C言語の入門書は世の中にあふれています。 しかしそれらはPC(パソコン)用
が大半で組み込みを意識したものがありません。
ここでは主に組み込みを意識したC言語について説明します。
*プログラム・リストはR8C/15マイコン、OSなしを想定しています。
[▲上位階層]
2005-12-19 新規作成, 2009-05-21 更新
目次
|
(オート,レジスタ,スタティック,大局,隠蔽される変数)
|
(ラベル付文,式文,複文,制御文)
|
|
C言語はパソコンやマイコンなどのCPUに対する命令を記述するためのコンピュータ言語です。
最近は学校でもC言語の教育が行われるようになり、電子、コンピュータ関係の学校を卒業された方ならば、
名前ぐらいは知っていると思います。 (私は古い人間ですのでFORTRANでしたが...)
コンピュータの進歩は早くさまざまな言語が使用されていますが、その中でC言語(C++を含む)がもっとも多く使用
されています。 特に組み込み(マイコン)の場合はほとんどCと言って良いでしょう。
C言語は1972年ごろミニコン用のOSを記述する言語として開発されましたが、移植性の高さからワークスーション,パソコンでも使用されるようになっていき、今ではマイコンでもC言語を使用するのが普通となっています。
コンピュータ関係、マイコン関係の仕事をする人間にとって必修項目と言えるでしょう。
|
*本webにある
「電子部品図鑑」が書籍になりました。
誠文堂新光社/ISBN：978-4-416-10701-0/B5変形/256ページ/税込 3,150 円
通信販売で買える部品のうちベスト400を選んで紹介していく本です。
ページ数の半分をカラーとして大きな部品の写真を掲載、
1つ1つの部品をクローズアップしていき、雑学的に解説をしているので専門書に抵抗のある方でも読んでいただけると思います。
受動部品だけでなく、IC、ディスクリート半導体、機構部品、消耗品などをバランスよく紹介、
文章は全面的に書き直し、技術的な解説を充実。
|
パソコンでアプリケーションソフトを作成する場合にスタートアップは必要ありませんが、組み込みの場合はなぜスタートアップが必要なのでしょうか? パソコンの場合はOS,BIOSの存在が前提でmain関数が呼ばれる前に重要なレジスタの設定やIOの初期化が終わっています。
グローバル変数の値がmainの先頭で、すでに初期化されているのはこれらスタートアップの働きです。
規模の小さいマイコンの場合はOS,BIOSを使用しない場合が多いため、OS,BIOSが行っている部分を自分で準備しなければなりません。
スタートアップでは特定のレジスタの初期化などを行う必要があるために通常はアセンブラで書きます。
- OS (オペレーション・システム)
- IOやファイル・システム、メモリーなどのパソコンの資源を一括して管理するソフトウェア部分です。
パソコンで言えばLinuxやWindowsにあたる。
- BIOS (バイオス)
- IOを制御するためのサブルーチン集。
パソコンの場合、リセット直後に一番初めに実効されIOの初期化を行い、
その後OSに制御が渡る。 マザーボード上のROMに格納されているプログラム。
- main関数
- C言語のプログラムの中で始めに実行される関数。
C言語のプログラムは1つ以上の関数からなり、mainという名前の関数が必須。
スタートアップ・プログラムの書き方はCコンパイラのマニュアルに例がのっていて、それをターゲット(開発中のハードウェア)に
適合するように、修正するのが正式なやりかたです。
しかし正式なスタートアップを作るのは少々手間がかかるので、テスト・プログラム用(製品では使用しない)と割り切ってまずは簡略化したスタートアップでハードウェアの動作確認を始めるとよいでしょう。
スタック・ポインタの設定、割り込みの設定をスタートアップで行い、mainルーチンの先頭でIOの初期化をしてしまいます。
ただし、ライブラリーは使用しない、グローバル変数は初期化されないのでmainルーチン先頭部分で値の初期化をするようにします。
パソコンでは「 Hello world」という文字をディスプレイに表示させるプログラムを、まず初めに作る場合が多いのですが、
マイコンの場合はある1つのポートに対して矩形波を出力させるのが定石です。
できたばかりのハードウェアには問題があるかもしれません。 初めて使用する開発環境は使い方の誤り、設定ミスのため正常に動作しないことが
あります。
初めから複雑なソフトウェアを動作させようとはせずに、始めはこのような単純なプログラムでテストを行うのが良いでしょう。
本webではR8C/15マイコン、OSなしを想定したリストを掲載します。
/* [リスト1] 矩形波を出力する */
/* R8C/15マイコン用 */
void main(void);
void main()
{
p1 = 0x40; /* P1_6='H', それ以外P1は'L' */
pd1 = 0xd4; /* P1_7, P1_6, P1_4, P1_2は出力 */
while( 1 )
{ /* まずCPUの確認 (P1_6に矩形波がでればOK) */
p1 = 0x40; /* P1_6=H CPUが動作しているか確認 */
P1 = 0; /* P1_6=L */
} /* このプログラムは永遠に終了しない */
} /* OSを使用しないのであればmainは終了させない */
電源を接続、電源電圧をマルチメータで確認し、プログラムの書き込みを行います。
モードを切り替え、リセット。
オシロスコープをテスト用のIOポート(P1_6)に接続して矩形波が出ていれば、少なくとも開発環境や最低限のハードウェアは正常に動作しています。
うまくいかない時にはスタートアップの書き方が正しいか? 各種設定が正しいかを確認します。
パソコンではOSがアドレスの設定をするので意識しないで済みますが、組み込みのプログラムでは物理アドレスを正しく設定する必要があります。
ありがちなのは物理アドレスが正しくない。つまりスタックや変数領域がRAMに割り当てられていない、またはプログラムがROMにわり当てられていない、2つ以上のアドレス領域が重なっている、メモリーがない領域に割り当てている などです。
ワンチップマイコンの開発環境ではデバッガ(ICE)がROMやRAMのある決められたアドレス領域を使う事になっていて、ユーザープログラムがそのアドレス領域を使ってはいけないことになっている場合が多いようです。
スタックのアドレス設定にミスがある、あるいはデバッガ専用領域をユーザー・プログラムがアクセスしてしまっている場合、
デバッガは予測不能な動作をし、ハードウェアが悪いのかソフトウェアが悪いのかわからなくなることがあります。
デバッガ専用領域とユーザー・プログラムが重ならないようにアドレスの設定を行ってください。
横着をしないでマニュアルをしっかり読むことが肝要です。
C言語とはどんな言語か? イメージをはっきりさせるために、よく使われる言語と比較してみたいと思います。
簡単に言うと従来のBASICに対してオブジェクト指向の考え方を導入して、
Windowsの開発に便利なクラス・ライブラリーを付加したものといえます。
BASICといっても、オブジェクト指向を理解する必要があり、従来のBASICとは別物と思った方がよいです。
VBの簡略化したものがMicrosoft Office製品にVBAという形で組み込まれていて、Officeからマクロの形でVBAを呼び出すことができます。
特定のハードウェア(パソコンのみ)、特定のOS(Windows)でしか動作しません。 (互換性がない)
私の主観ですが他の言語と比べて実行速度が非常に遅い気がします。
Javaはパソコンやワークステーションなどの環境、インターネット関連でよく使用されます。
JavaとC言語は文法的に非常に良く似ていて、Cのわかる人間ならば比較的Javaの文法は理解しやすいと思います。
しかし組み込みに使用する際にはいくつかの注意点があります。
IOを直接操作できることや全てのOSのファンションコールを呼び出せる点でCの方が有利です。
JavaとCで、決定的に違う部分はメモリーの管理とリアルタイム性にあります。
Cでは明示的にメモリーの解放をしますが、Javaでは使用しなくなると自動的に
メモリーが解放されます。
Cで開発されたソフトウェアはメモリーリーク(バグ)などで長時間連続動作させていると、OSがダウンすることがあります。
これらのバグを言語(Java)の方でカバーする仕組みが考えられたのですが、プログラマが自分の頭のなかでメモリーの確保と開放を考えなくなるというデメリットもあり、そのため動作速度が極端に落ちたりガーベジ・コレクションが多発することがあります。
大容量のメモリーが必要な場合はCの方がうまく思いどうりにコントロールできます。
Javaは主に人間を相手にすることを想定したUI(ユーザ・インターフェース)に焦点をあわせており、リアルタイムに制御することが苦手。
人間を相手にする場合には長時間相手を待たせることも可能ですが、機械を相手にする場合は長時間待たせることはできません。
たとえばマイコンで温度制御をしている場合、決められた時間間隔で必ず温度測定と温度に対応したヒータの制御をしなければ、制御対象が加熱して内容物をだめにしてしまったり、大きな事故の原因になります。
モータ制御などでは一定時間、制御がないと回転数が不安定になったり、モーターが暴走したりします。
最近ではパワーのあるCPUを使う事が多くなり、リッチなUIを付けたいというニーズがあります。
JavaはCPUのパワーがある製品において、リッチなUIを追加するのに便利。
リアルタイムOSであるITRONとJavaを組み合わせたJTRONという製品もあります。
KVMと呼ばれる特別に小さく作ったJavaが携帯電話などで使用されています。
最近ではパソコンでのソフトウェアしか経験のない(ハードウェアのことがわからない)プログラマーが多く、デバッガがないとプログラムを書けないという方が増えています。
(私はハードウェアが専門であるので、仕様書とテキスト・エディタさえあればプログラムを書き始めることができると思うのですが...)
Javaはハードウェアが完成していない段階でソフトウェアの開発を進められるというメリットがあります。
設計思想
CとJavaは文法は非常に似通っていますが、設計思想が異なります。
Cは熟練したプログラマー(十分な知識があり、信頼性の高いプログラムが書ける)を想定しており、プログラマーには悪意はないもの、という前提で設計されています。
(プログラマーのやりたいことを妨げない。自己責任)
それに対してJavaはバグのあるプログラム、悪意のあるプログラムであってもOSが危険にさらされないように配慮をしています。
(安全性は高いが、実行速度やできることに制限がある)
CはOSに依存するが、JavaのアプリケーションはOSに依存しない。
これら点でCとJavaは方向性が異なります。
マシン語はCPUが理解できる唯一の言語です。
16進 または8進の数字の羅列となり、人間には読みにくいので、マシン語と1対1に対応し、人間にわかりやすい英字としたのがアセンブリ言語です。
アセンブリ言語は熟練したプログラマが書けば最も性能を出すことができますが、移植性や書きやすさの点でC言語が優れています。
組み込みでは C言語とアセンブリ言語がもっとも良く使用される言語です。
ほとんどの部分をCで作成して、スタートアップの部分や特殊レジスタをアクセスする部分など、Cでは書けない部分をアセンブリ言語で書きます。
C++は Cに対してオブジェクト指向の考え方を導入したものです。
C++はパソコン,ワークステーション,組み込み のいずれの分野でも使用されています。
Javaがオブジェクト指向を必須条件として強制しているのに対して、C++はオブジェクト指向を使用することもできますし、使わなくても書けるので、自分のペースでオブジェクト指向の利用やクラス化ができます。
初めてプログラミングを学習する人間にとって、オブジェクト指向はなかなか難しいく「オブジェクトの壁」と呼ばれます。
オブジェクトの壁に対する配慮とCとのソース・ファイル・レベルでの互換性がうれしい所です。
現在のC++ではソース・ファイルの1行とアセンブラの文の対応がしずらいことと、オブジェクト効率が悪い点(ROMのサイズが大きくなる)が組み込みで使用する場合の問題点です。
特にROMサイズの小さいマイコンの場合はC++ではなくCの方が良いかもしれません。
C関連の開発ツールは一般的に図のような構成になっています。
統合開発環境といって1つのウインドウから、各種のツールを呼び出すことが
できるものが多いのですが、実際に処理を行っているプログラムは昔から
変わらずに個別のプログラムになっています。
このような複雑な構成になっているのは、プログラムを複数の小さなソースファイルに分割し、
最後に1つの連結されたプログラムに組み立てるためです。
特にROMサイズの小さなマイコンを使用する場合、
ソフトウェア部品の最小単位は1つのソースファイル(モジュール)であるため、
ソースファイルの大きさは関数数個ぐらいのにおさえるのが理想です。
注) 四角がツール(プログラム)を表し、ドラムの形がデータを表します。
- テキスト・エディタ
- ソース・ファイルを作成するのに使用する。 (Windowsでいえばメモ帳に相当。)
- Cコンパイラ
- C言語のソース・ファイルを翻訳してオブジェクト・ファイルを作成する。
(アセンブラのソースファイルを生成する場合もある。)
- アセンブラ
- アセンブリ言語のソース・ファイルを翻訳してオブジェクト・ファイルを作成する。
- リンカー
- アセンブラやコンパイラが作成した1つ以上のオブジェクト・ファイルを結合し、
指定されたアドレス空間に割りつける。
- アーカイバとライブラリアン
- アーカイバとライブラリアンは必須でないが、
沢山あるオブジェクト・ファイル,ソース・ファイルを管理/保存するためのツール。
- コンバータ
- デバッガにロードするファイルとROMライターに転送するファイルで、形式が違う場合に変換をする。 (MOTファイルを作るなど)
|
- ソースファイル
- 人間が入力する、テキストファイル。
(コンパイラが自動的に生成する場合もある。)
C言語の関数定義(実体)、変数の定義をする。
ファイル名の拡張子は.c
- インクルード・ファイル
- 人間が入力する、テキストファイルの内ソースファイルから呼び出されて、あたかもソースファイルの一部のように振舞うファイル。
一般的に関数のプロトタイプ宣言、グローバル変数宣言、マクロの定義など、複数のソースファイルで共有するのが望ましい部分はインクルード・ファイルとする。
ファイル名の拡張子は.h
- オブジェクト・ファイル
- アセンブラまたはコンパイラの翻訳結果。 マシン語が含まれているが、
この段階ではアドレスが確定している部分と確定していない部分がある。
- ロードモジュール
- アドレスが確定したマシン語やデータが含まれるファイル。
シンボルの含まれない MOT, またはシンボルを含むことができる X30(R8Cの場合)がある。
ROMに書き込む際に使用、またはデバッガで使用する。
|
後述する前方参照の問題があり、以下のような順序で記述するとトラブルが少ないです。
ソースファイル (拡張子.C)
- コメント(ファイルの全体的な説明など)
- #includeの指定
(共通に使用する マクロ定義、構造体宣言、プロトタイプ宣言)
- このファイル固有のマクロ定義
- このファイル固有の構造体宣言
- このファイル固有のマクロ定義(構造体を呼び出しているもの)
- グローバル変数の定義
- このファイル固有のプロトタイプ宣言
- 関数の定義
インクルードファイル (拡張子.H)
- コメント(ファイルの全体的な説明など)
- #includeの指定 (インクルードを入れ子にする場合)
- マクロ定義
- 構造体の宣言
- マクロ定義(構造体を呼び出しているもの)
- グローバル変数の宣言
- 関数のプロトタイプ宣言
Cでは1行に複数の文がある場合は左の文が先に実行され、2行以上の文が上下にある場合は上の文が先に実行されます。
あたりまえと思う方もいらっしゃると思いますが、重要な性質です。
たとえば2つのレジスタに対し、書き込みをするとして、「Aを先に書き込んで次にBを書き込まなければならない」と言う制約があった場合、
プログラムの最適化の段階で順序が変わると動作しなくなります。
*VHDLなどの言語では同時実行文といって全ての文が同時に実行される
文法もあります。
ソースファイル中で変数、マクロ、関数を呼び出す場合、あらかじめその変数、マクロ、関数は宣言されてなければなりません。
1つのソースファイルの中で宣言と呼び出しが行われている場合に、宣言が上の方(ファイルの先頭に近い)にある必要があります。
C言語ではインクルードファイルの中に宣言をしておき、呼び出しをするファイルの始めの方でインクルードするやり方が一般的です。
- 定義:
- 変数や関数の記憶領域の確保を伴う宣言、またはマクロの動作を取り決める事。
具体的には変数定義、関数定義、マクロ定義がある。
(マクロの場合は記憶領域に関係なく定義と呼ばれる)
- 宣言:
- 識別子の働き、属性などを取り決める。 (識別子を使うための前準備) 必ずしも記憶領域の確保を行うとは限らない。 具体的には変数宣言、オブジェクト宣言、関数宣言(プロトタイプ宣言)、構造体宣言などがある。
変数には スコープ(有効範囲)と寿命があります。
ソースファイル中で変数、または関数を呼び出したい場合、呼び出しが可能な場所と不可能な場所があります。
呼び出しが可能な範囲をスコープと言います。
変数が生成/初期化され、変数が存在する期間 その値は保持されますが、ある時点でその変数が、破棄されます。(値の記録がなくなる) それを変数の寿命といいます。
スコープは宣言された位置と識別子の種類で決まり、寿命は記憶クラス(または、単にクラス、記憶域クラス)で決まります。
*オブジェクト指向で言うクラスとは意味が異なりますので注意してください。
オート,レジスタ(auto,register)
関数の先頭で生成されて、関数の終了時に破棄されます。
初期値がある場合は関数の先頭で毎回初期化され、初期値の指定がなければ値は不定です。
C言語で変数の定義は、実行される文よりも、必ず先に記述します。
atotoとregisterの違いは registerの指定がある場合は優先的に、CPUの持つ物理的なレジスタに割り当てられます。
レジスタに空きが無い場合はスタックに割り当てられます。
auto(registerをつけないで定義した場合)はコンパイラに判断がゆだねられます。
最近はコンパイラの最適化の性能が良くなっているのでauto,registerを意識しなくても良いと思います。
コンパイラの性能が良くなかった時代に、人間がソースファイル中でどれをレジスタに割り当てるかヒントをあたえるためのものです。
スタティック(static)
プログラム開始の時に生成されてプログラム終了時まで値を保持します。
初期値がある場合はプログラム開始時にその値で初期化され、
初期値が無い場合はその変数領域は0で埋め尽くされます。
関数の先頭では初期化されません。
変数定義を記述したファイルの中からしか見えません。(リード,ライトはできない)
他のソースファイル中を実行時は見えなくなっただけでその値が破棄されたわけではありません。
auto,registor,staticはローカル変数とも呼ばれます。
エクスターナル [大局] (extern)
プログラム開始の時に生成されてプログラム終了時まで値を保持します。
初期値がある場合はプログラム開始時にその値で初期化され、
初期値が無い場合はその変数領域は0で埋め尽くされます。
関数の先頭では初期化されません。
複数のソースファイルから1つの変数をアクセスできます。
グローバル変数とも呼ばれます。
グローバル変数は便利ですが、規模の大きなプログラムで多用すると、バグの温床となります。
またグローバル変数は寿命が長く、RAMの少ないマイコンを使用する際にはRAMの無駄使いになります。
可能な限り、ローカル変数を使うように心がけましょう。
隠蔽される変数
スコープと寿命は似ていますが別のものです。
たとえはmy_funcの中、グローバル変数my_valはまだ破棄されてはいませんが一時的に隠蔽されます。
(デバッガでステップ実行をしてみるとわかりやすいかもしれません。)
/* [リスト2] 隠蔽される変数 */
int my_val=0; /* グローバル変数 (extern) */
void my_func(void); /* プロトタイプ宣言 */
void main(void);
void main()
{
my_val=4; /* グローバル変数に4を代入 */
my_func();
/* グローバル変数は4のままです。 */
while(1) ; /* 無限ループ (mainは終了させない) */
}
void my_func()
{
int my_val; /* 同じ名前でもエラーにはならない(auto) */
/* グローバル変数は隠蔽される */
my_val=7; /* ローカル変数に7を代 */
} /*ここでローカル変数は破棄 */
C言語は空白として半角のスペースとタブ(TAB),垂直タブ,改行,書式送りが使用できます。
文字列定数(リテラル)を除き、複数の空白類文字は1つの空白類文字と同等に扱われます。
(2個以上のスペースは、1個のスペースと同じ働き)
プリプロセッサ指令は改行と半角のスペースを区別しますが、それ以外では区別しません。
つまり 行が長い場合は1つの文を複数の行に分けて書いたり、ソースファイルを見やすくするためにインデントをつけることができます。
通常 テキストエディタのタブサイズは4で使用し、文の構造がわかりやすいようにタブでインデントを付けます。
- 空白類文字
- スペース(0x20), 水平タブ(0x09),垂直タブ(0x0b),改行(0x0a),書式送り(0x0c)
の総称。
*全角スペースを含まない (全角のスペースを空白類文字の代わりに使うとエラーになるので注意!)
プログラムの説明など、プログラムの実行に直接関係のない覚書を
ソースファイルに入れておくことができます。 それがコメントです。
Cの場合は /* で始まり */ で終了します。
コメントは複数行継続します。 (行の最後で自動的に終わらない。)
コメントは入れ子(ネスティング)にできません。
プログラムを業務で作成する場合は自分が作成したプログラムを
他の担当者が修正、変更できるようにしなければなりません。
自分で作成したプログラムであったとしても時間が経つと忘れてしまうものです。
コメントは単なるおまけと考える方もいらっしゃると思いますが、プログラムの保守性を確保するために重要な部分です。
わかりやすいコメントをいれるようにしましょう。
/* [リスト3] コメントの書き方 */
/* 1行のコメントです。 */
/* 3行継続するコメントです
継続するコメント
ここでコメント終了 */
/*
/* 入れ子はコンパイルエラーです */
*/
C++は//でコメント開始、行末でコメント終了です。
(従来のCのコメントも使用可能です)
/* [リスト4] C++スタイルのコメント */
// 行末で終了するコメント
*行数の多いコメントには#if 0と#endifでくくると便利です。
最低限必要なコメント
どんなコメントが必要か、プログラムを書き始める前に、プロジェクト・リーダーがメンバー全員を集めて決めておくのがベストです。
(インデントの付け方や識別子の決め方なども話し合っておくと良いでしょう。特に関数の名前やグローバル変数の名前は始めに重複させない
ようにルールを決めて置かないとトラブルの原因になります。)
参考までに私のコメントの付け方をご紹介します。
タイトル(ファイル名)
ソースファイル先頭にファイル名、対応機種名を入れます。
設計担当者
大規模なプログラムの場合、すでに社内にある設計済みのソースファイルをかき集めてきて、それで1機種のプログラムを作成します。 何か疑問点があってそのソースに対する質問をしたい場合(社内で設計したソースファイルで古いソースファイルとか)に誰が設計したかわからなくて困る場合があります。 最近は日本でも人間の移動が活発になってきていますので、設計者が他の部署に移動していたり、派遣の人間が設計していて今は社内にいないとかがよくあります。 開発が終わって年月がたっても設計者がわかるようにしておくことは重要です。
更新した日付
ファイルは簡単にコピーできてしまうのであちこちのパソコン,ワークステーションに重要なファイルのコピーが存在したりします。 この際にどのファイル、バージョンが最新で信用できるものなのかわからなくなります。 ファイルのタイムスタンプが目安にはなりますが、ファイルの内容を変更していないで上書き保存する場合もあり確実ではありません。 ファイル先頭にコメントとして入れておくと管理ミスが発生しにくいです。
関数の機能説明
再利用の観点から、ソースファイル全体を見ないで関数のおよその動作がわかるような説明文があった方がいいでしょう。 ただ関数の機能をわかりやすく文章で表現するのは難しいので省略されてしまう場合が多いです。 紙に整理されたきれいなドキュメント(またはワープロのファイル)はたしかに見やすいのですが作成するのに多大な工数がかかります。 それに紙に整理されたドキュメントではソースファイルと1体ではないのでソースファイルを変更してドキュメントは修正されていないということがよくあります。 必要最低限の工数で保守可能な情報を残すという意味でコメントでの機能説明は重要です。
関数の引数説明
関数の先頭でそれぞれの引数の意味説明をいれます。 引数はその関数の内部と外部とのインターフェースを定義する部分なので重要です。 ソースファイルの再利用の観点からすると評価済の関数内部はできるだけ、変更をするべきではなく理解する必要もありません。 内部記述を見始めてしまうと、記述がきたなくて変更したくなるとか、識別子のネーミングが気に入らないとか出てきてしまうと思います。 この業界は短納期で仕事をやらなければならない場合が多いので記述がきたなくても評価済で正常に動作することが保障されているのであればできるだけ見ない・さわなないようにすべきでしょう。
もしも関数内部でグローバル変数をアクセスしている部分があるのであればその説明もあった方が良いでしょう
グローバル変数
もしもグローバル変数を使用しているのであれば簡単な説明があった方が良いでしょう。
できればあったほうがいいコメント
ソースの1行毎のコメント
設計者が自分のためのメモ的な役割なので重要ではありません。 保守性という意味ではコメントは多いほうがいいのですがコメントを多くしすぎるとそのコメントの作成に時間がかかってしまうのでそれらはバランス感覚になると思います。 小見出し的なものはいれると見やすくなります。
その他
アドレスマップ。
ローカル変数の機能説明など
一般的なC言語で使用する識別子はA〜Z,a〜zの英数字と0〜9の数字、_(アンダースコア)です。
識別子は半角文字を使用しなければならないことに注意してください。
日本語識別子の使用できないCコンパイラで全角文字を使用すると、(全角英数字であっても)コンパイルエラーになります。
(一部のコンパイラでは漢字を含む日本語の識別子が利用可能です。)
英字の大文字と小文字は区別されます。
ただしリンクの段階で区別されなくなる場合があるので、グローバル変数や関数名では全て大文字に変換されても重複しない識別子が望ましいです。
有効先頭文字数(異なる識別子として判別可能な長さ)は最低31文字、Cコンパイラに依存します。
予約語は変数名や関数名に使用することができません。
予約語の一覧 (C++の予約語を含む)
asm, auto, break, case, catch, char, class, const,
continue, default, delete, do, double, else, enum,
extern, float, for, friend, goto, if, inline, int,
long, new, operator, private, protected, public,
register, return, short, signed, sizeof, static,
struct, switch, template, this, typedef, union,
unsigned, virtual, void, volatile, while,
ある種のCコンパイラ固有の予約語(できれば使用を避けた方がいいもの)
_cdecl, cdecl, _cs, _ds, _es, _export, _far, far, huge, interrupt,
_loadds, _near, near, _pascal, pascal, _saveregs, _seg, _ss,
先頭が_になっているものはCコンパイラ固有のマクロと重複しやすいので注意!
識別子の決め方
識別子はそのソースファイルを作ったプログラマーの個性が出る部分です。
みなさんはどのようにして識別子を決めているでしょうか?
私は以下のような規則で識別子を決めています。
- ローカル変数
- 3文字以下、全て小文字を使用する
*文字数でローカル/グローバルが一目でわかる
- グローバル変数
- 4文字以上、全て小文字を使用する
*グローバル変数に短い識別子を使用すると重複が起こりやすい。
- マクロ名
- 全て大文字を使用する
- 関数名−Cの標準ライブラリ (string.h, ctype.hなど)
- Cコンパイラに付属の関数はそのまま使用する。(全て小文字)
- 関数名−アプリケーション固有
- �〜瓦鴇�文字を使用し、文節の区切りに_を使用する。
「どうする_何を」の書式、先頭の3文字が動詞、最後の3文字が名詞。 〜ITRONスタイル
�∧言瓩寮萋�の1文字のみ大文字、それ以外は小文字を使用する。〜VC++スタイル
IP(評価済みのソフトウェア)を使用するのであればIP内部はできるだけいじらないのが無難です。 とにかく1文字でも変更すればバグが発生する可能性があります。
保証されているソフトウェアを利用することに意義があるのですから。
私の書き方がベストとは限りませんが、プロジェクト開始時にメンバー全員で話し合いを行い決めておくと良いでしょう。
ソースファイルが出来てから変更しろというとひんしゅくですョ。プロジェクト・リーダーさん
直接に数字または文字(1文字のみ)、文字列などを指定したものをリテラルと言います。
整数定数
小数点がなく数字のみ、あるいは先頭に符号がついた数字は値を保存できる最小の型となります。 (intに保存できればintになる。 処理系依存)
数字の最後にlまたはLを付けるとlong型。 uまたはUを付けると符号なしになります。 ULまたはLUとすると両方同時に指定できます。
先頭に何もつけない場合は10進数と判断し、先頭に0xを付けた場合は16進数、0を付けた場合は8進数と判断します。
10進数は0以外の数字で始まらなければならない事に注意してください。
浮動少数点定数
小数点つきの数字は原則 double型、最後にf,Fを付けるとfloat型になります。
つまり 単に2と記述すればint、2Lならばlong、2.0と記述すれば double、2.0Fならばfloatとなります。
指数表記を使う時は -1.5×10-3 を-1.5e-3のように記述します。
文字定数と文字列リテラルの記述方法
1つの文字を表したい場合はシングル・クォート(一重引用符)で囲みます。
文字列を表したい場合はダブル・クォート(二重引用符)で囲みます。
文字列の最後には終端を表す0(ヌル文字)が自動的に追加されます。
長い文字列定数などを使用したい場合は
非常に長い1つの文字列をROM上では1つの文字列、ソースファイル上では2行に分割して書きたい場合、
行の最後に円記号(\)をつけることで複数の行を1つの行に連結することができます。
/* [リスト4] リテラルの例、継続行 */
char *msg, *ps;
int i, c;
i = 3; /* 数字のリテラル3を使用する */
c = 'M'; /* MのASCIIコードを代入 */
ps = "abc"; /* 単純な文字列リテラル */
msg = "これは複数の行にわたる長い文字列を"\
"2行にわたり記述したものです。";
コントロール文字など印刷されない文字を扱うにはエスケープ・シーケンスを使用します。
円記号がエスケープシーケンスの開始を表し、ソースファイル上の数文字で1バイトの文字を表します。
/* [リスト5] エスケープ・シーケンスの例 */
char c;
char *msg;
c = '\a'; /* 文字に適用する場合 (ブザーを鳴らす) */
msg = "abc\r\n"; /* 文字列に適用する場合 (CR,LFを追加) */
エスケープ・シーケンスの一覧
| \a | ベル(ブザー)を鳴らす |
| \b | バックスペース |
| \f | フォームフィード |
| \n | 改行(LF) |
| \r | 復帰(CR) |
| \t | 水平タブ(TAB) |
| \v | 垂直タブ |
| \' | クォーテーション(一重引用符) |
| \" | ダブルクォーテーション(二重引用符) |
| \? | 疑問符 |
| \\ | 円記号 |
| \0〜 | 8進で拡張表記 |
| \0x〜 | 16進で拡張表記 |
変数とはプログラム実行時に変化する数値、または文字列などを記憶するもので、RAM(メモリー)に格納されます。
組み込みの場合は計算時間がかかるので できるだけ浮動小数点を使わずに整数で処理をします。
RAMサイズの小さいマイコンを使用するのであれば、できるだけサイズの小さなタイプ、できるだけautoやregisterを使用すると良いでしょう。
使用開始の前に以下のように定義します。
簡略書式:
[記憶クラス指定子] タイプ 識別子 [= 初期値] [,識別子 [= 初期値]]...;
[]は省略可能を表します。 ...は繰り返し可能をあらわします。
記憶クラス指定子はauto,register,static,externのいずれか
全ての{}の外で変数を定義すると記憶クラスの規定値はextern(グローバル変数)になります。
関数の{}の中で変数を定義すると記憶クラスの規定値はauto(ローカル変数)になります。
必要に応じて記憶クラス指定子の指定や初期値の指定ができます。
変数定義の具体例を以下に示します。
/* [リスト6] 変数の定義 */
char c; /* 文字 */
int i; /* 整数 */
long x; /* 高精度整数 */
float a; /* 浮動小数点 */
unsigned int ja = 200, jb=100; /* 初期値ありの場合 */
基本的なタイプ
| char | 符号付 文字 |
| unsigned char | 符号なし 文字 |
| short | 符号付 短整数 (intと同じか小さな値しか保存できない) |
| unsigned short | 符号なし 短整数 |
| int | 符号付 整数 |
| unsigned int | 符号なし 整数 |
| long | 符号付 長整数 (intと同じかより大きな値を保存できる) |
| unsigned long | 符号なし 長整数 |
| float | 浮動小数点 |
| double | 倍精度 浮動小数点 (floatと同じかより広い範囲の値を保存できる) |
unsignedを付けると符号なし、付けないと符号ありになります。
符号ありであることを明確にしたい場合はsignedを付けることも可能ですが
あまり利用されません。
符号なしの整数は0と正の整数を格納することができます。
最大いくつまで格納可能かはCコンパイラによって異なりますので
Cコンパイラのマニュアルを確認する必要があります。
文字列型と言う型はありません。
文字列を変数に格納したい場合はcharの
配列、(またはwchar_tの配列; ただしルネサスのCコンパイラは対応していない)を使用します。
文字列のコピーには代入演算子ではなく、関数を使用することに注意してください。
配列のサイズは0を格納するため、文字数よりも1バイト余分に必要です。
[注意点] 格納できる範囲を超えた数値を変数に格納しようした時には、
エラーメッセージはでません。
(BASICインタプリタは動的にチェックしているのに対し、C言語ではノーチェックです。)
オーバーフローする可能性のある時は、演算結果をする前にオーバーフローしないことをチェックするプログラム、あるいは入力データの最大値を制限するリミッタープログラム
を追加する必要があります。
/* [リスト7] 変数の定義(文字列) */
char msg[20] = {"サンプル文字列"}; /* 最低15バイト必要 */
/* msgと言う char型の配列を作り、初期値を「サンプル文字列」とする。 */
定数とはプログラム実行時に変化しない数値、または文字などを表現するものです。
古いCではこの機能はマクロを使用して表現しましたが、現在のCではconstを
付けることで変数を定数として使用できます。
定数の簡略書式:
const タイプ 定数の名前 = 定数の値;
マクロの書式:
#define マクロの名前 マクロの値
1つのマクロを複数行にわたって書きたい場合は\(継続行)を使用します。
マクロは文ではないので最後にセミコロンは必要ありません。
/* [リスト8] マクロと定数の定義 */
define ABC 123 /* マクロ */
const char c = 'M'; /* 文字 */
const int i = 2; /* 整数 */
const long x = 3000L; /* 高精度整数 */
const float a = 3.14; /* 浮動小数点 */
ボラタイルは、IOに対してアクセスします。
あるいは割り込みルーチンやマルチタスク環境のタスクからアクセスされる変数に対して最適化を禁止します。
/* [リスト9] IOに対してアクセスする */
#define P1 (*(volatile unsigned char*)0xe1) /* ポートP1 レジスタ */
P1 = 0xff; /* IOに対して0xffを書き込む */
「16進でE1の整数を 最適化が禁止されたアドレスと解釈し、unsigned char型を指すポインタを想定する。
そのポインタの指し示す実体をP1と言うマクロとして定義する。 」
と言うふうに読みます。
なかなか難しいのですがIOを定義する場合のおまじない
として丸暗記してしまえばいいと思います。
整数をキャストしてポインタに変換した場合、CPUアドレスに
そのまま対応するかどうかはCコンパイラ、CPUの種類によって異なります。
C言語ではサイズの大きな構造体や配列などをやりとりする場合に
その値を直接渡すのではなくポインタで渡します。
初めてCを学習される方は難しいといわれる部分ですが、ハードの設計を
生業としている人間にはアドレスを抽象化したものといえばなんとなくわかるのでは
ないでしょうか?
一般的なCPUでアドレスは1byte(8bit)毎に割り振られた番地(番号)で表現されます。
それに対してポインタはアドレス空間のどこかを指し示すと言う意味ではアドレスと
同じですが、その番地は隠蔽されています。
C言語はCPUが変わっても、ソースファイルを変更しなくても済むようにするためにそのような仕組みがあります。
そのCPUが一番扱いやすいデータサイズであるintはCPUによって 2バイトの場合も
ありますし 4バイトの場合、それ以外の場合もあります。
intの配列を定義した際に、1つの要素が何バイトを占めるかは、CPUにより異なります。
配列の次の要素に移動するプログラムを書いたとして、CPUの種類毎にソースファイルを書き換えなければならいのでは、移植性に問題があります。
よってインクリメント時、ポインタが要素1つ分だけずれるようになっています。
ポインタの使用例を以下のリストに示します。
�．櫂ぅ鵐燭鯆蟲舛垢襪気い砲麓永婿劼虜犬�*をつけます。
�∧竸瑤虜犬�&(アドレス演算子)をつけるとその変数のポインタを取得することができます。ただしregisterやビット・フィールドでは使用できない。
��ポインタの左に*(間接参照演算子)をつけるとそのポインタが指し示す変数にアクセスできます。ただしポインタがNULL、寿命が終了した変数であってはならない。
/* [リスト10] ポインタの使用例 */
int a, *pa; /* ここではポインタpaはとんでも無い場所を指している */
long b, *pb; /* ここではポインタpbはとんでも無い場所を指している */
int *p2;
void main(); /* プロトタイプ宣言*/
void main()
{
pa = &a; /* ここで初めてpaがaのある場所を示すようになる */
pb = &b; /* ここで初めてpbがbのある場所を示すようになる */
a = 3; b = 2L;
/* pa = pb; NG!! 型の違うポインタは代入できない */
p2 = pb; /* ポインタは代入もできる。 pa,p2共にbの場所を示す */
*pa = 0; /* a = 0; と同じ */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
voidポインタは、指し示すオブジェクト(変数や関数)の型が未定のポインタです。
mallocなどのメモリーを確保する関数、あるいは1つのポインタを複数の異なるタイプに流用したい時に使用します。
実際にポインタが指しているオブジェクトに対して読み書きをする場合は、なに型のポインタなのか型を明確にするためキャストが必須です。
voidポインタとはまだなに型のポインタとして使用するか決めていないという意味であって、使用直前には決めなければということです。
/* [リスト12] メモリーの確保と開放をする */
#include <stdlib.h>
char *buf; /* char型のポインタbufの定義 */
void main(); /* プロトタイプ宣言 */
void main()
{
/* mallocはメモリーを確保してvoidポインタを返す */
buf = (char*)malloc(1024); /* ここでvoid型ポインタをcharポインタに変換 */
*buf = 5; /* bufの指す場所に書き込み */
free( buf ); /* メモリーの解放*/
while(1) ; /* 無限ループ */
}
同じタイプの変数を沢山集めて一括して処理をしたい場合は配列と言うものを
使用します。
C言語は配列の添え字の値を自動的にチェックしません。
array_a[3]と定義した場合は添え字([]の中の数字)の範囲は0〜2までです。
(添え字は0から始める事に注意)
添え字の値を負の値、あるいは3以上で書き込みをしてしまった場合は、予測不可能なアドレス領域を書き換えてしまい、CPU暴走の危険があります。
配列の使用例を以下のリストに示します。
/* [リスト13] 配列の使用例 */
int array_a[3]; /* 配列の定義 要素は3個 */
char array_b[4]; /* 要素は4個 (添え字は0〜3) */
array_a[0] = 25; /* 配列の始めの要素に代入 */
/* array_b[4] = 2; NG! (エラーメッセージは出ない) */
配列を指し示すポインタをインクリメントすると、
1つ後ろ(アドレスが大きくなる方向)の要素を指すようになり、ディクリメントすると1つ前の要素を指すようになります。
以下のソースファイルを用い、ステップ実行し、ポインタが指し示すアドレスを確認してみてください。
/* [リスト11] 配列とポインタの使用例 */
int *pa, *pb; /* ここではポインタpaはとんでも無い場所を指している */
int my_array[10]; /* intを10個持つ 配列を作る。 */
char *pc; /* pcはcharを指し示すポインタ */
char my_ch[4]; /* charを4個持つ配列(3文字までの文字列) */
void main(); /* プロトタイプ宣言 */
void main()
{
pa = my_array; /* 大括弧を外すと配列の先頭の要素の場所を返す。 */
pb = pa + 5; /* 5個分後ろに進めた場所 my_array[5]を指す */
pb--; /* 1個だけ戻す。 pbはmy_array[4]を指す */
pc = my_ch;
pc++; /* pcは1バイト移動(charは1バイト) */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
異なるタイプの変数を集め、まとめた変数を「構造体」といいます。
沢山の引数を関数に渡したい場合、ばらばらの状態では関数の呼び出しが大変です。
関連性が強い変数は構造体にまとめておき構造体のポインタを関数の引数にすると
便利です。
構造体の場合はまず構造体の要素がどのような型を持っているのかメンバー構成を決めて、その後で実体のある構造体を生成します。
構造体の要素に対して読み出し/書き込みをするには . (直接メンバ演算子/ドット演算子)を使用します。
現実のプログラムでは構造体を複数集めたもの(構造体の配列)をよく使います。
構造体の配列を指し示すポインタから、構造体の要素をアクセスしたい時には、
-> (間接メンバ演算子/矢印演算子)を使用します。
/* [リスト14] 構造体の使用例 */
struct my_tag
{
int a; /* my_tagの要素 a */
char b; /* my_tagの要素 b */
long c; /* my_tagの要素 c */
}; /* 構造体のタグを作る。セミコロンが必要 */
void my_func(*struct my_tag); /* プロトタイプ宣言 */
void main(void); /* プロトタイプ宣言 */
struct my_tag struct_x; /* 構造体の実体を作る */
/*何らかの処理*/
struct my_tag struct_y; /* タグは何回でも使用できます */
void main(void)
{
struct_x.a = -3; /* struct_xの要素aに代入 */
my_func(&struct_y); /* 構造体のポインタを関数の引数にする */
/* struct_y.bが10になっているはず */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
void my_func( *struct my_tag my_val )
{
my_val->b = 10; /* 構造体のポインタから要素を拾う場合は->を使用 */
}
C言語では表のように数多くの演算子が用意されています。
演算子の優先順位は表で上の方が優先順位が高くなっています。
演算子は優先順位が高いものが先に演算されますが、うら覚えの優先順位で
ソースを作成すると、誤りは発生しやすいので、できるだけ括弧をつかって優先順位を明確にした方がいいでしょう。
C言語では演算結果がオーバーフローになった場合に演算結果は不定になります。
常にオーバーフローにならないように処理が必要です。
(ただし無符号汎整数型は例外的に剰余となる)
() [] -> . | 優先順位のための括弧, 配列添え字演算子,
構造体ポインタ演算子, 構造体メンバ演算子 |
! ~ - ++ -- & *
(キャスト) sizeof |
論理否定演算子, ビット補数演算子, 単項マイナス演算子,
インクリメント,ディクリメント, アドレス演算子, 間接演算子
キャスト, sizeof演算子 |
* / % | 乗算,除算,剰余 |
+ - | 加算,減算 |
>> << | 右シフト,左シフト |
< <== > >= | 関係演算子 |
== != | 等価演算子 |
& | ビット演算子 AND |
^ | ビット演算子 XOR |
| | ビット演算子 OR |
&& | 論理積 |
|| | 論理和 |
?: | 条件演算子 |
= *= /= %= += -= &=
^= |= <<= >>= | 代入演算子 |
, | カンマ演算子 |
C言語は非常に豊富な演算子をもっていますが全てを暗記しなくても大丈夫です。
条件演算子,複合代入演算子はほとんど使いません。
C言語の式は数学の式に近く 代表的な2項演算子である加減乗除は以下のリストのように
して使用します。
式は右端にセミコロンをつけることで文となり実行可能になります。
式はC言語の要素ではありますがCPUが実際に読み込んで命令を実行させるためには、文になる必要があります。
/* [リスト15] 加減乗除 */
int a;
int b;
void main(); /* プロトタイプ宣言*/
void main()
{
a = 11 + 20; /* �� 11と20を加算してaに代入 */
b = 9 - 4 * 10; /* �� 4と10を乗算する。 9からその演算結果を減算して */
/* 結果をbに代入する。 */
}
C言語で面白い点は代入も演算子として扱われていることです。
代入演算子は = で表し、等しいかどうかの判断は == で表現します。 この区別は間違えやすいので注意してください。
全てのことを1:真/0:偽(YES/NOでも良い)で扱うのが「論理演算」
論理演算を扱う演算子として論理演算子があり、条件分岐や条件付ループなどで使用されます。
/* [リスト16] 論理演算子 */
int x=12;
void main(); /* プロトタイプ宣言*/
void main()
{
if( x>=10 || x>=20 )
{ /* xが10から20の範囲の場合に実行 */
/* 真の場合に実行する 何らかの処理 */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
while(1) ; /* 無限ループ */
}
論理演算に類似したものとしてビット演算がある。
論理演算は常に1ビットの演算を行うのに対して、ビット演算は、複数のビットに対し、まとめて処理を行う。
少し変わった演算子として、インクリメント、 ディクリメントがあります。
インクリメントとは1を加算すること。ディクリメントとは1を減算することですが、使用頻度が高いため、専用の演算子が用意されています。
/* [リスト17] ビット演算子、インクリメント、ディクリメント */
int a, b;
void main(); /* プロトタイプ宣言 */
void main()
{
a = ((7 & 2) | 256); /* 7と2のANDをとって、その結果に対して256をORする。 */
/* 結果をaに代入 (aは258になる) */
b = (a >> 1); /* aを1 bit右シフトして bに代入。 (bは129になる) */
a++; /* インクリメント (aは259) */
b--; /* ディクリメント (bは128) */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
C言語で型の異なる変数、定数を演算する場合は型を合わせる必要があります。
ある程度自動的に変換する機能がありますが明示的に変換しなければ
ならない場合もあります。 その場合に型を変換するのがキャストです。
一番良く使用するのがvoidポインタを使用する場合で、次に多いのが演算の精度が落ちないように明示的に変換する場合です。
(オーバーフローの防止)
/* [リスト18] 明示的な型の変換 */
int a, b;
float x;
void main(); /* プロトタイプ宣言 */
void main()
{
a = 3; b = 2;
x = (float)a / (float)b; /* aとbの型は同じだが先に浮動小数点に */
/* 変換しておかないと精度が落ちる */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
C言語の文には以下のようなものがあります。
- ラベル付文
- 式文
- 複文
- 制御文
ラベル付文
switch文の中で分岐先のラベルをつけた文。
C言語の文法にはgoto文も残っていてgotoのとび先としての
ラベル文もありますがgoto文は過去の遺物なので使用しないこと。
式文
式に対して最後にセミコロン(;)を付けると文となります。
複文
文法上 1つの文しか記述できない場所に2つ以上の文を入れたい場合に、それらの文を中括弧でくくって1つの分と同等な扱いとするもの。
たとえばif文で真の場合に実行したい文は1つしか指定できないので、2個以上の文を使用したい場合は{}でくくる。
制御文
現代のプログラムは大部分をC言語で記述しますが、ほんのわずかだけCのソースの
中にアセンブリ言語を混在させることができると便利な場合があります。
それを実現するのがasm宣言です。
これは多用すると移植性を低下させるので使用は最小限でなければなりません。
(ANSI C規格外)
まとまった分量のアセンブリ言語が必要な場合はアセンブラのソースとして
独立させた方がいいでしょう。
使用頻度が高いのは、あるレジスタとあるレジスタのアクセスの間隔に、どうしてもNOPが必要な場合とか、ある短い間だけ割り込みを禁止したい場合です。
ソースの書き方は関数に似ていますが宣言です。
/* [リスト19] アセンブリ言語を埋め込む */
void main(); /* プロトタイプ宣言 */
void main()
{
asm(" NOP"); /* アセンブリ言語 NOP を入れる */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
C言語の標準ライブラリを使用するには、準備としてプロトタイプ宣言の書かれたファイルをインクルードする必要があります。
/* [リスト20] ライブラリ関数の使用準備 */
#include <string.h> /* 標準インクルードファイル */
#include "islib.h"; /* 自分で作ったインクルードファイル */
標準ライブラリの場合はコンパイラが決めた場所にファイルがあるので
<>で囲みます。
アプリケーション固有のインクルードファイルは通常""で囲み、カレントディレクトリからの相対パス、または絶対パスで指定します。
関数を作るほど複雑な機能ではないが、頻繁に繰り返し使用するコード
がある場合は関数の代わりにマクロを使います。
I/Oを直接アクセスする場合に便利です。
/* [リスト21] 引数付のマクロ */
/* P16に接続したLED1をマクロで制御 */
#define P1 (*(volatile unsigned char*)0xe1) /* ポートP1 レジスタ */
#define PD1 (*(volatile unsigned char *)0xe3) /* ポートP1 方向レジスタ */
#defien LED1(d) {if((d)!=0) P1=(P1 | 0x40); else P1=(P1 & 0xbf);}
void main(void); /* プロトタイプ宣言 */
void main()
{
PD1 = 0xd4; /* P1_7, P1_6, P1_4, P1_2は出力 */
P1 = 0; /* P1を初期化 */
LED1(1) /* LED1を'H'にする */
LED1(0) /* LED1を'L'にする */
while(1) ; /* 無限ループ */
}
ライブラリ関数などベンダによって名称が違う場合があります。
使用するCコンパイラにあわせて関数名を置換させたい場合はマクロを使用すると便利です。
関数とはC言語のプログラムを構成する単位の1つ。
C言語ではステートメントと関数の区別はなく、1個以上の関数の集まりで構成されます。
通常は意味のある小さな単位を関数として独立させ、関数単位でデバッグや保守ができるようにします。
最低限必要な関数はmainであり、それ以外の関数は予約語と重複しない範囲で自由に名前を決めることができます。
全てのプログラムをmain関数の中に押し込めてしまう方法は俗に「スパゲッティ」と呼ばれ、
制御構造がわかりずらく、保守が困難になるので望ましくありません。
関数の大きさはソースファイルをティスプレイに表示した際に1ページ〜3ページ程度の大きさに揃えるのが理想です。
引数とは呼び出し元の関数が、呼び出し先の関数に渡す、0個以上の値のセットです。
返り値とは関数実行の結果として、呼び出し元の関数に引き渡す値です。
返り値は1個またはなしのいずれかです。
C言語は関数を使用する前(ソースファイルで上方)に関数の宣言をする必要があり、これをプロトタイプ宣言といいます。
プロトタイプ宣言では関数の実体は生成されずに、関数の入出力にあたる部分の型を決めます。
厳密に言えば返り値と引数が共にintである場合はプロトタイプ宣言が省略できる規則ですが、これは昔のCとの互換性のためですので新規に作成するソースでは全ての関数にプロトタイプ宣言を用意しましょう。
簡略書式:
返り値の型 関数名(引数の型[, 引数の型...] );
[]は省略可能であることを表します。
...は繰り返すことが可能であることを表します。
引数や返り値に構造体、配列を指定すること、2つ以上の返り値を返すことはできません。
2つ以上の値を返したい場合は1つの構造体または配列にまとめてそのポインタを返すようにします。
沢山のグローバル変数に値を入れると言う手法はプログラムが大きくなるにしたがいバグの温床になるのでできれば避けたい所です。
複数のファイルからなるプログラムにおけるプロトタイプ宣言は、インクルードファイルにまとめます。
テストプログラムなどわずかな行数、1つのファイルで全てが完結する場合は、別のインクルードファイルにしないでソースファイルの先頭の方で定義した方が簡単です。
C言語ではvoidという予約語をよく使用します。
voidとは直訳で空、または無効という意味があります。
プロトタイプ宣言で引数がない、あるいは返り値がない場合は voidと記述します。
またどのタイプの変数でもポイントできるポインタはvoid型と言います。
何も無いという意味で使用する場合と 何にでも使用できるという2つの
意味で使用されるのでまぎらわしいです。
関数の実体を生成するには以下の書式を使用します。
簡略書式:
[記憶クラス] 返り値の型 関数名(引数の型 仮引数 [, 引数の型 仮引数...] );
{
変数や構造体のタグの定義
文
...
[return 返り値;]
}
[]は省略可能であることを表します。
...は繰り返すことが可能であることを表します。
return文が実行された場合、そこで関数は終了され返り値が呼び出し元の
関数に渡されます。
返り値をvoidとした場合はreturn文を省略するか return; とします。
C言語の場合は実行可能な文の後ろに
ローカル変数の定義ができないことに注意してください。
(実行文の途中で変数の定義はできない。)
仮引数を変更することは可能ですが仮引数は関数の終了と共に破棄されます。 (auto/register扱い。)
main関数で返り値を返すとそれはOSに引き渡されます。
OSが存在するシステムにおいてはmainの返り値に意味がありますが、OSが存在しないのであればmainの返り値はvoidで良いと思います。
(蛇足ですがパソコンのプログラムでは通常return文ではなく、exit関数で返り値をOSに渡します。 なぜならばexit関数は返り値を渡すだけではなく、いろいろな後かたづけもしてくれるからです。)
Cの関数は引数の数はプロトタイプ宣言で定義された数に固定されています。
(printfのように特殊な記述方法を用いれば引数の数を可変できますが、話が複雑になるのでここではおいておきます。)
返り値ありの関数を返り値を受け取らないで使用することもできます。
引数が無くても括弧は省略できないことに注意してください。
文とするために最後にセミコロンが必要です。
関数の呼び出し 簡略書式:
変数 = 関数名( 引数A [,引数B] ); /* 引数と返り値を使用する関数 */
関数名( 引数A [,引数B] ); /* 引数ありで返り値を使用しない関数 */
関数名(); /* 引数と返り値を使用しない関数 */
スタートアップ終了後に呼び出される関数はmainという名前の関数です。
(main関数は必須であり、main以外の名前にすることはできません。)
パソコンの場合はOSからアプリケーションに対して渡される引数がありますが
組み込みの場合はこの引数は開発環境に依存します。
OSを使用しない組み込みソフトの場合において main関数は終了しないようにします。
main関数は終了しないので返り値も意味がありません。
mainのプロトタイプ宣言は void main(void); で良いでしょう。
条件判定によって2つの文のいずれかを実行する制御構造です。
判定が真の時にはifとelseの間の文を実行し、判定が為の時はelseの次の文を実行します。
判定結果により実行したい文が2つ以上であるときは{}で囲みます。
判定が真の時ある文を実行し、判定が為の時にはその文を実行しない時にはelse節を省略できます。
判定と書かれた部分には通常、論理演算子を使用した式を用いますが、結果が整数になる式であれば使用可能です。 計算結果が1ならば真、0ならば為と判断されます。
簡略書式: (複文を使用しない場合)
if(判定) 判定が正しい場合の処理 [else 判定が正しくない場合の処理]
簡略書式2: (複文を利用する場合、 else節あり)
if(判定)
{
判定が正しい場合の処理
} else {
判定が正しくない場合の処理
}
簡略書式3: (複文を利用する場合、 else節なし)
if(判定)
{
判定が正しい場合の処理
}
caseの右に書く定数は同じ物が2つ以上あってはなりません。
(定数は1つのswitch文内で重複しないこと。)
breakは{}で囲んだ範囲(ブロック)を抜け出すという意味で、breakは必須ではありませんが無い場合は流れが変わるので注意が必要です。
1つのcaseに対応する文が2つ以上あっても、複文にする必要はありません。
簡略書式:
switch(整数式)
{
case 定数A: [定数Aに一致した場合に実行する文
[break;]]
case 定数B: 定数Bに一致した場合に実行する文
[break;]
[default: いずれの定数にも一致しなかった場合に実行する文]
}
変数をある値からある値までインクリメント(またはディクリメント)してゆき、
ある値まで来たら終了と言うように、決められた回数で同じ処理を繰り返す時に使われることが多いです。
ただし 初期化処理、判定、更新処理いずれも文であれば何でも使用可能であるため、
変則的な使われ方もされています。
更新処理の最後にはセミコロンが付かない事に注意してください。
()の中は文ではなく、式3つがセミコロンで区切られていると考えます。
繰り返したい処理は1つの文です。 2つ以上の文を繰り返したい場合は複文にします。
ヒント:
変数初期化, 条件式, 変数更新は通常1つの式を指定しますが
カンマ演算子を使用すると2つ以上の式を組み合わせて使用することが
できます。
簡略書式: (複文を使用しない場合)
for(初期化処理; 判定; 更新処理) 繰り返したい処理
簡略書式2: (複文を使用する場合)
for(初期化処理; 判定; 更新処理)
{
繰り返したい処理
...
}
for文はwhile文に置き換えることが可能です。
for文は指定された回数で繰り返す場合に見やすい書き方を提供するために
用意された文法と考えることができます。
/* [リスト22] for文はwhile文に置き換える事ができる */
int i;
void main(void);
void main()
{
/*-------- forを使った書き方 */
for( i=1; i<=10; i++ )
{ /* iを1から10まで変化させる */
; /* 何か繰り返したい処理 */
}
/*-------- whileを使った書き方 */
i = 1;
while( i<=10 )
{ /* iを1から10まで変化させる */
; /* 何か繰り返したい処理 */
i++;
}
while(1) ; /* 終了させないための無限ループ */
}
繰り返す範囲の先頭で条件判断を行い、判定が真である限り繰り返す
制御構造です。
{}の中でcontinue文を実行すると、そこよりも後の文を実行しないで判定の部分に戻ります。
{}の中でbreak文を実行すると、そこよりも後の文を実行しないで{}の外(}の直後の文)に脱出します。
判定と書かれた部分には通常、論理演算子を使用した式を用いますが、結果が整数になる式であれば使用可能であり、計算結果が1ならば真、0ならば為と判断されます。
簡略書式: (複文を使用しない場合)
while(判定) 繰り返したい処理
簡略書式2: (複文を使用する場合)
while(判定)
{
繰り返したい処理
...
}
繰り返す範囲の最後で条件判断を行い、判定が真である限り繰り返す
制御構造です。
判定は式なのでセミコロンは付けない。
while(判定)の後ろにセミコロンが必要。
繰り返したい処理が2つ以上の文である場合は複文にする。
判定と書かれた部分には通常、論理演算子を使用した式を用いますが、結果が整数になる式であれば使用可能であり、計算結果が1ならば真、0ならば為と判断されます。
{}の中でcontinue文を実行すると、そこよりも後の文を実行しないで判定の部分に戻ります。
{}の中でbreak文を実行すると、そこよりも後の文を実行しないで{}の外に脱出します。
簡略書式: (複文を使用しない場合)
do 繰り返したい処理 while(判定);
簡略書式2: (複文を使用する場合)
do
{
繰り返したい処理
...
} while(判定); /* ここにセミコロンが必要な事に注意 */
海外で開発されたCコンパイラは、日本の文字列(リテラル)が使えないものが多いです。 今後 EUC,ユニコードの普及により、国際化に対応したコンパイラが多くなると思われます。
ひどい物ですと、コメントの部分に日本語を使用しただけでコンパイル・エラーになるものもあります。 このようなコンパイラの購入は避けた方が賢明でしょう。
文字列を格納する変数ですが従来はchar型の配列にシフトJISコードで
格納する方法が一般的でした。
ANSI Cでは国際化に対応した文字を格納する型、wchar_t型(ワイド文字)ができたので今後はwchar_t型の配列に文字列を格納するやりかたが普及すると思われます。
本ページではCの標準ライブラリについては説明はしませんでした。
組み込みで使用可能なライブラリ関数は文字列の分類、変換関係(string,ctype)でしょうか?
それ以外の部分、たとえば標準IO(stdio)についても、コンソール相当のハードが実際になければならないとか、アセンブラのサンプルソースを直さなければならないとか
結構大変です。
簡単な組み込みソフトの場合はライブラリなしで作る場合もあります。
(PC用のアプリを普段、書いている方はおどろくかもしれません。)
- ANSI
- C言語の規格といえばANSI Cですが英語なのでなかなか敷居が高いです。
英語に自身のある方はどうぞ。
- JIS
- C言語の規格はJISにもなっています。 日本語なのでANSI Cよりも
敷居は低くなります。 JISの文章はいまひとつ読みにくいのですが...
日本規格協会で購入することも可能ですし、
JIS規格の書籍を購入しても良いでしょう。
- Turbo C++のマニュアル
- MS-DOSの時代は私も良く使いました。
Borland社のマニュアルはC言語の解説の部分も良くできています。
Turbo C++をかつて使っていた友人などからゆずり受けて読むといいかもしれません。
- ANSI C/C++辞典 (共立出版株式会社)
- 辞書形式でC言語、プログラミング一般的なことが書かれています。
エンジニアが手元に置いておいてわからないことがあった場合に引きながら
仕事をするのに便利です。
- その他の書籍
- 「電子工作関連書籍」を参照ください。
本webデータに対して許可のない 複製・譲渡はお断りします。
本webにリンクを張る場合 許可は必要ありません。
--- Copyright N.Kojima 2005〜2009 ---
[ ホーム(総目次) ]
→ [ 言語 ]
→ [ C言語(本ページの先頭) ]
組み込みのためのC言語