C言語/標準ライブラリ

C言語
標準ライブラリ

C言語では、他の言語とでは「命令」として持つような入出力や文字列操作などの機能を標準ライブラリとして提供しています^[1]。そのため、C言語を学ぶことは、どの様なライブラリ関数があるのか？、ライブラリ関数がどのヘッダーで宣言されているのか？、を覚えることが多くなります。また、標準ライブラリで定義されている、型やマクロも同様に重要です。

用語定義編集

C言語の規格 ISO/IEC 9899:2011（通称C11）の§7. Library §7.1 Introduction §7.1.1 Definitions of terms に用語定義が有り短いので引用/和訳しました^[2]。

文字列( string )とは、最初のヌル文字で終わり、それを含む連続した文字の並びのことです。 マルチバイト文字列( multibyte string )という用語は、文字列に含まれるマルチバイト文字に対する特別な処理を強調したり、ワイド文字列との混同を避けるために使われることがあります。 文字列へのポインタ( A pointer to a string )は、その最初の（アドレスが最も低い）文字へのポインタです。 文字列の長さ( The length of a string )は、NULL文字の前のバイト数であり、文字列の値は、含まれる文字の値を順に並べたものです。 文字列の値( the value of a string )は、含まれる文字の値を順番に並べたものです。
小数点の文字( The decimal-point character )とは、浮動小数点数を文字列に変換する関数が、その文字列の小数部分の先頭を示すために使用する文字です。本文中および例題ではピリオドで表現されているが，setlocale関数で変更可能です（編註: ヨーロッパの多くの国では小数点に '.' ではなく ',' が使われ、3桁ごとの区切りに '.' が使われます）。
ヌルワイド文字( A null wide character )とは、コード値がゼロのワイド文字のことです。
ワイド文字列( A wide string )とは、最初のヌルワイド文字で終了し、それを含むワイド文字の連続したシーケンスである。 ワイド文字列へのポインタ( A pointer to a wide string )は、その最初の（アドレスが最も低い）ワイド文字へのポインタです。 ワイド文字列の長さ( The length of a wide string )は、ヌルワイド文字の前にあるワイド文字の数です。 ワイド文字列の値( The value of a wide string )は、含まれるワイド文字のコード値を順番に並べたものです。
シフトシーケンス( shift sequence )とは、マルチバイト文字列の中で、シフトの状態を変化させる（可能性のある）連続したバイト列のことです。シフトシーケンスには、対応するワイド文字があってはならない。その代わりに、隣接するマルチバイト文字の補助的な役割を果たすものとする。本節では、"white-space character"（空白文字？^[3]）という表現は、isspaceで定義された(実行)white-space characterを指す。また、"white-space wide character"（ワイド空白文字？）という表現は、iswspaceで定義された（実行）white-space wide characterを指す。

条件付き機能マクロ編集

C11以降では標準ライブラリの機能の一部の実装が任意になりました^[4]。例えば、処理系が <complex.h> で宣言される複素数機能をサポートしない場合、マクロ __STDC_NO_COMPLEX__ が 1 に定義されます。また特定のヘッダーファイルとは結びつきませんが、可変長配列機能をサポートしない場合は、マクロ __STDC_NO_VLA__ が 1 に定義されます。

「C言語/前処理指令#事前定義済みマクロ定数一覧」も参照

数学ライブラリー libm編集

Unix系のOSでは、complex.h, math.h, ieeefp.h, tgmath.h で定義された関数の定義は、暗黙でリンクされる libc ではなく追加で libm に実装されているので、 libm を -lm で追加リンクする必要があります。

% cat test-libm.c
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void){
    printf("sin(PI/2) = %f\n", sin(3.1415926536/2));
}
% cc test-libm.c -o test-libm
ld: error: undefined symbol: sin
>>> referenced by test-libm.c
>>>               /var/tmp/test-libm-d56553.o:(main)
cc: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)
% cc test-libm.c -o test-libm -lm
% ./test-libm
sin(PI/2) = 1.000000

境界検査インターフェース編集

C11以降では新しく境界検査インターフェース（ Bounds-checking interfaces ）が提供され、マクロ __STDC_WANT_LIB_EXT1__ によって制御するようになりました^[5]。 __STDC_WANT_LIB_EXT1__は利用者が定義するもので、境界検査インターフェースを宣言している標準ヘッダーファイルをインクルードする前に定義を行います。 __STDC_WANT_LIB_EXT1__を 1 に定義すると境界検査インターフェースの使用を求め、0 に定義すると境界検査インターフェースの使用を求めない意味になります。 ANSI C 以降では未定義のマクロの値は 0 とみなされる^[6]^[7]ので、__STDC_WANT_LIB_EXT1__を定義していない従来のソースコードは「境界検査インターフェースの使用を求めない」と解されます。

__STDC_WANT_LIB_EXT1__の使用例

#define __STDC_WANT_LIB_EXT1__ 1
#include <stdio.h>

int main(void) {
  char buf[16];

  puts("Please enter some string.");
  gets_s(buf, sizeof(buf));
  puts(buf);
}

上の例では、gets_s() が境界検査インターフェースを提供する関数です。

__STDC_WANT_IEC_60559_EXT__

C23では、ユーザー定義マクロ __STDC_WANT_IEC_60559_EXT__ と処理系定義マクロ __STDC_IEC_60559_DFP__ などによってISO/IEC 60559:2020(IEEE 754として知られる浮動小数点算術に関する標準)の機能の要求を制御する予定です^[8]。