第 3 章 : 変数とデータ型

C 言語では数値や文字などのデータを保持しておく変数を用いることができます。また、変数およびデータには、そのデータの種類を定める型(type)があります。

C言語で用いる主なデータ型を以下の表に示します。

型名	説明
`char`	8 ビットの整数値(127~-128)を表す。通常はその値を文字コード(ASCII)とする文字('a', '2', '@'など)を表すのに使用される。
`int`	32 ビットの整数値 (2147483647 ~ -2147483648) を表す。(実習室の環境の場合)
`unsigned char`	8 ビットの符号なし整数値 (0 ~ 255) を表す。
`unsigned int`	32 ビットの符号なし整数値 (0 ~ 4294967295) を表す。
`float`	32 ビットの浮動小数点数(指数部 8 ビット, 仮数部 23 ビット)を表す。最大値 (約) \(3.40\times 10^{38}\) ~ (正の)最小値 (約) \(1.18\times 10^{-38}\), 有効桁数 6 桁程度
`double`	64 ビットの浮動小数点数(指数部 11 ビット, 仮数部 52 ビット)を表す。最大値 (約) \(1.80\times10^{308}\) ~ (正の)最小値 (約) \(2.20\times 10^{-308}\), 有効桁数 15 桁程度

変数の宣言・変数への代入

例題 3-1 : 変数の宣言と値の代入

次のプログラムは変数を用いたデモプログラムです。変数を用いるときは、型と変数名を指定して宣言します。宣言した変数には値を代入することができます。

variables1.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
  // (1) 変数の宣言
  char character;
  int i, num;
  double temperature;

  // (2) 変数への値の代入
  character = 'z';
  i = 42;
  num = i + 10;   // num <- 52 (= 42 + 10)
  temperature = -3.4;

  // (3) 変数の値の表示
  printf("%c\n", character);  
  printf("%d\n", i);
  printf("%d\n", num);
  printf("%f\n", temperature);

  return 0;
}

プログラムの説明をしていきます。

変数を用いる際には、まず変数の型(データ型)と変数名を示して宣言する必要があります。

  // (1) 変数の宣言
  char character;
  int i, num;
  double temperature;

これにより、char 型の変数 character と、int 型の変数 i および num、 double 型の変数 temperature が使えるようになりました。なお、変数を宣言しただけではその変数の値は不定となります。

変数へ値を代入するときは代入演算子 = を使います。

  // (2) 変数への値の代入
  character = 'z';
  i = 42;
  num = i + 10;
  temperature = -3.4;

代入演算子 = の左辺には、代入先となる変数を置き、右辺には代入する値や式を持ってきます。

character = 'z'; が実行されると、char 型の変数 character に 1 文字の値 'z' が代入されます。同様に i = 42; が実行されると、int 型の変数 i に整数値 42 が代入されます。

代入演算子の右辺に式を持ってくることもできます。 num = i + 10; を実行すると、まず右辺の足し算が計算されます。いま、変数 i には 42 が代入されているので、i + 10 の計算結果は 52 となります。この計算結果の値が、変数 num に代入されます。

変数の値を表示するには printf を用いるとよいです。 printf 関数の詳しい使い方については 4 章で説明します。

  // (3) 変数の値の表示
  printf("%c\n", character); // char 型の変数 character の値を文字として表示 
  printf("%d\n", i);         // int型の変数 i の値を10進数表示で表示
  printf("%d\n", num);       // int型の変数 num の値を10進数表記で表示
  printf("%f\n", temperature);  // double型の変数 temperature の値を浮動小数点数として表示

プログラムの実行結果を示します。上から順に char 型の変数 character、int 型の変数 i、num、double 型の変数 temperature の値が表示されます。

端末

例題 3-2 : 変数の宣言時での代入(初期化)

変数の宣言時と同時に変数の値を代入することもできます。これを変数の初期化といいます。変数の初期値が決まっている変数に対しては、変数の初期化を行うとよいでしょう。

変数の初期化を用いたプログラムを示します。

variables2.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
  // 変数の宣言時に値を設定
  char character = 'P';
  int num = -57;
  double temperature = 12.34;

  printf("%c\n", character);  
  printf("%d\n", num);
  printf("%f\n", temperature);

  return 0;
}

プログラムの実行結果を示します。

端末

P
-57
12.340000

例題 3-3 : 代入による変数の上書き

変数への代入は 1 度だけでなく複数回行うことができます。

次のプログラムでは、int 型の変数 i と j に対して、変数宣言時に初期化を行った後、それぞれの変数に対して 2 回代入を行っています。初期化、1 回目の代入、2 回目の代入それぞれが行われた直後で変数 i と j の値がどのように変化しているか、プログラムを実行して確かめてください。

variables3.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
  // (1) 初期化
  int i = 10;
  int j = 20;
  printf("(1) initializations \n");
  printf("i = %d\n", i);  
  printf("j = %d\n", j);

  // (2) 代入
  i = 30; 
  j = i; 
  printf("(2) assignments \n");
  printf("i = %d\n", i);  
  printf("j = %d\n", j);

  // (3) さらなる代入
  i = i + 2;   // i <- 32 (= 30 + 2)
  j = 3 * j;    // j <- 90 (= 3 * 30)
  printf("(3) more, \n")
  printf("i = %d\n", i);  
  printf("j = %d\n", j);

  return 0;
}

プログラムの実行結果を示します。変数 i と j の値がどのように変化しているか、プログラムと対応させて確認してください。

端末

(1) initializations
i = 10
j = 20
(2) assignments
i = 30
j = 30
(3) more,
i = 32
j = 90

さて、2 回目の代入では代入演算子 = の左辺と右辺に同じ変数が現れています。

  // (3) さらなる代入
  i = i + 2;
  j = 3 * j;

このような場合は、代入が行われる前の変数の値を使って右辺の式が評価され、その値が、左辺の変数に代入されることになります。例えば、i = i + 2; が行われる前では、i には値 30 が格納されていますが、 i = i + 2; が実行されると i の値は 32 となります。

なお、このプログラムの処理の流れをフローチャートで示すと、以下のようになります。

flowchart

例題 3-4 : キャストによる型の変換

変数への代入を行うときは、左辺の変数と右辺の値のデータ型が一致している必要があります。

int 型の変数に double 型の値を代入したり、逆に double 型の変数に int 型の値を代入したりしようとする場合は、キャストと呼ばれる機能を用いて、一時的にデータの型を変換します。

次のプログラムは、キャストによって、int 型の値を double 型に変換したり、その逆を行っています。

cast.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
  int i = 256;
  double x = -12.34;
  double d_i;
  int i_x;

  // (1) int 型の値を double 型に変換
  d_i = (double)i;
  printf("i   = %d\n", i);
  printf("d_i = %f\n", d_i);

  // (2) double 型の値を int 型に変換
  i_x = (int)x;
  printf("x   = %f\n", x);
  printf("i_x = %d\n", i_x);

  return 0;
}

(1) の d_i = (double)i での代入では、 int 型の変数 i の値を double 型に変換して d_i に代入しています。

一方、(2) の i_x = (int)x での代入では、double 型の変数 x の値 -12.34を int 型に変換して i_x に代入しています。この時、小数点以下は切り捨てられ、整数値 -12 が i_x に代入されます。

プログラムの実行結果を示します。

端末

i   = 256
d_i = 256.000000
x   = -12.340000
i_x = -12

演習

演習 3-1

プログラム semicircle.c は半径 r の半円の面積を求めて表示するプログラムです。このプログラムは次のフローチャートをもとに作成しました。

プログラム中、変数 r の値を自分が好きな実数値に変更して、プログラムを実行し、動作結果を確認してください。

semicircle.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
  double r, area;

  r = 3.0; // この値を変更する。

  area = 3.14 * r * r / 2;

  printf("The area of semicircle of ");
  printf("radius %f is %f.\n", r, area);

  return 0;
}

演習 3-2

以下に示すプログラムは、初項 \( a_1 = 1 \)、漸化式 \( a_{n+1} = 2 a_n + 1\ (0 \le n) \) で定まる数列 \(a_n\) を初項から第 10 項まで計算して表示するプログラムです。プログラムを実行して、動作結果を確認してください。

sequence.c

#include <stdio.h>

#define N_MAX 10

int main(void) {

  int n = 1;
  int a = 1;

  do {
    printf("n = %d : %d\n", n, a);
    a = 2 * a + 1;
    n++;
  } while (n <= N_MAX);

  return 0;
}

このプログラムの処理の流れをフローチャートで示すと以下のようになります。

プログラミング基礎