C 言語チュートリアル

C 言語って何?

UNIX システム発祥の、割と歴史が古いプログラミング言語です。古い言語でありながら、今でも OS や各種アプリケーションの開発に広く使われています。

C 言語の雰囲気になれて頂くために、まずは簡単な例として、1000 以下の素数をすべて求めて表示するプログラムを以下に示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MAX_CALC_NUM 1000
#define INTERNAL_BUFFER_SIZE (BUFSIZ * 2)
#define PRIME_BUFFER_UNIT 500

int genNextPrime();
void printByComma(int);

int main()
{
    int n;
    
    do {
        n = genNextPrime();
        printByComma(n);
    } while (n != 0);
    
    return 0;
}

int genNextPrime()
{
    static int n = 2, length = 0, *buf = NULL;
    static size_t buf_size = 0;
    int i;
    if (!buf) {
        buf = calloc(PRIME_BUFFER_UNIT, sizeof(int));
        buf_size = PRIME_BUFFER_UNIT;
    }
    for (; n <= MAX_CALC_NUM; n++) {
        for (i = 0; i < length; i++) {
            if (buf[i] * buf[i] > n) {
                i = length;
                break;
            }
            if (n % buf[i] == 0)
                break;
        }
        if (i == length) {  /* 素数を発見 */
            buf[length++] = n;
            if (length == buf_size) {
                buf_size += PRIME_BUFFER_UNIT;
                buf = realloc(buf, buf_size * sizeof(int));
            }
            return n++;
        }
    }
    /* 素数算出対象の最大値に達した */
    free(buf);
    n = 2, length = 0, buf = NULL, buf_size = 0;
    return 0;
}

void printByComma(int n)
{
    static char line_buffer[INTERNAL_BUFFER_SIZE];
    static int is_first = 1;
    static size_t line_len;
    char buffer[BUFSIZ];
    if (is_first) {
        memset(line_buffer, 0, INTERNAL_BUFFER_SIZE * sizeof(char));
        line_len = 0;
    }
    if (n == 0) {
        puts(line_buffer);
        is_first = 1;
        return;
    }
    sprintf(buffer, is_first ? "%d" : ", %d", n);
    line_len += strlen(buffer);
    strncat(line_buffer, buffer, BUFSIZ);
    is_first = 0;
    if (line_len < BUFSIZ)
        return;
    strncpy(buffer, line_buffer, BUFSIZ - 1);
    buffer[BUFSIZ - 1] = '\0';
    printf("%s", buffer);
    strcpy(line_buffer, line_buffer + BUFSIZ - 1);
    line_len -= BUFSIZ - 1;
}

「関数による」手続き型言語

C 言語は、すべての手続き (これは「命令」と置き換えて読んで頂いても良いでしょう) を関数として書き表す、というスタイルを採用したプログラミング言語です。関数呼び出しが階層的・構造的であるため、構造化言語などと呼ばれたりもします。

上記のサンプルの場合、手続きは以下のように構造化されます。

• メイン関数 (main)
  • 繰り返し (do ～ while) - 素数を求め終わるまで繰り返す
    • 素数を求める (genNextPrime)
      • 素数バッファのメモリー領域を確保する (calloc)
      • 繰り返し (for) - 判定対象となる値をカウントする
        • 繰り返し (for) - 過去に求めた素数を小さい順にたぐる
          • 評価対象の素数の二乗が判定対象となる値より大きい (buf[i] * buf[i] > n) ならば、それ以上に大きい素数で割りきれることはあり得ない。 - 判定対象の値は素数であるものとして、繰り返しを抜ける。
          • 評価対象の素数で判定対象の値が割りきれる (n % buf[i] == 0) ならば、判定対象の値は素数ではないものとして、繰り返しを抜ける
        • 判定対象の値が素数ならば、
          • 素数バッファにこの値を追加し (buf[length++] = n)、
          • 素数バッファがいっぱいになったならサイズを拡張し (realloc)、
          • この値を返す (return n++)。
      • 判定対象の値が 1000 を超えたら、素数バッファのメモリー領域を解放し (free)、すべての素数を求め終わったことを示す値 0 を返す (return 0)
    • 求めた素数を表示する (printByComma)
      • 初めての呼び出しならば (is_first)、書き溜め用のバッファ領域を初期化する (memset)。
      • 渡された値が素数ではなく (すべての素数を求め終わったことを示す値) 0 ならば、書き溜め用のバッファ領域に残っている文字列をすべて表示し (puts)、関数を抜ける (return)。
      • 素数の値を文字列に変換する (sprintf)。
      • 上で変換された文字列の文字数を求め (strlen)、書き出し用バッファに既に書き出されている文字数との合計を算出する。
      • 書き出し用バッファ上の文字列に、上で変換された文字列を繋げる (strncat)。
      • 書き出し用バッファ上の文字数が一定数を超えた場合、その文字数までを一旦別のバッファにコピーしてから (strncpy) 表示し (printf)、表示した分の文字列を領域から取り除く (strcpy)。