Cygwinでデバッグ/例題の履歴(No.6)

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- 1 (2011-12-16 (金) 00:05:46)
- 2 (2011-12-16 (金) 01:37:26)
- 3 (2012-07-06 (金) 02:51:40)
- 4 (2012-07-11 (水) 01:10:00)
- 5 (2012-10-25 (木) 01:46:38)
- 6 (2013-11-08 (金) 15:23:05)
- 7 (2013-11-12 (火) 16:18:47)
- 8 (2016-11-10 (木) 20:38:04)
- 9 (2016-11-11 (金) 13:20:50)

Cygwinでデバッグ

例題
問
問題分割の方法
位取り
if/else の使い方と return の使い方
考察せよ
間違いを直せ

例題†

例題を思いつくまま書き連ねてみます。

↑

問†

```
#include <stdio.h>
```
の "stdio" の読み方を記せ。

以下のプログラムを読んで、次の問に答えよ。

#include <stdio.h>

int five_times(int x) {  /* (1) */
    x *= 5;              /* (2) */
    return x;            /* (3) */
}

int main(void) {
    int x = 5;                      /* (4) */
    int y = 10;                     /* (5) */
    
    printf("%d\n", five_times(x));  /* (6) */
    printf("%d\n", five_times(x));  /* (7) */
    printf("%d\n", five_times(y));  /* (8) */
    printf("%d\n", five_times(y));  /* (9) */
    return 0;
}

(3) で返される x の変数と同じものは (1)〜(2), (4), (6), (7) のうちどれであるか。
(2) で x の値は５倍になるが、(6) と (7) の表示は同じになるか。
(2) で x の値は５倍になるが、(8) と (9) の表示は同じになるか、それともコンパイルエラーになるか。

↑

問題分割の方法†

底辺 b, 高さ h の三角形を考える。ただし b, h ともに整数で、10≦b≦20, 10≦h≦20 の範囲をとるものとする。この中で、面積が 70 以上 100 以下になるものの数を数えたい。次の指示に従って、プログラムを完成させなさい。

底辺 b, 高さ h の三角形の面積を返す関数 double triangle(int b, int h) を作りなさい。
main() 関数で、底辺5, 高さ5 の三角形の面積を、関数 triangle() を用いて計算し、printf() で表示しなさい。正当な値が表示されることも合わせて確認しなさい。
main() 関数を作り直して、底辺 10〜20, 高さ 10〜20 の範囲の三角形の面積をすべて表示するようにしなさい。for ループが２重の入れ子になることを期待している。
（内側の）ループの中に if 文を追加して、三角形の面積が 70〜100 の場合のみ、表示するように変更しなさい。
数を数えるための変数 int count を main() 関数の中で宣言し、これを利用して三角形の面積が 70〜100 となるものの数を数えなさい。
main() 関数の最後で「条件を満たす三角形は x 個あります。」と表示しなさい。
ループ内の printf() をコメントにしなさい。消さずにコメントで残しておくのがよい。

ねらい
- 複雑な動作をするプログラムを、一気に完成させるのは難しい。
- 効率よくプログラムを作るには、小さなパーツに分解して、計算結果を表示させるなどして、少しずつ動作を確認しながら完成させるとよい。
- しかし、どのように問題を分解して、小さなパーツに分ければよいのか、一口に説明するのは難しい。上記のような誘導がひとつの参考になる。
- 三角形の面積計算を関数に独立させる有難みがわからない人は、a と b の最大公約数が 10〜20 になるような (a, b) の組みの数を求めるプログラムを作ってみるとよい。

↑

位取り†

次のような場合の時刻を表示せよ。時刻は 12:34:56 のような形式（24時間制）で表示するとする。（解答例は hms.c）

(例) ある時計台では、７時〜21時の間、毎時0分に時報が鳴る。時報の鳴る時刻を表示せよ。
- 出力例
```
 7:00:00
 8:00:00
 9:00:00
10:00:00
...
20:00:00
21:00:00
```
- プログラム例
```
int i;
for (i=7; i<=21; i++) {
    printf("%2d:00:00\n", i);
}
```
ある駅では、7時から21時30分まで、30分おきに電車が出発する。電車が出発する時刻を表示せよ。
- 出力例
```
 7:00:00
 7:30:00
 8:00:00
 8:30:00
...
21:00:00
21:30:00
```
ある駅では、7時から、30分おきに1本ずつ、合計14本の電車が出発する。電車が出発する時刻を表示せよ。
ある駅では、7時から、30分おきに1本ずつ、合計15本の電車が出発する。電車が出発する時刻を表示せよ。
- プログラムのヒント（途中まで）
```
   int i, h=7, m=0, s=0;

   for (i=0; i<15; i++) {
       printf("%2d:%02d:%02d\n", h, m, s);
       m = m + 30;
       ...
```
ある駅では、7時から、35分おきに1本ずつ、合計15本の電車が出発する。電車が出発する時刻を表示せよ。
ある駅では、7時から、65分おきに1本ずつ、合計15本の電車が出発する。電車が出発する時刻を表示せよ。
ある駅では、7時から、65分おきに1本ずつ、合計20本の電車が出発する。電車が出発する時刻を表示せよ。
　
深夜の宿直の交代は 20時から始まって3時間ごとで、翌朝8時まで続く。交代の時刻を表示せよ。
20時から翌朝8時までの宿直の間、50分ごとに冷蔵庫の庫内温度を記録する。記録すべき時刻を出力せよ。
- 出力例
```
20:00:00
20:50:00
21:40:00
....
```
20時から翌朝8時までの宿直の間、50分ごとに冷蔵庫の庫内温度を記録する。50分ごとにアラームの鳴る時計を利用したが、精度不良のため、実際には49分51秒ごとに記録していた。記録していた時刻を出力せよ。
- 出力例
```
20:00:00
20:49:51
21:39:42
....
```

↑

if/else の使い方と return の使い方†

ある通信会社のデータ通信の毎月の料金プランは次のようになっている。

契約をした時点で1000円の基本料金が発生する。また、1000MB まで追加料金なしで通信できる。
通信量が 1000MB を超えると、超えた通信量に対して1MB あたり2円の従量が加算される。
ただし、通信量が 3000MB を超えると、基本料金を含めて5000円の定額となる。

通信量 x(MB) に対する課金額を計算する関数を次の２通りの処理方法で作りなさい。

int fee1(int x) では return を１度だけ使いなさい。なお、else if と x 以外の変数を使ってよい。
int fee2(int x) では return を複数回使ってよいが、else if を用いてはならない。x 以外の変数も用いてはならない。

なお、x として負の通信量が与えられた場合は、エラーを表すために -1 を返しなさい。

main関数では、0MB, 1000MB, 3000MB のような、条件の境界となる通信量に対して、関数の値が正しいか確認しなさい。また、-1000MB〜5000MBの通信量に対して、fee1(), fee2() が同じ値を返すことも確認しなさい。

このように、関数１つを取り出して動作チェックを行う手法を「ユニットテスト」と言う。

↑

考察せよ†

次の２つのプログラムの違いを考察せよ。

(1)

for (i=0; i<10; i++) {
   printf("接点番号 %d のｘ座標は %d で、ｙ座標は %d です。\n", i, point_x[i], point_y[i]);
}

for (i=0; i<10; i++) {
    printf("接点番号 %d のｘ座標は %d で、ｙ座標は %d です。\n",
           i, point_x[i], point_y[i]);
}

(2) （デバッグライト (debug write) として）

printf("%d\n", i);
printf("%d\n", a[j]);

printf("i=%d\n", i);
printf("a[%d]=%d\n", j, a[j]);

(3)

int a[10];
int sum = 0;
...
for (i=0; i<=9; i++) {
    sum += a[i];
}

int a[10]
int sum = 0;
...
for (i=1; i<=10; i++) {
    sum += a[i-1];
}

(4)

int a[10], b[10];
...
for (i=0; i<10; i++) { a[i] = i; }
for (i=0; i<10; i++) { b[i] = b[i] + a[i]; }

int a[10], b[10];
...
for (i=0; i<10; i++) {
    a[i] = i;
    b[i] = b[i] + a[i];
}

次の場合について、２つのループを１つに統合できるのか考察せよ。

今回のケースに限った場合
一般の場合（いつでも）

↑

間違いを直せ†

(1)

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 5;

    printf("5x^2 + 3x + 1 = %d\n", 5x*x + 3x + 1);
    return 0;
}

ちなみに、コンパイル時に以下のようなエラーが出る。

$ gcc -Wall hoge.c
hoge.c:6:37: error: invalid suffix "x" on integer constant
hoge.c:6:44: error: invalid suffix "x" on integer constant

(2)

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    int x = 5, y = 7;

    printf("原点と (%d,%d) の距離は %g です。\n",
           x, y, sqrt(x ^ 2 + y ^ 2));
    return 0;
}

ちなみに、コンパイル時には警告も出ないが、実行結果は以下のようになる。原点からの距離は本当は５よりも大きいことに注意。

原点と (5,7) の距離は 3.74166 です。

(3)

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int i, a = 5;

    for (i=0; i<10; i++) {
        if (a = i) {
            printf("a=%d と i=%d は等しい\n", a, i);
        }
    }
    return 0;
}

ちなみに、コンパイル時に以下のような警告が出る。

$ gcc -Wall hoge.c
hoge.c: In function ‘main’:
hoge.c:7: warning: suggest parentheses around assignment used as truth value
(hoge.c:7: 警告: 真偽値として使われる代入のまわりでは、丸括弧の使用をお勧めします)

そのまま実行すると、次の出力のようになる。

$ ./a.exe
a=1 と i=1 は等しい
a=2 と i=2 は等しい
a=3 と i=3 は等しい
a=4 と i=4 は等しい
a=5 と i=5 は等しい
a=6 と i=6 は等しい
a=7 と i=7 は等しい
a=8 と i=8 は等しい
a=9 と i=9 は等しい

(4)

#include <stdio.h>

int five_times(int x) {
    return x * 5;
}

int main(void) {
    int y = 3;

    printf("%d\n", five_times(int y));  /* 15 が表示されるようにしたい */
    return 0;
}

ちなみに、コンパイル時に以下のようなエラーメッセージが出る。

$ gcc -Wall hoge.c
hoge.c: In function 'main':
hoge.c:10: error: expected expression before 'int'
hoge.c:8: warning: unused variable 'y'

(5)

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int i, max, min;
    int a[10];

    for (i=0; i<10; i++) {
        printf("%d 個めのデータを入力して下さい >> ", i+1);
        scanf("%d", &a[i]);
    }

    for (i=0; i<10; i++) {
        if (min < a[i]) {
            min = a[i];
        }
        if (max > a[i]) {
            max = a[i];
        }
    }
    printf("データの最大値は %d です。\n", min);
    printf("データの最小値は %d です。\n", max);
    return 0;
}

ちなみに、コンパイル時に以下のような警告が出る。

$ \gcc -Wall -O hoge.c
hoge.c: In function 'main':
hoge.c:4: warning: 'min' may be used uninitialized in this function
hoge.c:4: warning: 'max' may be used uninitialized in this function

実行例は以下のようになる。

$ ./a.exe
1 個めのデータを入力して下さい >> 2     
2 個めのデータを入力して下さい >> 4
3 個めのデータを入力して下さい >> 6
4 個めのデータを入力して下さい >> 8
5 個めのデータを入力して下さい >> 6
6 個めのデータを入力して下さい >> 4
7 個めのデータを入力して下さい >> 2
8 個めのデータを入力して下さい >> 0
9 個めのデータを入力して下さい >> -5
10 個めのデータを入力して下さい >> 10
データの最大値は 10 です。
データの最小値は -1074566468 です。

(6)
```
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int i, sum = 0;

    for (i=1; i<=10; i++);
    {
        sum = sum + i;  /* 1〜10 までの和を求める */
    }
    printf("sum = %d\n", sum);
    return 0;
}
```
ちなみに、コンパイル時には警告もない。実行すると "sum = 11" と表示される。ヒント：ブロック開始の { を行末に書くと、このような間違いに悩まされずにすむ。

(7)

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int i, a[10];

    for (i=1; i<=10; i++) { a[i] = i * i; }
    for (i=1; i<=10; i++) { a[i] = a[i] + a[i-1]; }
    for (i=1; i<=10; i++) { printf("%d\n", a[i]); }
    return 0;
}

ちなみに、コンパイル時にも、実行時にもエラーはでない（こともある）。

(8)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void) {
    int i;

    for (i=0; i<10; i++) {
        srand(time(NULL));
        printf("%d\n", rand());  /* 毎回異なる値を表示させたい */
    }
    return 0;
}

ちなみに、実行すると以下のように同じ値が10回表示される。

Cygwinでデバッグ/例題 の履歴(No.6)