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2 今日の講義 --C++入門(1)

今日は、簡単なプログラムを例として、「とりあえず C++ を使ってみる」ことを第一の目標にする。それから、 Fortran と対応させながら関数、制御構造などを見ていく。

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    double a, b, c;
    cin >>a >> b;
    c = a + b ;
    cout << "a+b=" << c << endl;
    return 0;
}

上のプログラムは、簡単な C++ プログラムである。まずこのプログラムを動かしてみるということが目標である。まず、このプログラムはどういうものかを説明しておく。

なお、同じことを Fortran で書くと多分こんな感じである。

      program sample
      real*8 a, b, c
      read(5,*) a, b
      c = a + b
      write(6,*)  'a+b=', c
      end

比べてみると、まあ、似ているところもあるし違うところもある。とりあえず順番に見ていこう、、、、といいたいところだが、最初の2行はちょっと後回し。

まず int main() である。これは、「プログラムの始まり」を示すものであるところは Fortran における program sample と変わらないが、細かくいうといろいろ違う。 Fortran では、 program 文は実はなくてもよくて、プログラム文で始まる、またはいきなり始まるプログラム単位（とはなに、、、というのは省略）が「メインプログラム」、つまり、プログラムの実行がそこから始まるものであった。

つまり、 Fortran では、まずメインプログラムがあって、それがサブルーチンとか関数を呼び出すという形になっており、メインプログラム、サブルーチン、関数のどれであるかで書き方がすこしずつ違っていた。

C/C++ でも同じようにメインプログラムがあって、それがサブルーチンや関数を呼び出していくわけだが、 Fortran と大きく違うのは「宣言のしかたに区別がなくてみな関数の形で宣言する」ということである。メインプログラムは「main という名前の関数」であり、そういう名前をつけておくとリンカがここから実行を始めるようにしてくれる。逆に、main という名前の関数がないとリンク時にエラーにになる。

関数とサブルーチンの違いは値を返すかどうかということだけなので、 C/C++ では値を返さない関数も許すことで統一的な記法を可能にしている。

元に戻ると、main関数の宣言は

int main()
{
    関数の本体
}

という形になっている。ここで int は関数の型であり、ここでは整数型ということになる。

C/C++ で使う基本的な型には以下のようなものがある

型名説明 Fortran との対応

int 整数型 integer

float 実数型 real (real*4)

double 倍精度実数型 double precision (real*8)

char 文字型 character

整数型では長さを指定出来る。このあたりから処理系依存になってくるが、 short, long, long long といったものが指定できる。さらに、符号ありかどうかを signed/unsigned とつけることで区別できる。したがって、 unsigned long long int と書くと非常に長い符号なし整数ということになり、ここの計算機では 64 bit の整数で0から $2^{64}-1$ までを表現できることになる。

さて、メインプログラムが値を返しても受けとるところがないと思うかもしれないが、これは実は OS （というか、 UNIX の通常の環境ではプログラムを起動したシェル）が受けとる。帰ってきた値によって、プログラムが正常に終了したかどうかを判断したりするのにつかうわけである。

次に mainは関数の名前で、これはメインプログラムなら main でないといけない。それ以外では好きな名前をつけていいわけだが、名前はアルファベットまたはアンダースコアで始まり、アルファベット、アンダースコアまたは数字が続く。 Fortran 77 の規格では名前は 6 文字以下という制限があったが、 C/C++ では少なくとも 31 文字までは問題なく使えることになっている。

その次の () は引数リストを書くためのものだが、今日のメイン関数は引数がないので中身は空である。そのあとの中括弧 { から } までの間に

変数の宣言
実行文

を書く。まあ、この辺はそう決めたからそう書くことになっているというだけ。

なお、 Fortran との違いとして、改行や行内での位置が意味を持たないということがある。 Fortran だと（少なくとも昔のでは）文は 7 カラム目から 72 カラム目までに書くとか 1-5カラムはコメント記号／文番号であるとか6カラム目は継続行マークとかいうのがあったが、 C/C++ ではその辺は全く気にする必要はない。長い式なら適当に改行して構わないし、 72 カラムをはみ出したものが無視されるとかいうこともない。

そのかわり、変数名、キーワード中に空白をいれたりはできない。例えば Fortran では

      p r o g r a m sam ple
      wr ite(6,*)'Test'
      r e t u r n
      e n d

というようにプログラムの中に好きなように空白を入れることができたが、 C/C++ ではそんなことはできない。

なお、この「空白が無視される」という Fortran の仕様は割合問題が多いものである。 DO 10 I = 1.10 が一体なんであると解釈されるか？を考えてみるとちょっと面白い。

次は double a, b, c; である。これは a, b, c が double型の変数であると宣言している。上に書いたように改行に特別な意味がないので、宣言の終りをしめすためにセミコロン ``;'' をつける。これは実行文でも同様である。 Fortran では変数は宣言しなくても使えたが、 C/C++ では必ず宣言しないといけない。これは、タイプミスによって妙なバグが発生することを防げるので好ましいと思う。

なお、 Fortran でも C で関数やサブルーチンの中の変数宣言は先頭にまとまっている必要があったが、 C++ ではそんな必要はなく使うところより前であればどこでも宣言できる。

次にくるのが

cin >>a >> b;

であるが、これはキーボード（正確には「標準入力」）からの入力がまず変数 a、次に変数 b に格納される。基本的には Fortran の read 文と同じようなもの。細かいことをいい出すと無限にあるのでそのあたりは参考書を見ること。

次の c = a + b ; は最後にセミコロンがつくのを別にすれば Fortran と同じ。式の書き方、使える数学関数などは Fortran とさして変わりはない。こまかな違いはいろいろあって、例えば

ベキ乗演算子がない。代わりに関数 pow(x,y) を使う。
いろいろな数学関数は基本的には double 型である。 Fortran の場合のように使われ方によって型が変わったりしない。
Fortran にない便利な演算子が沢山ある。例えば
- += 右の式の値だけ左の変数の値を増やす。 a+= b は a = a + b と同じ。
- 整数に対して論理演算とビット単位のブール演算をする多数の演算子がある。

整数に対する多様な操作が提供されていることは、ハードウェア制御など、普通には高級言語ではできないような操作を可能にする。これが C/C++ が広く使われる理由の一部ではある。

さて、出力の

    cout << "a+b=" << c << endl;

である。これも、とりあえずは Fortran の write 文と同じようなものと思っておいていい。文字列定数は一重ではなく二重の引用符で括る。いくつかのものを並べて書くには $<<$

でつないでいく。改行には endl を「書く」。これをつけないと行が変わらないので、その次に何か書くと同じ行につながって書かれる。Fortran では、特別な制御をしない限りwrite文では自動的に改行が入ったが、 C/C++ ではそうではない。なお、実数の書式制御とかの細かい指定ももちろんできる。これも参考書のほうを見て欲しい。

最後は return 0; である。これは、この関数が 0 を返して終るということになる。 0 の代わりにint 変数や整数値になる式を書けば、もちろんその値が戻る。

通常の UNIX シェルでは、この値が $status というシェル変数に格納される。

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Jun Makino
平成18年10月2日

型名	説明	Fortran との対応
int	整数型	integer
float	実数型	real (real*4)
double	倍精度実数型	double precision (real*8)
char	文字型	character