入力と変数 | Programming Place Plus　Ｃ言語編　第４章

このページの概要

以下は目次です。

• 標準入力
• fgets関数
  • 改行
• 変数
  • 識別子
• 値
• sizeof
• 練習問題
• 参考リンク
• 更新履歴

標準入力

前の章までに、Ｃ言語で計算処理を記述できるようになりました。しかし今のところ、3 + 5 とか 8 / 2 といったように、計算式が固定されてしまっています。計算式を変更したいと思ったら、ソースコードを書き換えて、ビルドし直して、実行するといった手順が必要であり、まったくもって不便です。十分に実用的なプログラムにするためには、プログラムを実行したあとで、利用者が自由に計算式を入力できることが必要でしょう。

そこで、この章では、プログラムの実行中にデータの入力を受け取る方法を説明します。

データを入力する手段はいくつかあります。代表的なのはキーボードですが、マウスやタッチによる操作も入力ですし、どこかのファイルに書き込まれているデータをプログラムに読み取らせることも入力といえます。ほかのコンピュータからネットワークを通してデータを受け取ることも、音声入力、スキャナで画像を読み取るといったことも入力といえます。

ここでは、標準入力 (standard input) というものを取り上げることにします。つまり、プログラムを実行している環境におけるもっとも標準的な入力方法を用いるということですが、それはほとんどの場合、キーボードということになります。そのため、キーボードからの入力の話をしているのだと思っていただいて構わないですが、Ｃ言語（あるいはコンピュータの世界）ではよく、標準入力という用語を用いるので、今後も標準入力と呼んでいきます。

【上級】標準入力とは、いわば入力を受け取る経路のことであり、その経路を通ってデータが送られてくるというイメージです。その経路の入口の側に、通常はキーボードがあります。しかしそれは変更可能なものであるため、キーボードから入力されているのだと断定してはいけないのです。データの出どころが何であれ、プログラム側としては、標準入力という経路にだけ注目します。

ついでになりますが、標準出力というものもあります。考え方は同じで、もっとも標準的な出力方法ということになります。ほとんどの場合それは、画面上への表示を意味します（出力の方法としてはほかにも、ファイルへ書き出す、プリンタで紙に印刷する、音声で読み上げるなどがあります）。puts関数や printf関数は、標準出力を使ってデータを出力します。そのため、画面に文字が出力（表示）されました。

fgets関数

標準入力を使ってデータを受け取る方法はいくつかあります。まずは、fgets関数を使う方法を取り上げます。

fgets関数は、文字列の入力を受け取る関数です。名前の頭に付いている「f」は「file」を表しており、本来はファイルの内容を読み取るものですが、標準入力に対して使うこともできます。なお、fgets関数を使うためには、ソースコードの冒頭に #include <stdio.h> の記述が必要です。

fgets関数を使って、標準入力から入力を受け取るための記述は次のようになります。

fgets(入力された文字列を受け取る場所, 受け取れる最大文字数, stdin);

「入力された文字列を受け取る場所」が入力処理での１つのポイントになります。入力されたデータは、どこかに場所を用意してあげて、そこに受け取ります。

ここで「場所」というのは、コンピュータに内蔵されているメモリ (memory) という記憶装置の一部分のことです。こういうと難解な感じもしますが、ソースコードに書くことはそれほど難しいものではありません。必要なのは、このあと説明する「変数」という機能を理解することだけです。

単にメモリと表記することが多いですが、実際にはメインメモリ（主記憶）のことです。

「受け取れる最大文字数」はそのままの意味で、ここに指定した整数を超えた文字数の入力は受け取られません。入力はされたが受け取られなかった部分の文字がどうなるのかという問題があり、これは非常に対処の難しい問題です。この話題は第７章であらためて取り上げることにして、この章では、長すぎる文字列は入力されないという前提で話を進めることにします。

「stdin」は文字どおり、stdin と記述します。これは標準入力のことで、この記述によって、入力データを標準入力から受け取ることを指示します。

実際の使用例は次のようになります。詳細はこのあと順次解説していくので、まずはソースコードを眺めることと、実行するとどうなるのかを確認してください。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    puts("Please enter the string.");
    char input_string[80];
    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);

    puts(input_string);
}

実行結果：

Please enter the string.
abcde  <-- 入力された文字列
abcde
 

【C89/95 経験者】C99 以降、ローカル変数の宣言を関数やブロックの先頭に記述しなければならないという制約はなくなっています。変数を使用する直前で宣言し、可能なら初期値も与えるようにしましょう。

実行すると、最初に「Please enter the string.」と表示され、その状態で停止します。ここで、キーボードから文字を入力できるので、何か適当な文字列を入力してください。Enterキーを押すと確定します。すると、入力した文字列がそのまま画面にもう一度表示されます。

string とは文字列のことです。

日本語を使うと、正しく動作しない可能性があります。詳しいことは、第４６章、第４７章で説明しています。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    puts("Please enter the string.");
    char input_string[80];
    fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);

    printf("%s", input_string);
}

Please enter the string.
abcde  <-- 入力された文字列
abcde

変数

さきほどのサンプルプログラムの、main関数には以下の行があります。

char input_string[80];

これは、変数 (variable) を宣言する記述です。

入力されたデータを受け取る場所が必要だと前述しましたが、その「場所」として使えるものが変数です。つまり、この１行は、入力を受け取る場所を用意しています。

また、宣言とは、「こういう変数を使いたい」というプログラマーの願望をコンパイラに伝える方法のことをいいます。宣言を記述せずに変数を使うことはできません。

宣言は次のいずれかのかたちで記述します。

型名 変数名;
型名 変数名[要素数];

「型名」とは、変数の型 (type) の指定です。型とは、どのような種類のデータを扱えるかという指定です。今回は char を指定しましたが、これは「文字 (character)」のことです。char を指定して宣言された変数は、文字しか扱えません。

型にはさまざまな種類があります。以下に代表的なものを挙げます。

浮動小数点数は難しそうな名前ですが、ごく単純にいえば、小数点を含んでいるような数のことです。実際のところ、正しく取り扱うのは本当に難しいので、当面は取り上げません。今のところは int と char を知っておけば十分です。

浮動小数点数については、第２０章で詳しく取り上げます。

型が int の変数を「int型の変数」、型が char の変数を「char型の変数」といったふうに表現することが多いです。

char型の変数は文字を取り扱えますが、それは１文字だけに限られます。今回、文字列の入力を受け取りたいので、これではまったく足りません。そこで、変数の宣言のとき、[80] のような記述を後ろに付けます。char input_string[80]; とはつまり、char型 80個分の変数を宣言しているという意味です。これで 80文字まで取り扱える変数を宣言したことになります（80 を選んだことに深い意味はありません。この程度で十分だろうということです）。

このように、変数が [80] のような記述を伴って宣言される場合、その変数を配列 (array) と呼びます（「char型の配列」のように呼ぶ）。また、配列である変数の型は、配列型 (array type) と呼ばれます。

配列ではない、単なる 1文字だけの文字の扱いについては、第８章で取り上げます。

【C++プログラマー】Ｃ言語には std::string のような文字列を表現する専用の型はありません。char型の配列を使って表現します。

値

変数はデータを受け取る場所（それはメモリ上にある）として機能するわけですが、それは言い換えると、その場所にデータが記憶されるということです。ここで、メモリ上のある場所に記憶されているデータのことを、値 (value) といいます（読み方は「あたい」です）。値は、何らかの型（int とか char とか）を持ちます。

変数はつねに何か１つだけの値を保持（記憶）しています。

さきほどのサンプルプログラムでは、次のように宣言をしました。

char input_string[80];

このように宣言した場合、どんな値を保持しているかはっきりしません。

この「値がはっきりしていない」状態を、「未初期化」「不定である」「不定値を持つ」といったふうに表現します。この状態にある変数は、取り扱いに慎重にならなければなりません。たとえば、次のコードは問題があります。

char input_string[80];
puts(input_string);

このように、ソースコード内のコードの一部分だけを抜き出して示すことがあります。実際には main関数の内側に記述しているものと考えてください。

変数input_string は未初期化状態なので、このまま puts関数を使って内容を出力しようとすると、何が起こるか分かりません。何も出力されないかもしれないですし、滅茶苦茶な出力になるかもしれません。そもそも、プログラムが正常に実行されるかどうかすら分かりません。未初期化状態の変数に対してできることは、はっきりした値を与えてやることだけです。

ある変数に最初に与えられる、はっきりした値を初期値 (initial value) と呼びます。初期値を与える方法はいくつかありますが、次のように fgets関数を使って入力された値を与えてやると、それが初期値になります。

char input_string[80];
fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
puts(input_string);

このコードならば、puts関数は正常な結果を出力できます。

初期値を与えるほかの方法としては、変数の宣言のときに初期値を指定する方法や、あとから値を与える代入という操作があります。それぞれ、第７章で解説します。

sizeof

fgets関数を呼び出すコードに、sizeof(input_string) という記述がありました。

sizeof は、sizeof演算子 (sizeof operator) という演算子の一種です。演算子というと + や * のような記号のイメージですが、こういうものもあります。演算子だという事実を気にする必要はないです。

ここでは詳細な解説はしませんが、fgets関数に渡す２つ目の情報（「受け取れる最大文字数」）を、sizeof(受け取る配列の名前) のように指定してやると、その配列に保存できる最大文字数を指定したことになります。

【上級】もう少し正確にいうと、指定した変数の型の大きさ（バイト数）になります。char型は 1バイトであり 1文字分の大きさなので、char型の配列を指定すると、取り扱える文字数を指定したのと同じことになります。

char input_string[80];

fgets(input_string, sizeof(input_string), stdin);
fgets(input_string, 80, stdin);

このコードで、２つの fgets関数の呼び出しはまったく同じ意味になりますが、sizeof演算子を使ったほうが優れたプログラムです。たとえば、input_string の宣言をあとから char input_string[40]; に修正することになったとします。fgets関数の呼び出しに 80 という整数定数を記述していたら、ここも忘れずに 40 に修正しなければなりません。１箇所の修正によって、ほかの箇所の修正が必要になるプログラムは管理が難しく、簡単にバグの原因になってしまいます。sizeof演算子を使っておけば、input_string の宣言に応じた指定に自動的に変更されるため、管理が容易になり、バグを防ぐ効果があります。