Structures, Unions, Enumerations, and Type Definitions

(構造体 (struct)、共用体 (union)、列挙型 (enum)、typedef)

Computing Practice I

6th lecture, May 19, 2016

http://www.sw.it.aoyama.ac.jp/2016/CP1/lecture6.html

Martin J. Dürst

© 2005-16 Martin J. Dürst 青山学院大学

Today's Schedule

• Minitest
• About last week's exercises
• Structures (struct)
• Type declarations (typedef)
• Unions (union)
• Enumeration types (enum)
• About today's exercises

ミニテスト

• 授業開始までにログイン済み
• 授業開始まで教科書、資料、筆箱、財布などを鞄に入れ、鞄を椅子の下に
• テスト終了後その場で待つ

不正行為について

C 言語の応用: gcc

• GNU Compiler Collection, formerly the GNU C Compiler
• 最初の公開は 1987 年
• C, C++, Objective-C, Fortran, Java, Ada, Go 等のプログラム言語に対応
• 出力は Intel x86 や ARM を含め 30以上の機械
• 本体約 175万行、テスト約 55万行
• バージョン 4.8 以降で C++ を採用

前回の演習結果

前回の演習問題について

• 発展問題はともかく、そうでない問題は必ず提出
  (これからも使う内容の演習)
• 予習が非常に大事
• Q&A フォーラムはもっと活用

前回の演習: 05C1

• 短い関数が多い
• 関数の名前は長くて分かりやすい
• 関数のおかげで「何を」と「どうやって」を分離
• 大学・学生関連の関数と再利用可能な関数は区別
• 学科の判断を switch (プログラム) からテーブル (データ) に変更

前回の演習: 05C2

• main 関数は超簡単
• 再帰関数は
  • 一行入力 (入力が終了の時、そのまま return)
  • 再帰的呼び出し
  • 入力した一行を出力
• バッファは関数内のため、呼び出しごとに別途に用意
• 行の逆順の出力は再帰呼び出しのパターンによって実現

自覚: 分かることと分からないこと

本授業について、一番分かることと一番分からないことそれぞれ三つ列挙しなさい。

Importance of Data

• Lifetime:
  • Hardware: 3-5 years
  • Software: about 10 years
  • Data: more than 30 years (examples: graduation certificate, social security)
• In information technology, the design of data structures is more important than the design of functions

Main Data Types in C

Basic Types

• Integers/characters (char, short, int, long)
• Floating point numbers (float, double)

Derived Types

• Arrays, functions
• Structures (struct), unions (union), enumeration types (enum)
• Pointers

Simple Example of a Structure (struct)

typedef struct {     // declaration of type Person
    char name[40];
    double height;   /* m */
    int weight;      /* kg */
} Person;

Person student = { "Taro Aoyama", 1.70, 70 }; // definition and initialization
double bmi = student.weight /                 // use
      (student.height * student.height);

構造体

(structure)

• 複数のデータの組み合わせ (並び) のデータ型
• 構造体の「部品」はメンバ (member)
• 一つの変数で使用可能:
  • 変数の宣言と定義、初期化
  • 代入
  • 関数の引数と戻り値
• メンバ毎にしかできない操作: 演算、入出力
• 関数は機能を抽象化、構造体はデータ型を抽象化
  [オブジェクト指向はこの二つを結びつく]

新型の宣言: typedef

(教科書 pp. 272-273 参照)

• typedef は struct 以外でも使用可能
• 型の命名
• プログラムが鮮明
• 型と変数の名前を区別するための決まりが可読性を向上
  (例: 変数名: 小文字; 型名: 頭文字が大文字)

typedef の作成方法と使用方法

例: 4×4 の行列 (三次元グラフィックス、ゲーム等で多用)

1. 変数の定義: 宣言したい型の変数を定義
   例: double a[4][4];
2. 型名に置換: その変数名を型名に変更
   例: double Matrix[4][4];
3. typedef の完成: 定義全体に typedef を前置
   例: typedef double Matrix[4][4];
4. typedef の使用: 既存の型名と同様
   例: Matrix a;

参考: 構造体の宣言の種類

1. 歴史的な原型 (構造体タグ使用)
   struct Person {...}; (本授業で ×)
2. 構造体タグを使った定義の後に typedef
struct Person {...};
typedef struct Person Person; (本授業で ×)
   (構造体タグと typedef による型名は同一でも別でもよい)
3. 構造体タグと typedef の組合せ
   typedef struct Person {...} Person; (本授業で ×)
4. 構造体タグの省略 (推奨)
   typedef struct {...} Person; (本授業で ◎)

参考: 使用可能な定義:

• Person p1;(前スライドの (2), (3), (4))
  • 簡潔で便利
• struct Person p1; (前スライドの (1), (2), (3))
  • C の初期からの残り物
  • 再帰的データ構造以外では不要

Structures and Functions

double bmi (Person p)
{
    return p.weight
        / (p.height * p.height);
}

• Structures can be used both as arguments and as return values
• Pass by value is used in both cases (similar to int)

Example of Structures as Arguments and Return Values

Complex add(Complex a, Complex b)
{
    Complex result;
    /* calculate the real/immaginary parts of result
       from the real/immaginary parts of a and b */
    return result;
}

Unions (union)

• Declaration syntax is the same as for struct, but
  • structs reserve separate memory for each member
  • unions superimpose members
    → only one member can be used at one time
• Applications:
  • Memory savings
  • Low-level data conversion
  • Simulation of object-orientation

Enumeration Types (enum)

• Used to distinguish a small number of things
  Examples: Moves in rock, paper, scissors; colleges/departments; types of bank accounts,...
• Making program easier to understand by using names (instead of numbers)
• In C, enums are implemented as integers (int)
• Similar concepts available in many other language
  (Ruby: Symbol, Lisp: Atom,...)

Example of Enumeration Type

Make 03C2 and 03C3 (rock, paper, scissors) easier to read:

typedef enum
    { Rock, Scissors, Paper } Janken;

Janken moveA, moveB;
 ...
if (moveA == Paper)
    pointA += 5;

演習についての補助

• 型 (構造体) の定義から開始
• 構造体は実体に合ったもの
  悪い例 (演習課題にはたまたま二つの点が出現):
  typedef struct { double x1, x2, y1, y2; } Point;

  良い例: typedef struct { double x, y; } Point; Point p1, p2;

• typedef は常識
• ヒントをよく読む

演習問題の概要

• 06A1: 日付のための構造体
• 06A2: 二つの点の間の距離
• 06B1: 複素数の足し算
• 06C1: 成績表
• 06C2: 複素数の関数による計算 (重要: 来週・再来週に再利用)
• 06C3 (発展問題、月曜締切): 趣味の数のグラフ

入出力の詳細に注意

次回までの準備

• 残りの演習問題を宿題として完成、提出
• 分からないことについてしっかり復習
• 来週の総合復習テスト (紙、約 30 分) の準備

Glossary

structure

構造体

union

共用体

enumeration type

列挙型

lifetime

寿命

graduation certificate

卒業証明証

social security

社会保障

basic type

基本型、基本的なデータ型

derived type

派生型

floating point numbers

浮動小数点数

pointer

ポインタ

pass by value

値渡し

complex number

複素数

real part

実部

immaginary part

虚部

superimpose

重ねる

data conversion

データ変換

object-orient(ed/ation)

オブジェクト指向