再帰呼び出しとスタック　解答ページ | Programming Place Plus　新C++編

#include <iostream>

// 階乗を計算する
//
// n: 自然数
// 戻り値: n! の結果
int factorial(int n)
{
    int ans {1};
    for (int i {1}; i <= n; ++i) {
        ans *= i;
    }
    return ans;
}

int main()
{
    std::cout << factorial(4) << "\n";
    std::cout << factorial(12) << "\n";
    std::cout << factorial(0) << "\n";
}

#include <iostream>

// 階乗を計算する
//
// n: 自然数
// 戻り値: n! の結果
int factorial(int n)
{
    if (n <= 1) {
        return 1;
    }
    return n * factorial(n - 1);
}

int main()
{
    std::cout << factorial(4) << "\n";
    std::cout << factorial(12) << "\n";
    std::cout << factorial(0) << "\n";
}

#include <iostream>
#include <stack>
#include <string>

// 括弧の対応関係が正常かどうか判定する
bool is_balanced_string(const std::string& str)
{
    std::stack<char> stack {};

    for (char c : str) {
        if (c == '(' || c == '{' || c == '[') {
            // 開き括弧なら、スタックに入れる
            stack.push(c);
        }
        else {
            // 閉じ括弧なら、スタックに最後に入れられた開き括弧と対応しているか確認する
            if (c == ')') {
                if (stack.empty() || stack.top() != '(') {
                    return false;
                }
                stack.pop();
            }
            else if (c == '}') {
                if (stack.empty() || stack.top() != '{') {
                    return false;
                }
                stack.pop();
            }
            else if (c == ']') {
                if (stack.empty() || stack.top() != '[') {
                    return false;
                }
                stack.pop();
            }
        }
    }

    // スタックが空にならずに終わったら、閉じられていない括弧がある
    return stack.empty();
}

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha
              << is_balanced_string("aa(a{aa})aa[aa(a)]") << "\n"
              << is_balanced_string("aa(a{aa}aa{[a}a](a)") << "\n";
}

hilbert 5
save hilbert5.bmp
fill WHITE
hilbert 6
save hilbert6.bmp
fill WHITE
hilbert 7
save hilbert7.bmp

//main.cpp
#include <iostream>
#include "canvas.h"
#include "command_executor.h"
#include "command_history.h"
#include "macro.h"
#include "string_util.h"

int main()
{
    std::cout << "コマンドを入力してください。\n"
              << "help と入力すると、コマンドの一覧を表示します。\n"
              << "exit と入力すると、プログラムを終了します。\n";

    paint_script::Canvas canvas {};
    paint_script::CommandHistory history {};
    paint_script::CommandExecutor executor {canvas, history};

    while (true) {
        std::string input_string {};
        std::getline(std::cin, input_string);

        // 入力履歴を保存
        history.add(input_string);

        // マクロを置換する
        paint_script::Macro::replace(input_string);
        
        // 空白文字ごとに分割して、std::vector に格納する
        const auto command_vec = str_util::split(input_string, " ");
        if (command_vec.empty()) {
            continue;
        }
        
        // 該当するコマンドを探して実行
        if (executor.exec(command_vec) == paint_script::CommandExecutor::ExecResult::exit_program) {
            break;
        }
    }
}

// string_util.cpp
#include "string_util.h"

namespace str_util {

    // 文字列を分割する
    std::vector<std::string> split(const std::string& str, const std::string& delim)
    {
        const auto delimLen = delim.size();
        if (delimLen == 0) {
            return {str};
        }

        std::string::size_type current {0};
        std::string::size_type found {};
        std::vector<std::string> result {};

        // 区切り文字を探しながら、その位置の手前までの文字列を追加することを繰り返す
        while ((found = str.find(delim, current)) != std::string::npos) {
            result.push_back(str.substr(current, found - current));
            current = found + delimLen;
        }

        // 残った部分を追加
        result.push_back(str.substr(current, str.size() - current));

        return result;
    }

    // 指定文字列をすべて探して置き換える
    std::string& find_replace_all(std::string& str, const std::string& search_str, const std::string& replace_str)
    {
        if (search_str.empty()) {
            return str;
        }

        std::string::size_type pos {};
        while ((pos = str.find(search_str)) != std::string::npos) {
            str.replace(pos, search_str.length(), replace_str);
            pos += search_str.length();
        }

        return str;
    }
}

// string_util.h
#ifndef STRING_UTIL_H_INCLUDED
#define STRING_UTIL_H_INCLUDED

#include <string>
#include <vector>


namespace str_util {

    // 文字列を分割する
    //
    // str:   対象の文字列
    // delim: 区切り文字列
    // 戻り値: str を delim で区切った部分文字列を格納した vector
    std::vector<std::string> split(const std::string& str, const std::string& delim);

    // 指定文字列をすべて探して置き換える
    //
    // str:         対象の文字列
    // search_str:  探す文字列
    // replace_str: 置換文字列
    // 戻り値:      str を返す
    std::string& find_replace_all(std::string& str, const std::string& search_str, const std::string& replace_str);

}

#endif

// canvas.cpp
#include "canvas.h"
#include "bmp.h"
#include "pen.h"
#include <algorithm>
#include <cassert>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <stack>
#include <tuple>

namespace paint_script {

    Canvas::Canvas(unsigned int width, unsigned int height, Color color) :
        m_pixels {},
        m_width {0},
        m_height {0}
    {
        resize(width, height, color);
    }

    void Canvas::resize(unsigned int width, unsigned int height, Color color)
    {
        assert(1 <= width);
        assert(1 <= height);

        m_pixels.resize(height);
        for (auto& row : m_pixels) {
            row.resize(width);
        }

        m_width = width;
        m_height = height;

        fill(color);
    }

    void Canvas::fill(Color color)
    {
        for (auto& row : m_pixels) {
            std::fill(std::begin(row), std::end(row), color);
        }
    }

    void Canvas::bucket_drawing(int x, int y, Pen& pen)
    {
        if (!is_inside(x, y)) {
            return;
        }

        const Color target_color {get_pixel(x, y)};
        if (is_equal_color(target_color, pen.get_color())) {
            return;
        }

        std::stack<std::pair<int, int>> pixel_stack {};

        // すでに確認済みのピクセルかどうかを管理する二次元配列
        std::vector<std::vector<bool>> visited(m_width, std::vector<bool>(m_height, false));

        // 起点のピクセルを登録
        pixel_stack.push({x, y});
        visited[x][y] = true;

        // ４方向に座標を移動させるための配列
        constexpr int dx[] {0, 0, -1, 1};
        constexpr int dy[] {-1, 1, 0, 0};

        // スタックが空になるまで繰り返すループ（再帰呼び出しをしない）
        while (!pixel_stack.empty()) {

            // スタックから１つ取り出す
            std::tie(x, y) = pixel_stack.top();
            pixel_stack.pop();

            // 取り出された座標のピクセルを塗る
            paint_dot(x, y, pen);

            // 上下左右のピクセルが target_color と一致するなら、その座標情報をスタックに入れる。
            // キャンバスの端を越えないようにチェック。
            for (int i {0}; i < 4; ++i) {
                int nx {x + dx[i]};
                int ny {y + dy[i]};

                if (is_inside(nx, ny) && is_equal_color(target_color, get_pixel(nx, ny)) && !visited[nx][ny]) {
                    pixel_stack.push({nx, ny});
                    visited[nx][ny] = true;
                }               
            }
        }
    }

    void Canvas::paint_dot(int x, int y, Pen& pen)
    {
        if (!is_inside(x, y)) {
            return;
        }

        m_pixels[y][x] = pen.get_color();
    }

    void Canvas::paint_line(int x1, int y1, int x2, int y2, Pen& pen)
    {
        const int dx {std::abs(x2 - x1)};
        const int dy {std::abs(y2 - y1)};
        const int sx {x1 < x2 ? 1 : -1};
        const int sy {y1 < y2 ? 1 : -1};
        int e {dx - dy};

        while (true) {
            paint_dot(x1, y1, pen);
            if (x1 == x2 && y1 == y2) {
                break;
            }

            int e2 {2 * e};
            if (e2 > -dy) {
                e -= dy;
                x1 += sx;
            }
            if (e2 < dx) {
                e += dx;
                y1 += sy;
            }
        }
    }

    void Canvas::paint_rect(int left, int top, int right, int bottom, Pen& pen)
    {
        // 上辺
        for (int x {left}; x <= right; ++x) {
            paint_dot(x, top, pen);
        }

        // 左辺
        for (int y {top + 1}; y < bottom; ++y) {
            paint_dot(left, y, pen);
        }

        // 右辺
        for (int y {top + 1}; y < bottom; ++y) {
            paint_dot(right, y, pen);
        }

        // 下辺
        for (int x {left}; x <= right; ++x) {
            paint_dot(x, bottom, pen);
        }
    }

    void Canvas::paint_filled_rect(int left, int top, int right, int bottom, Pen& pen)
    {
        for (int y {top}; y <= bottom; ++y) {
            for (int x {left}; x <= right; ++x) {
                paint_dot(x, y, pen);
            }
        }
    }

    void Canvas::paint_circle(int center_x, int center_y, int radius, Pen& pen)
    {
        int x {radius};
        int y {0};
        int d {3 - 2 * radius};

        while (x >= y) {
            paint_dot(center_x + x, center_y + y, pen);
            paint_dot(center_x - x, center_y + y, pen);
            paint_dot(center_x + x, center_y - y, pen);
            paint_dot(center_x - x, center_y - y, pen);
            paint_dot(center_x + y, center_y + x, pen);
            paint_dot(center_x - y, center_y + x, pen);
            paint_dot(center_x + y, center_y - x, pen);
            paint_dot(center_x - y, center_y - x, pen);

            if (d >= 0) {
                --x;
                d -= 4 * x;
            }
            ++y;
            d += 4 * y + 2;
        }
    }

    void Canvas::paint_filled_circle(int center_x, int center_y, int radius, Pen& pen)
    {
        int x {radius};
        int y {0};
        int d {3 - 2 * radius};

        while (x >= y) {
            paint_dot(center_x + x, center_y + y, pen);
            paint_dot(center_x - x, center_y + y, pen);
            paint_dot(center_x + x, center_y - y, pen);
            paint_dot(center_x - x, center_y - y, pen);
            paint_dot(center_x + y, center_y + x, pen);
            paint_dot(center_x - y, center_y + x, pen);
            paint_dot(center_x + y, center_y - x, pen);
            paint_dot(center_x - y, center_y - x, pen);

            for (int dx {-x + 1}; dx <= x; dx++) {
                paint_dot(center_x + dx, center_y + y, pen);
                paint_dot(center_x + dx, center_y - y, pen);
                paint_dot(center_x + y, center_y + dx, pen);
                paint_dot(center_x - y, center_y + dx, pen);
            }

            if (d >= 0) {
                --x;
                d -= 4 * x;
            }
            ++y;
            d += 4 * y + 2;
        }
    }

    void Canvas::paint_hilbert_curve(int order, Pen& pen)
    {
        // キャンバスの大きさ（縦横の大きいほう）と order に応じて、線分の長さを決める
        const unsigned int size {std::max(m_width, m_height)};
        int len = size;
        for (int i = 2; i <= order; ++i) {
            len /= (2 + len / size);
        }
        if (len <= 1) {
            std::cout << "キャンバスの大きさに対して、order が大きすぎて、線分を描けません。\n";
            return;
        }

        // 左下からスタート
        int x {0};
        int y {static_cast<int>(m_height - 1)};
        paint_hilbert_curve_right_up_left(&x, &y, len, order, pen);
    }

    void Canvas::paint_hilbert_curve_right_up_left(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen)
    {
        if (order == 0) {
            return;
        }

        paint_hilbert_curve_up_right_down(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, len, 0, pen);

        paint_hilbert_curve_right_up_left(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, 0, -len, pen);

        paint_hilbert_curve_right_up_left(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, -len, 0, pen);

        paint_hilbert_curve_down_left_up(x, y, len, order - 1, pen);
    }

    void Canvas::paint_hilbert_curve_down_left_up(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen)
    {
        if (order == 0) {
            return;
        }

        paint_hilbert_curve_left_down_right(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, 0, len, pen);

        paint_hilbert_curve_down_left_up(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, -len, 0, pen);

        paint_hilbert_curve_down_left_up(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, 0, -len, pen);

        paint_hilbert_curve_right_up_left(x, y, len, order - 1, pen);
    }

    void Canvas::paint_hilbert_curve_left_down_right(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen)
    {
        if (order == 0) {
            return;
        }

        paint_hilbert_curve_down_left_up(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, -len, 0, pen);

        paint_hilbert_curve_left_down_right(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, 0, len, pen);

        paint_hilbert_curve_left_down_right(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, len, 0, pen);

        paint_hilbert_curve_up_right_down(x, y, len, order - 1, pen);
    }

    void Canvas::paint_hilbert_curve_up_right_down(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen)
    {
        if (order == 0) {
            return;
        }

        paint_hilbert_curve_right_up_left(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, 0, -len, pen);

        paint_hilbert_curve_up_right_down(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, len, 0, pen);

        paint_hilbert_curve_up_right_down(x, y, len, order - 1, pen);
        paint_hilbert_curve_draw_line(x, y, 0, len, pen);

        paint_hilbert_curve_left_down_right(x, y, len, order - 1, pen);
    }

    void Canvas::paint_hilbert_curve_draw_line(int* x, int* y, int x_len, int y_len, Pen& pen)
    {
        paint_line(*x, *y, *x + x_len, *y + y_len, pen);
        *x += x_len;
        *y += y_len;
    }

    bool Canvas::load_from_bitmap_file(const std::string& path)
    {
        if (!Bmp::load(path, &m_width, &m_height, &m_pixels)) {
            return false;
        }

        return true;
    }

    bool Canvas::save_to_bitmap_file(const std::string& path)
    {
        return Bmp::save(path, m_width, m_height, m_pixels);
    }

    bool Canvas::is_inside(int x, int y) const
    {
        if (x < 0 || static_cast<int>(m_width) <= x) {
            return false;
        }
        if (y < 0 || static_cast<int>(m_height) <= y) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    Color Canvas::get_pixel(int x, int y) const
    {
        assert(is_inside(x, y));
        return m_pixels[y][x];
    }

}

// canvas.h
#ifndef CANVAS_H_INCLUDED
#define CANVAS_H_INCLUDED

#include <string>
#include <vector>
#include "color.h"

namespace paint_script {

    class Pen;

    class Canvas {
    public:
        static constexpr unsigned int default_width {320};
        static constexpr unsigned int default_height {240};

    public:
        // コンストラクタ
        //
        // width: 横方向のピクセル数。省略時は default_width
        // height: 縦方向のピクセル数。省略時は default_height
        // color: 初期状態の色。省略時は白
        Canvas(unsigned int width = default_width, unsigned int height = default_height, Color color = {255, 255, 255});

    public:
        // キャンバスの大きさを変更する
        // 
        // これまでのキャンバスに描かれていた内容は失われ、
        // color の色で塗りつぶされる。
        //
        // width: 横方向のピクセル数 (1～WidthMax)
        // height: 縦方向のピクセル数 (1～HeightMax)
        // color: 色。省略時は白
        void resize(unsigned int width, unsigned int height, Color color = {255, 255, 255});


        // 全面を塗りつぶす
        //
        // color: 色
        void fill(Color color);

        // 指定座標を起点に、同一色の隣接ピクセルを塗りつぶす
        //
        // x: 起点になるピクセルの X座標
        // y: 起点になるピクセルの Y座標
        // pen: ペン
        void bucket_drawing(int x, int y, Pen& pen);


        // 点を描画する
        //
        // x: X座標
        // y: Y座標
        // pen: ペン
        void paint_dot(int x, int y, Pen& pen);

        // 直線を描画する
        //
        // x1: X座標
        // y1: Y座標
        // x2: X座標
        // y2: Y座標
        // pen: ペン
        void paint_line(int x1, int y1, int x2, int y2, Pen& pen);

        // 矩形を描画する
        //
        // left: 左端X座標
        // top: 上端Y座標
        // right: 右端X座標
        // bottom: 下端Y座標
        // pen: ペン
        void paint_rect(int left, int top, int right, int bottom, Pen& pen);

        // 内側を塗りつぶした矩形を描画する
        //
        // left: 左端X座標
        // top: 上端Y座標
        // right: 右端X座標
        // bottom: 下端Y座標
        // pen: ペン
        void paint_filled_rect(int left, int top, int right, int bottom, Pen& pen);

        // 円を描画する
        //
        // center_x: 中心X座標
        // center_y: 中心Y座標
        // radius: 半径
        // pen: ペン
        void paint_circle(int center_x, int center_y, int radius, Pen& pen);

        // 内側を塗りつぶした円を描画する
        //
        // center_x: 中心X座標
        // center_y: 中心Y座標
        // radius: 半径
        // pen: ペン
        void paint_filled_circle(int center_x, int center_y, int radius, Pen& pen);

        // ヒルベルト曲線を描画する
        //
        // order: 次数
        // pen: ペン
        void paint_hilbert_curve(int order, Pen& pen);


        // ビットマップファイルから読み込む
        //
        // path: ビットマップファイルのパス
        // 戻り値: 成否
        bool load_from_bitmap_file(const std::string& path);

        // ビットマップファイルとして書き出す
        //
        // path: 出力先のビットマップファイルのパス
        // 戻り値: 成否
        bool save_to_bitmap_file(const std::string& path);



        // 横方向のピクセル数を返す
        //
        // 戻り値: 横方向のピクセル数
        inline unsigned int get_width() const
        {
            return m_width;
        }
        
        // 縦方向のピクセル数を返す
        //
        // 戻り値: 縦方向のピクセル数
        inline unsigned int get_height() const
        {
            return m_height;
        }

        // 座標がキャンバスの範囲内かどうか調べる
        //
        // x: X座標
        // y: Y座標
        // 戻り値: キャンバス内の座標なら true。そうでなければ false
        bool is_inside(int x, int y) const;

        // 指定座標の色を返す
        //
        // x: X座標
        // y: Y座標
        // 戻り値: 指定座標の色
        Color get_pixel(int x, int y) const;

    private:
        std::vector<std::vector<Color>>     m_pixels;
        unsigned int                        m_width;
        unsigned int                        m_height;

    private:
        void paint_hilbert_curve_right_up_left(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen);
        void paint_hilbert_curve_down_left_up(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen);
        void paint_hilbert_curve_left_down_right(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen);
        void paint_hilbert_curve_up_right_down(int* x, int* y, int len, int order, Pen& pen);
        void paint_hilbert_curve_draw_line(int* x, int* y, int x_len, int y_len, Pen& pen);
    };

}

#endif

// command_executor.cpp
#include "command_executor.h"
#include "canvas.h"
#include "command_history.h"
#include "macro.h"
#include "string_util.h"
#include <algorithm>
#include <cstdlib>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <iterator>


namespace paint_script {

    const CommandExecutor::CommandData CommandExecutor::CommandMap[] {
        {"help", &help, &print_help_help},
        {"exit", &exit, &print_help_exit},
        {"resize", &resize, &print_help_resize},
        {"fill", &fill, &print_help_fill},
        {"bucket", &bucket, &print_help_bucket},
        {"pen", &pen, &print_help_pen},
        {"dot", &dot, &print_help_dot},
        {"line", &line, &print_help_line},
        {"rect", &rect, &print_help_rect},
        {"filled_rect", &filled_rect, &print_help_filled_rect},
        {"circle", &circle, &print_help_circle},
        {"filled_circle", &filled_circle, &print_help_filled_circle},
        {"hilbert", &hilbert, &print_help_hilbert},
        {"load", &load, &print_help_load},
        {"save", &save, &print_help_save},
        {"load_script", &load_script, &print_help_load_script},
        {"save_script", &save_script, &print_help_save_script},
    };



    CommandExecutor::CommandExecutor(Canvas& canvas, CommandHistory& history) :
        m_canvas {canvas}, m_history {history},
        m_is_load_script {false}
    {

    }

    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::exec(const command_params_t& command_vec)
    {
        const std::string command_name {command_vec.at(0)};

        // コマンドを探す
        const auto command_it = std::find_if(
            std::cbegin(CommandMap),
            std::cend(CommandMap),
            [command_name](const CommandData& data) { return data.name == command_name; });
        if (command_it == std::cend(CommandMap)) {
            return ExecResult::not_found;
        }
        
        // 実行
        try {
            return command_it->impl(this, command_vec);
        }
        catch (const std::invalid_argument&) {
            std::cout << "入力に間違いがあります。\n";
        }
        catch (const std::out_of_range&) {
            std::cout << "有効範囲を越えた入力があります。\n";
        }
        return ExecResult::failed;
    }


    // ヘルプ
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::help(const command_params_t&)
    {
        print_help();
        return ExecResult::successd;
    }

    // 終了
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::exit(const command_params_t&)
    {
        return ExecResult::exit_program;
    }

    // キャンバスの大きさを変更する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::resize(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 3) {
            std::cout << "resize コマンドには２つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_resize();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int width {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        if (width < 1) {
            std::cout << "横方向のピクセル数は 1 以上でなければなりません。\n";
            print_help_resize();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int height {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        if (height < 1) {
            std::cout << "縦方向のピクセル数は 1 以上でなければなりません。\n";
            print_help_resize();
            return ExecResult::failed;
        }

        m_canvas.resize(static_cast<unsigned int>(width), static_cast<unsigned int>(height));
        return ExecResult::successd;
    }
        
    // キャンバスを塗りつぶす
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::fill(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 4) {
            std::cout << "fill コマンドには３つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_fill();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int red {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        if (red < 0 || 255 < red) {
            std::cout << "赤成分の強さは 0 から 255 の範囲でなければなりません。\n";
            print_help_fill();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int green {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        if (green < 0 || 255 < green) {
            std::cout << "緑成分の強さは 0 から 255 の範囲でなければなりません。\n";
            print_help_fill();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int blue {std::stoi(cmd_vec.at(3))};
        if (blue < 0 || 255 < blue) {
            std::cout << "青成分の強さは 0 から 255 の範囲でなければなりません。\n";
            print_help_fill();
            return ExecResult::failed;
        }

        m_canvas.fill({static_cast<unsigned char>(red), static_cast<unsigned char>(green), static_cast<unsigned char>(blue)});
        return ExecResult::successd;
    }

    // 指定座標を起点に、同一色の隣接ピクセルを塗りつぶす
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::bucket(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 3) {
            std::cout << "( コマンドには２つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_bucket();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int x {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        const int y {std::stoi(cmd_vec.at(2))};

        m_canvas.bucket_drawing(x, y, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // ペンを変更する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::pen(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 4) {
            std::cout << "pen コマンドには３つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_pen();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int red {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        if (red < 0 || 255 < red) {
            std::cout << "赤成分の強さは 0 から 255 の範囲でなければなりません。\n";
            print_help_pen();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int green {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        if (green < 0 || 255 < green) {
            std::cout << "緑成分の強さは 0 から 255 の範囲でなければなりません。\n";
            print_help_pen();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int blue {std::stoi(cmd_vec.at(3))};
        if (blue < 0 || 255 < blue) {
            std::cout << "青成分の強さは 0 から 255 の範囲でなければなりません。\n";
            print_help_pen();
            return ExecResult::failed;
        }

        const Pen pen({static_cast<unsigned char>(red), static_cast<unsigned char>(green), static_cast<unsigned char>(blue)});
        m_pen = pen;
        return ExecResult::successd;
    }

    // 点を描画する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::dot(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 3) {
            std::cout << "dot コマンドには２つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_dot();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int x {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        const int y {std::stoi(cmd_vec.at(2))};

        m_canvas.paint_dot(x, y, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // 直線を描画する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::line(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 5) {
            std::cout << "line コマンドには４つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_line();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int x1 {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        const int y1 {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        const int x2 {std::stoi(cmd_vec.at(3))};
        const int y2 {std::stoi(cmd_vec.at(4))};

        m_canvas.paint_line(x1, y1, x2, y2, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // 矩形を描画する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::rect(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 5) {
            std::cout << "rect コマンドには４つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_rect();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int left {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        const int top {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        const int right {std::stoi(cmd_vec.at(3))};
        const int bottom {std::stoi(cmd_vec.at(4))};

        if (left > right) {
            std::cout << "left は right より左になければなりません。\n";
            return ExecResult::failed;
        }
        if (top > bottom) {
            std::cout << "top は bottom より上になければなりません。\n";
            return ExecResult::failed;
        }

        m_canvas.paint_rect(left, top, right, bottom, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // 矩形を描画し、内側を塗りつぶす
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::filled_rect(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 5) {
            std::cout << "filled_rect コマンドには４つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_filled_rect();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int left {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        const int top {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        const int right {std::stoi(cmd_vec.at(3))};
        const int bottom {std::stoi(cmd_vec.at(4))};

        if (left > right) {
            std::cout << "left は right より左になければなりません。\n";
            return ExecResult::failed;
        }
        if (top > bottom) {
            std::cout << "top は bottom より上になければなりません。\n";
            return ExecResult::failed;
        }

        m_canvas.paint_filled_rect(left, top, right, bottom, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // 円を描画する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::circle(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 4) {
            std::cout << "circle コマンドには３つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_circle();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int center_x {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        const int center_y {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        const int radius {std::stoi(cmd_vec.at(3))};

        m_canvas.paint_circle(center_x, center_y, radius, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // 円を描画し、内部を塗りつぶす
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::filled_circle(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 4) {
            std::cout << "filled_circle コマンドには３つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_filled_circle();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int center_x {std::stoi(cmd_vec.at(1))};
        const int center_y {std::stoi(cmd_vec.at(2))};
        const int radius {std::stoi(cmd_vec.at(3))};

        m_canvas.paint_filled_circle(center_x, center_y, radius, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // ヒルベルト曲線を描く
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::hilbert(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 2) {
            std::cout << "hilbert コマンドには１つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_hilbert();
            return ExecResult::failed;
        }

        const int order {std::stoi(cmd_vec.at(1))};

        m_canvas.paint_hilbert_curve(order, m_pen);
        return ExecResult::successd;
    }

    // ビットマップファイルから読み込む
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::load(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 2) {
            std::cout << "load コマンドには１つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_load();
            return ExecResult::failed;
        }

        const std::string path {cmd_vec.at(1)};

        if (!m_canvas.load_from_bitmap_file(path)) {
            std::cout << "path " << "の読み込みに失敗しました。\n";
            return ExecResult::failed;
        }
        return ExecResult::successd;
    }

    // ビットマップファイルに保存する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::save(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (cmd_vec.size() < 2) {
            std::cout << "save コマンドには１つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_save();
            return ExecResult::failed;
        }

        const std::string path {cmd_vec.at(1)};

        if (!m_canvas.save_to_bitmap_file(path)) {
            std::cout << "path " << "への保存に失敗しました。\n";
            return ExecResult::failed;
        }
        return ExecResult::successd;
    }

    // スクリプトが保存されたファイルから実行する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::load_script(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (m_is_load_script) {
            return ExecResult::successd;
        }

        if (cmd_vec.size() < 2) {
            std::cout << "load_script コマンドには１つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_load_script();
            return ExecResult::failed;
        }

        const std::string path {cmd_vec.at(1)};

        // スクリプトを読み込んで、履歴情報として復元する
        auto it = m_history.load_from_file(path);
        if (it == m_history.end()) {
            std::cout << path << " の読み込みに失敗しました。\n";
            return ExecResult::failed;
        }


        auto result = ExecResult::successd;

        // スクリプトのロード実行中であることを表すフラグを立てる
        m_is_load_script = true;

        // 履歴情報を辿りながら、１つずつ実行していく
        for ( /**/; it != m_history.end(); ++it) {
            std::string cmd {*it};

            // マクロを置換する
            paint_script::Macro::replace(cmd);

            // 空白文字ごとに分割して、std::vector に格納する
            const auto command_vec = str_util::split(cmd, " ");
            if (command_vec.empty()) {
                continue;
            }

            // 実行。途中でエラーが起きたら、以降の実行は止める
            auto exec_result = exec(command_vec);
            if (exec_result == ExecResult::failed || exec_result == ExecResult::exit_program) {
                result = exec_result;
                break;
            }
        }

        m_is_load_script = false;
        return result;
    }

    // スクリプトを保存する
    CommandExecutor::ExecResult CommandExecutor::save_script(const command_params_t& cmd_vec)
    {
        if (m_is_load_script) {
            return ExecResult::successd;
        }

        if (cmd_vec.size() < 2) {
            std::cout << "save_script コマンドには１つのパラメータが必要です。\n";
            print_help_save();
            return ExecResult::failed;
        }

        const std::string path {cmd_vec.at(1)};

        if (!m_history.save_to_file(path)) {
            std::cout << "path " << "への保存に失敗しました。\n";
            return ExecResult::failed;
        }

        return ExecResult::successd;
    }

    void CommandExecutor::print_help() const
    {
        std::cout << "以下のコマンドがあります。\n"
                  << "対応するパラメータがある場合は、その順番どおりに、正しい値をスペースで区切って入力してください。\n"
                  << std::endl;

        for (const auto& data : CommandMap) {
            data.help(this);
        }

        Macro::print_help();
    }

    void CommandExecutor::print_help_help() const
    {
        std::cout << "help\n"
                  << "ヘルプメッセージを出力します。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_exit() const
    {
        std::cout << "exit\n"
                  << "スクリプトの実行を終了します。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_resize() const
    {
        std::cout << "resize width height\n"
                  << "キャンバスの大きさを変更します。\n"
                  << "  width:  横方向のピクセル数を 1 以上の大きさで指定します。\n"
                  << "  height: 縦方向のピクセル数を 1 以上の大きさで指定します。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_fill() const
    {
        std::cout << "fill red green blue\n"
                  << "キャンバスを１色で塗りつぶします。\n"
                  << "  red:   赤成分の強さを 0 から 255 の範囲で指定します。\n"
                  << "  green: 緑成分の強さを 0 から 255 の範囲で指定します。\n"
                  << "  blue:  青成分の強さを 0 から 255 の範囲で指定します。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_bucket() const
    {
        std::cout << "bucket x y\n"
                  << "指定座標を起点に、その位置のピクセルと同じ色で隣接しているピクセルを塗りつぶします。\n"
                  << "  x: 起点の X座標。\n"
                  << "  y: 起点の Y座標。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_pen() const
    {
        std::cout << "pen red green blue\n"
                  << "点や線を描くときに使うペンを変更します。\n"
                  << "  red:   赤成分の強さを 0 から 255 の範囲で指定します。\n"
                  << "  green: 緑成分の強さを 0 から 255 の範囲で指定します。\n"
                  << "  blue:  青成分の強さを 0 から 255 の範囲で指定します。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_dot() const
    {
        std::cout << "dot x y\n"
                  << "現在のペンを使って、点を描画します。\n"
                  << "  x: X座標を指定します。キャンバスの範囲外の場合は何も描かれません。\n"
                  << "  y: Y座標を指定します。キャンバスの範囲外の場合は何も描かれません。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_line() const
    {
        std::cout << "line x1 y1 x2 y2\n"
                  << "現在のペンを使って、指定した２つの座標を結ぶ直線を描画します。\n"
                  << "  x1: 片側の端点のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  y1: 片側の端点のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  x2: 他方の端点のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  y2: 他方の端点のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_rect() const
    {
        std::cout << "rect left top right bottom\n"
                  << "現在のペンを使って、矩形を描画します。\n"
                  << "内側は塗られません。内側を塗る場合は、filled_rect コマンドを使用してください。\n"
                  << "  left:   左端のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  top:    上端のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  right:  右端のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  bottom: 下端のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_filled_rect() const
    {
        std::cout << "filled_rect left top right bottom\n"
                  << "現在のペンを使って、矩形を描画します。\n"
                  << "内側を塗りつぶします。内側を塗らない場合は、rect コマンドを使用してください。\n"
                  << "  left:   左端のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  top:    上端のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  right:  右端のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  bottom: 下端のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_circle() const
    {
        std::cout << "circle cx cy radius\n"
                  << "現在のペンを使って、円を描画します。\n"
                  << "内側は塗られません。内側を塗る場合は、filled_circle コマンドを使用してください。\n"
                  << "  cx:     円の中心のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  cy:     円の中心のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  radius: 円の半径を指定します。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_filled_circle() const
    {
        std::cout << "filled_circle cx cy radius\n"
                  << "現在のペンを使って、円を描画します。\n"
                  << "内側を塗りつぶします。内側を塗らない場合は、circle コマンドを使用してください。\n"
                  << "  cx:     円の中心のX座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  cy:     円の中心のY座標を指定します。キャンバスの範囲外も指定できます。\n"
                  << "  radius: 円の半径を指定します。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_hilbert() const
    {
        std::cout << "hilbert order\n"
                  << "現在のペンを使って、ヒルベルト曲線を描きます。\n"
                  << "  order: 複雑さの程度(6 程度が基本)。大きな値を指定するには、キャンバスを大きくする必要があります。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_load() const
    {
        std::cout << "load path\n"
                  << ".bmpファイルを指定して、キャンバスを作成します。\n"
                  << "  path: 読み込む .bmpファイルのパス。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_save() const
    {
        std::cout << "save path\n"
                  << "現在のキャンバスの状態を .bmp ファイルに保存します。\n"
                  << "  path: 出力する .bmpファイルのパス。すでに存在する場合は上書きします。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_load_script() const
    {
        std::cout << "load_script path\n"
                  << "スクリプトが書き込まれたテキストファイルを読み込んで、その内容を実行します。\n"
                  << "  path: テキストファイルのパス。\n"
                  << std::endl;
    }

    void CommandExecutor::print_help_save_script() const
    {
        std::cout << "save_script path\n"
                  << "現在までに入力したコマンドとパラメータの履歴をテキストファイルに保存します。\n"
                  << "  path: 出力するテキストファイルのパス。すでに存在する場合は上書きします。\n"
                  << std::endl;
    }
}

// command_executor.h
#ifndef COMMAND_EXECUTOR_H_INCLUDED
#define COMMAND_EXECUTOR_H_INCLUDED

#include <functional>
#include <string>
#include <vector>
#include "pen.h"

namespace paint_script {

    class Canvas;
    class CommandHistory;

    class CommandExecutor {
    public:
        using command_params_t = std::vector<std::string>;  // コマンドとパラメータの型

        // 結果
        enum class ExecResult {
            successd,       // 成功
            failed,         // 失敗
            not_found,      // コマンドが見つからない
            exit_program,   // 成功。プログラムを終了させる
        };

    public:
        // コンストラクタ
        //
        // canvas:  キャンバスの参照
        // history: 履歴管理オブジェクトの参照
        explicit CommandExecutor(Canvas& canvas, CommandHistory& history);

    public:
        // コマンドを実行する
        //
        // command_vec: コマンドとパラメータを含んだ配列
        // 戻り値: 結果
        ExecResult exec(const command_params_t& command_vec);

    private:
        using CommandImpl_t = std::function<ExecResult (CommandExecutor*, const command_params_t&)>;    // 実装関数の型   
        using CommandHelp_t = std::function<void (const CommandExecutor*)>;                     // ヘルプ出力関数の型

        // コマンドデータ
        struct CommandData {
            const char*     name;   // コマンド名
            CommandImpl_t   impl;   // コマンドの実装関数
            CommandHelp_t   help;   // コマンドのヘルプを出力する関数
        };
        static const CommandData CommandMap[];

    private:
        ExecResult help(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult exit(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult resize(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult fill(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult bucket(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult pen(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult dot(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult line(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult rect(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult filled_rect(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult circle(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult filled_circle(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult hilbert(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult load(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult save(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult load_script(const command_params_t& cmd_vec);
        ExecResult save_script(const command_params_t& cmd_vec);

        void print_help() const;
        void print_help_help() const;
        void print_help_exit() const;
        void print_help_resize() const;
        void print_help_fill() const;
        void print_help_bucket() const;
        void print_help_pen() const;
        void print_help_dot() const;
        void print_help_line() const;
        void print_help_rect() const;
        void print_help_filled_rect() const;
        void print_help_circle() const;
        void print_help_filled_circle() const;
        void print_help_hilbert() const;
        void print_help_load() const;
        void print_help_save() const;
        void print_help_load_script() const;
        void print_help_save_script() const;

    private:
        Canvas&                 m_canvas;
        CommandHistory&         m_history;
        Pen                     m_pen {{0, 0, 0}};

        bool                    m_is_load_script;
    };

}

#endif

// command_history.cpp
#include "command_history.h"
#include <fstream>

namespace paint_script {

    // 履歴を追加する
    void CommandHistory::add(const std::string& command)
    {
        m_commands.push_back(command);
    }

    // 最初の履歴を指すイテレータを返す
    std::vector<std::string>::const_iterator CommandHistory::begin() const
    {
        return std::cbegin(m_commands);
    }

    // 最後の履歴の後ろを指すイテレータを返す
    std::vector<std::string>::const_iterator CommandHistory::end() const
    {
        return std::cend(m_commands);
    }

    // テキストファイルから履歴を読み込む
    std::vector<std::string>::const_iterator CommandHistory::load_from_file(const std::string& path)
    {
        std::ifstream ifs {path};
        if (!ifs) {
            return end();
        }

        // 追加前の一番後ろのインデックスを保存
        // [!] このあと std::vector への追加を行うと、イテレータや参照、ポインタは無効化される可能性があるので、
        //     添字で保存しておく。
        auto start_index = m_commands.size();

        // １行ずつ読み込みながら、履歴に追加
        while (!ifs.eof()) {
            std::string s {};
            std::getline(ifs, s);
            add(s);
        }

        return std::begin(m_commands) + start_index;
    }

    // 履歴をテキストファイルへ書き出す
    bool CommandHistory::save_to_file(const std::string& path)
    {
        std::ofstream ofs {path, std::ios_base::out};
        if (!ofs) {
            return false;
        }

        for (const std::string& str : m_commands) {
            ofs << str << "\n";
        }

        return true;
    }
}

// command_history.h
#ifndef COMMAND_HISTORY_H_INCLUDED
#define COMMAND_HISTORY_H_INCLUDED

#include <string>
#include <vector>

namespace paint_script {

    class CommandHistory {
    public:
        // 履歴を追加する
        //
        // command: 追加するコマンドおよびパラメータの文字列
        void add(const std::string& command);


        // 最初の履歴を指すイテレータを返す
        std::vector<std::string>::const_iterator begin() const;

        // 最後の履歴の後ろを指すイテレータを返す
        std::vector<std::string>::const_iterator end() const;


        // テキストファイルから履歴を読み込む
        //
        // path: テキストファイルのパス
        // 戻り値: 読み込まれた最初の履歴を指すイテレータ。
        //         読み込みに失敗した場合は、end() が返すイテレータ。
        std::vector<std::string>::const_iterator load_from_file(const std::string& path);

        // 履歴をテキストファイルへ書き出す
        //
        // path: 出力先のテキストファイルのパス
        // 戻り値: 成否
        bool save_to_file(const std::string& path);

    private:
        std::vector<std::string>    m_commands;
    };

}

#endif