • ほんの少しだけどのようにしてマイコンに対し てプログラムをするのかを考える – 詳しい内容はマイコン講習会にて
- 55. マイコンプログラミング マイコン ・マイコンの働き 外部スイッチ ラインセンサー AD変換 モーター駆動 モーター ドライバ LED点灯ピンの電位 変化 デジタル値 PWM出力 ピンの電位 変化
- 56. マイコンプログラミング • 基本的に，マイコンには様々な種類の「レジス タ」と呼ばれるものがあり，これらを操作する ことで様々な設定を行う – 下の表はAVRの入出力ポートB(Atmelデータシートより) – わからない？俺もわからない
- 57. マイコンプログラミング • このレジスタを操作する際に，ビット演算の知識をとて も使う – マイコン講習会ではビット演算を駆使するらしい – 例えば，PORTBに0x2Aを代入すると… – 0x2A = 00101010なのでPORTB1,PORTB3,PORTB5に相当するピ ンが出力(1)になる 0 0 1 0 1 0 1 0
- 58. マイコンプログラミング • 出力が1となったピンは，電圧がオン(5V) にな る – 下の例はマイコンAttiny2313
- 59. マイコンプログラミング • 特定のピンだけ(例えばPORTB2)を1に変えるに は， • PORTB |= ( 1 << 2); • と書けば良い • 特定のピンだけ(例えばPORTB2)を0に変えるに は • PORTB &= ~(1 << 2); • と書けば良い • どちらもビット演算で登場した演算子
- 60. マイコンプログラミング • AVRでLチカをするコード • 何やってるかはわからなくて よい – マイコン講習会で丁寧に教えて くれるはず – ビット演算めっちゃしてるな～ くらいに思っておけば良い
- 61. 予告 • 今までの復習 • 構造体・共用体 • ポインタ 本日は以上です ありがとうございました