「C言語/関数」の版間の差分
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→swap関数: 外部のスコープのインスタンスがより内側のスコープで同じ識別子を持つインスタンスによって隠されてしまう事を、シャドーイング（Shadowing）と呼ぶ。s/#include "stdio.h"/#include <stdio.h>/、{{コラム|新たに変数を用意せず2つの変数を入れ替える }} タグ: 2017年版ソースエディター |
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1 行
== 関数の基本 ==
C言語のプログラムは全て1つ以上の「関数」(かんすう)と呼ばれる処理の
関数を用いて、いくつかの文を
C言語
{{コラム|Visual Studio で、デバッグ セッションの終了時にコンソールが閉じてしまう場合|
Visual Studio で、デバッグ セッションの終了時にコンソールが閉じてしまう場合は、
: [ツール] -> [オプション] -> [デバッグ] -> [デバッグの停止時に自動的にコンソールを閉じる]
を無効にします。
}}
=== 関数の定義 ===
ユーザーが自分で定義する関数について、記法の例を表します。
: <syntaxhighlight lang="C">
▲//例 2つの整数を引数にとりその和を返却する関数
int function(int a, int b)
{
return a + b;
}
</syntaxhighlight>
上記コードの「function」の部分が、その関数の名前であり、プログラマーが
以下、特にことわらないかぎり、ユーザーが定義した関数を、単に「関数」と省略する。main関数やprintfなども「関数」と省略する場合があ
関数を呼び出す際、関数の 呼び出し元（仮に「親」と呼ぼう） から 呼び出し先関数（仮に「子」と呼ぼう）へ情報を渡すことができ、この渡され
関数の定義の記述は次のようになっている。
; 開式
: <syntaxhighlight lang="C">
返却値のデータ型 関数名 ( 引数
{
/*いくつかの文*/
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</syntaxhighlight>
関数名とはその関数を他の関数と区別するために付ける名前のことで、関数名に使えるのは半角英数、「_(下線)」である。ただし、先頭は非数字でなければならない。
▲多バイト文字を使用できるかはコンパイラによる。
▲関数は他の関数の中で呼び出すことができる。
また、引数は、省略できる場合がある。つまり、▼
<syntaxhighlight lang="C">
返却値のデータ型 関数名()
49 ⟶ 50行目:
}
</syntaxhighlight>
のように関数を記述する場合もある<ref>引数の省略はC23で廃止予定で、voidを明示する必要があります。</ref>。
=== 関数の呼び出し ===
59 行
int function(int a, int b)
{
return a + b;
}
int main(void){
int r;
r = function(1, 2);//rには1と2との和である3が代入され
}
</syntaxhighlight>
いっぽう、関数の呼び出し側で書かれた引数のことを'''実引数'''（じつひきすう、''argument''）という。▼
▲関数の定義側で書かれた引数のことを'''仮引数'''（かりひきすう、parameter）という。
▲いっぽう、関数の呼び出し側で書かれた引数のことを'''実引数'''（じつひきすう）という。
----
複数の仮引数を持つ場合、「,（コンマ）」で区切る。仮引数を持たない場合
; 仮引数
: <syntaxhighlight lang="C">
仮引数のデータ型 仮引数名
</syntaxhighlight>
84 ⟶ 82行目:
----
任意個数の実引数について、実引数を持たない場合
複数の実引数を持つ場合、「,（コンマ）」で区切る。
; 実引数
: <syntaxhighlight lang="C">
関数名(任意個数の実引数);
</syntaxhighlight>
----
また、関数の呼び出し先から呼び出し元へ情報を渡すこともでき、この情報を返却値と呼
返却値のデータ型で返却値の有無や種類を決定す
任意個数の仮引数で仮引数の数や種類を決定す
----
この例では、function関数の実引数である1,2が、function関数の仮引数であるa,bにコピーされ、a+bがfunction関数の返却値として返され、その値がrに代入されます。
関数を呼び出すとき、
引数と制御が戻るべきアドレス（リターンアドレス）がスタックと呼ばれる領域に格納され
また、返却値がレジスタと呼ばれる領域に格納され
125 ⟶ 120行目:
}
</syntaxhighlight>
この例では自作のHelloWorld関数を使って文字列を表示してい
このHelloWorld関数は引数と返却値をもたない関数である。
このプログラムでは、
137 ⟶ 132行目:
この例では関数を自作したメリットはないが、
同じ処理がソースコードのあちこちに出てくる場合などは、
その同じ処理を自作の関数にまとめるとメリットがあ
=== 引数と返却値をもつ関数 ===
158 ⟶ 153行目:
}
</syntaxhighlight>
この例では、自作のcalc関数を用いて、円の半径から円の面積を計算してい
このcalc関数は引数と返却値をもつ関数である。
「calc関数の呼び出し」のところのradiusを実引数と呼
「calc関数の定義」のところのradiusを仮引数と呼
このプログラムでは、
「calc関数の呼び出し」で、まずmain関数のradiusが実引数としてcalc関数に渡され、
172 ⟶ 167行目:
関数による通常の返却値の方法では、1つの値しか、呼び出し元関数に値を送れない
しかし、特殊な方法を使うことにより、呼び出しもとの関数に、複数の値を送ることができ
下記に述べるように、少なくとも以下の3つの方法があ
=== コラム ===
189 ⟶ 184行目:
「局所変数」（きょくしょ へんすう）とは、ある関数を呼び出したとき、呼び出された子サイド（呼び出し先）で、普通の方法で変数を変更しても、本体である親サイド（呼び出し元）の内容には変化を与えないという機能である。
C言語は局所変数の機能を実現するために、子サイドの関数を呼びだした時には、パソコンはまず、新しいアドレス内を
このため、子（呼び出し先）の関数内（仮に関数fとする）で、通常の方法でaやbの値を変更しようが、親（呼び出し元）の関数（仮にgとする）で使われている同名の引数aとbのアドレスとは、親（呼び出し先）のアドレスとは別のアドレスなので、よって、子（呼び出し先）は、親（呼び出し元）の内容には、いっさい変化を与えないようにする事ができ
このようにして、C言語において、局所変数（「ローカル変数」）の機能が実現され
このため、「return a;」のような返却値についても、ある関数内で変数が計算結果でa＝6となった場合に、関数終了の返却値で「return a;」によって、aの数値を親（呼び出しもとの）関数に返却しても、返却値を受け取った側の親の関数は、単に「6」という数値を受け取ることになり、その数値6が変数aに由来する数値なのか、それとも変数bに由来する数値なのかは、受け取り側の親（呼び出し元）関数にとっては不明なのです。
201 ⟶ 196行目:
しかし、裏を返すと、C言語による「局所変数」機能の実現のための新アドレス準備・配当の仕組みのために、もし呼び出した子サイドの関数内で、親サイド（呼び出し元）の関数内にある値を変更しようとするとき、その実現がややこしくなってしまっている。
もし、子サイド（呼び出された）関数内で、親サイド（呼び出し元）の関数内にある同名の引数を変更したい場合には、下記の2つの方法があ
:static変数という、親子で共有する特殊な型の変数を宣言する方法。
216 ⟶ 211行目:
:そのため、呼び出し先の関数のポインタに格納されているアドレスの値は、大もとの親サイド（呼び出し元）で使っている引数のアドレスの値と同じ値である。
:なので、子サイド（呼び出し先）の関数のポインタにあるアドレス値をつかって、親サイド（呼び出し元）の引数のアドレスを操作でき
このようにして、アドレスやポインタを使うことにより、子サイド（呼び出し先）の関数内で操作をした場合に、親サイドも含む範囲（子サイドの関数外）にも影響を与える非局所的な操作をすることができ
}}
=== 「サブルーチン」との違い ===
C言語の関数のような「ローカル変数」のシステムは、
このC言語の「ローカル変数」システムこそが、C言語の「関数」システムの真骨頂（しんこっちょう）なのです。
231 ⟶ 226行目:
ベーシックでのサブルーチンの呼び出しは、単に「GOTO 100」みたいにGOTO文で行指定して指定先にジャンプするかわりに、行番号100にルーチン名を書いておいて、ルーチン名でジャンプ先を指定できるようにしたものに過ぎません。
しかし、C言語では、そもそもGOTO文のようなジャンプ方法が、忌避（きひ）されています。
246 ⟶ 241行目:
=== 「メソッド」 ===
「関数」というが、C言語の関数（function）は、数学の関数（function）とは、まったく違う。
== static 変数とポインタの必要性 ==
262 ⟶ 249行目:
// static変数の使用例（コンパイルできる）
#include <stdio.h>
void
int b = 0;
static int c = 0;
274 ⟶ 260行目:
int main(void) {
}
</syntaxhighlight>
286 ⟶ 268行目:
b = 1 ,c = 1
b = 1 ,c = 2
のようになる。
このように、static宣言された変数（上の例ではc）は、その関数が終わっても、数値が保存され
また、初期化がされる（cに0が代入される）のは、最初に呼び出された1回だけである。
301 ⟶ 282行目:
// static宣言でエラーになる例1
#include <stdio.h>
void
int b = 0;
static int c = 0;
311 ⟶ 291行目:
int main(void) {
printf("b = %d ,c = %d \n\n", b,
c); // このprintf関数がstatic宣言されたcにアクセスできない
printf("b = %d ,c = %d \n\n", b,
c); // このprintf関数がstatic宣言されたcにアクセスできない
return 0;
}
</syntaxhighlight>
このように、static変数は、呼び出し元の関数は、存在を感知できない仕組みである。これによって、バグ発生時に原因箇所を特定しやすくしてい
333 ⟶ 310行目:
// static宣言でエラーになる例2
#include <stdio.h>
void
b = b + 1; // ここでエラー発生。bが何かを判断できない
c = c + 1;
344 ⟶ 320行目:
static int c = 0;
printf("b = %d ,c = %d \n\n", b,
c); // このprintf関数がstatic宣言されたcにアクセスできない
printf("b = %d ,c = %d \n\n", b,
c); // このprintf関数がstatic宣言されたcにアクセスできない
}
</syntaxhighlight>
360 ⟶ 332行目:
コンパイルの仕組みでは、上から順に部品を組み立てていくような仕組みなので、コード上方にある関数はコード下方にある関数の内容を知らない。
▲たとえ、コード下にある関数がmain関数であっても、その内容を知らないのである。よって、上記のようなコードはコンパイルエラーになる。
▲かといって、<code>kansuu</code>をmain関数よりも下に書くと、今度はmain関数が、kansuuの内容を感知できないのである。
main関数といえども、main関数ブロックよりも下に書かれた内容を知ることはでき
なので通常、main関数は一番下に書かれ
なお、最初の「例1」で紹介した例では、main関数で使用される変数bとcの上にある関数
staticかどうかに関わらず funcの終了時に、その関数の型などの情報も消えるので、エラー例1のコードでは変数bとcの宣言内容を発見できず、利用でき 398 ⟶ 371行目:
:しかも、その関数が終了してしまうので、ほかにも処理をその関数で続行したい場合に不便であるし、
:しかも、1つの数値しか送れない、
など、いろんな欠点があ
:また、returnはエラーの有無を判定結果を呼び出しもと関数に送信するときに使用することが、実務では多い。たとえば if文などで、想定外の事態がなければ0を返却するようにプログラムを記述して、いっぽう想定外があれば-1を返却する、などのように、返却値の値により、想定外の有無を送信することが、実務などで多い。
C言語の入門書で、「return a + b;」などのように、return文で計算結果を送信する記述が書かれてるのは、初心者の学習のための配慮（はいりょ）なのであり、じつは、あまり実務的ではないプログラムである。そもそも、わざわざ別関数で「a+b」を計算せずとも、最初からmain関数内で「a+b」を計算すれば済む。
また、入門書で、ポインタの章と関数の章が別々に書かれていることが多いのは、初心者のための配慮（はいりょ）なのであり、じつは、現実では、ポインタと関数を別々に考えるのは、あまり実用的ではないだろう。
422 ⟶ 395行目:
C言語では通常、変数をある関数ブロックの内部で宣言した際、その変数は、その関数ブロックの中でしか通用しない。
ある関数ブロックの内側でしか通用しない変数を'''ローカル変数'''と呼
変数は宣言する場所によってローカル変数とグローバル変数とに分かれる。<ref>ローカル変数とグローバル変数という用語はよく使われるが、『JISX3010:2003』には出てこない。</ref>
435 ⟶ 408行目:
なので、通常、ある関数ブロックの中で宣言した変数は、すべてローカル変数である。たとえmain関数内で変数を定義をしても、その（main関数ないで宣言された）変数ですら、main関数内でしか通用しない。
もし、ある関数が、他の関数と値のやりとりをしたい場合は、関数の返却値（「返し値」、「戻り値」ともいう）を仲介して、値を別関数ブロックに送る必要があ
442 ⟶ 415行目:
* static
通常のローカル変数は、関数ブロックが終了するときに、変数の結果が消去され
この消去により、ある関数が別の関数の変数を書き換えないような仕組みになっている。しかし、このような関数では、もし、ある関数を複数回呼び出しても、前回使用した計算結果が消去されてしまっており、そのため、前回の計算結果を再利用するような作業が困難である。
449 ⟶ 422行目:
そこで、変数を再利用可能にすることのできる static スタティックという宣言があ
「static」とは「静的」などと訳され、表現はいかめしいが、しかしstaticの実態は「関数が終わっても値を保管しとけ」程度の実態でしかない。
471 ⟶ 444行目:
* グローバル変数との違い
すべてのブロックからアクセスできる変数を「グローバル変数」と呼
C言語プログラミングでは一般に、コードファイルの冒頭の、どこの関数ブロック内でもない場所で変数宣言をすることにより、グローバル変数として宣言されたことになり、どこの関数からでもアクセスでき
しかし、その変数にアクセスできることと、各関数ブロックの実行時に領域を新規作成しないかは別のことである。
なので、グローバル変数といえども、各関数ブロックの計算結果を共有したい場合には、さらに宣言時に static を接頭辞につけて宣言する必要があ
484 ⟶ 457行目:
プログラムが終了したときに破壊される（静的記憶域期間）。<ref name="オブジェクトの記憶域期間"/>
また、グローバル変数は、定数式でのみ初期化することができ、
明示的に初期化しない場合、0で初期化され
<pre>
496 ⟶ 469行目:
なので、他の関数と計算結果を共有する必要のない変数であれば、なるべく、個別の関数の内部で変数宣言をするのが良い。
いっぽう、他の関数と計算結果を共通したい場合、どうしてもグローバル変数を使わざるを得ない場合も多い。（もし、グローバル変数を用いないと、代わりにポインタを使わざるを得ない場合があ
これはつまり、そもそも、複数の関数どうしでの変数の共有は、なるべく、ひかえる必要があ
505 ⟶ 478行目:
関数ブロックの内部で宣言された変数を「ローカル変数」と言う。
ローカル変数は、その関数が終わるときに消えるが、正確に言うと、そのローカル変数を宣言したブロックが終了するときに、そのローカル変数も消去され
ブロックとは、記号 { と } とで挟まれた処理単位である。
なので、関数内に、さらにブロックが入れ子になっていて、その入れ子内で宣言された変数は、その入れ子ブロックの終了時にその入れ子内にあった変数も消去され
if文やfor文の{}もブロックと見なされるので、注意が必要である。<ref>ウェブページ『ロベールのＣ＋＋教室 - 第６８章 寿命 -』 http://www7b.biglobe.ne.jp/~robe/cpphtml/html01/cpp01068.html</ref>
520 ⟶ 493行目:
そのため、main関数以外の関数は、main関数よりも前で、宣言されていなければならない。
しかし、main関数から呼び出される関数は、mainよりも前で宣言さえされていれば、たとえ具体的な定義内容がmain関数のあとで書かれていても、その関数をmain関数から呼び出して使用でき
このような関数の宣言方法のことを「関数のプロトタイプ宣言」などという。
538 ⟶ 511行目:
//2つの浮動小数点数の和を求めるfunction関数
//関数原型があるおかげで、
//関数の使用の後に関数の定義を書くことができ
double function(double a, double b)
{
return a + b;
}
</syntaxhighlight>
547 ⟶ 520行目:
関数原型（関数プロトタイプ）とは、関数の宣言である。
ある関数が使われる前に、その関数名、引数、返却値を示し、その関数が使えるようにする。
関数原型を使うと、引数の個数とデータ型がチェックされ
関数原型を使わなくても、関数が使われる前に、その関数の定義を書くことで、その関数を使うことができ
だが、ソースコードが大規模になるとそれも難しくなる。
また、関数原型を使わず、関数が使われる前にその関数の定義を書かなかった場合、返却値は暗黙のうちint型とされ引数のデータ型もチェックされません（C11 では、関数宣言において型指定子を必須とし、暗黙的な型指定を禁じています）。
関数原型の記述は次のようになっている。
637 ⟶ 609行目:
</syntaxhighlight>
しかし、関数の返却値は、エラー判別などに利用される場合も多いので（関数によって「エラーなら返却値に 0 以外を返却する」などの仕様のある場合も多い）、よって上述の手法は、あまりオススメでき
なお、strcpyは、文字列をコピーするための関数。strcpyを使うには、string.hのインクルードが必要である。
681 ⟶ 653行目:
たとえグローバル領域で「a」「b」と同名の変数があっても、swap関数内では同名なだけの別変数としての仮引数「a」「b」が新たに関数swap内では用意されてしまう。
:この様に、外部のスコープのインスタンスがより内側のスコープで同じ識別子を持つインスタンスによって隠されてしまう事を、シャドーイング（Shadowing）と呼
ユーザ定義関数内で変数の値を交換させるためには、一例として、下記のようにポインタを使ってmain関数の変数a,bを書き換える方法があ
<syntaxhighlight lang="C">
710 ⟶ 682行目:
swap後のa=2, b=1
</pre>
と表示され
ポインタを使うと成功する理由は、main関数のローカル変数のアドレスが仮引数にコピーされたため、swap関数がmain関数のローカル変数a,bにアクセスできているからである（ポインタを介したswap関数内のa,bはもはやローカル変数だけでなくグローバル変数にもアクセスできる）。
717 ⟶ 689行目:
なお、
:ポインタを使わない例「誤ったswap関数」のように実引数の値を仮引数にコピーすることを''値渡し''と呼
:ポインタを使った例「正しいswap関数」のように実引数のアドレスを仮引数にコピーすることを''参照渡し''と呼
<ref>値渡しと参照渡しという用語はよく使われるが、『JISX3010:2003』には出てこない。</ref>
-->
----
ユーザ定義関数を何も書かずに全てmain関数に書く方法を使えば、ポインタを使わずとも交換でき
標準C言語では考える必要は無いが、別のプログラム言語だと、言語によってはポインタが標準設定では使用禁止されていたり（たとえばC#がそうである）、そもそもポインタに相当する機能の無い言語も考えられる<ref>最近は Fortran ですらポインタがあるのでポインタのない言語は非常に限られ、ポインタがなくてもVariant型に類する型がある場合が多い。</ref>。そのような場合でも、下記コードのようなアルゴリズムで、変数の交換は可能である。
863 ⟶ 835行目:
:（※ 動作確認: Windows の Visual Studio 2019でも2020年6月25日に動作を確認。 ただしC++なので <code> #include <iostream> </code> が必要。）
なおWindows版のclangはvisual studio の
915 ⟶ 887行目:
また、パソコンが発展してどんなに高性能になっても、標準C言語はパソコン以外の制御用マイコンチップなどの組み込みOSなどにも用いられる事があるため、C言語の規格では必要最低限の機能しか搭載していない。
LinuxやBSDなどのオープンソースOS用の
2010年以降、モダンなプログラム言語には、関数の中で関数を定義する機能が搭載されているモノも、実は多い。（ただし、比較的に新しい機能であるので、市販の入門書には紹介されていない。）
C言語
だが、
== 脚注・出典など ==
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