データの基本型

キーワード(予約語)(Keywords)

「キーワード」はC++コンパイラに対して，データ型や命令文の意味を持ち，ユーザはこれを識別子としては使えない．C++のキーワードには以下のものがある．覚える必要はないが，さっと目を通しておくとよい．

and	and_eq	asm	auto	bitand
bitor	bool	break	case	catch
char	class	compl	const	const_cast
continue	default	delete	do	double
dynamic_cast	else	enum	explict	export
extern	dfalse	float	for	friend
goto	if	inline	int	long
mutable	namespace	new	not	not_eq
operator	or	or_eq	private	protected
public	register	reinterpret_cast	return	short
signed	sizeof	static	static_cast	struct
switch	template	this	throw	true
try	typedef	typeid	typename	using
union	unsigned	virtual	void	volatile
wchar_t	while	xor	xor_eq

識別子(Identifier)

「識別子」はユーザが「クラス」「変数（メンバ変数）」「メソッド（メンバ関数）」につける名前である．名前には「文字」「数字」「_」「＄」が使えるが，キーワードと同じ名前は使えない．また，名前の先頭文字には「数字」，「_」は使えない． 識別子に付ける名前は慣習的に次のようになっている．

識別子の型	慣習	命名例
クラス名	各語の先頭は大文字， 単語をつないで表記する．	TextEditor ErrorDialog
メンバ関数名	先頭語を小文字， 後の語の先頭を大文字で表記する．	addFisrt() hasNext()
メンバ変数名	メンバ関数名と同じ．	dayofWeek summerVacation
定数	すべて大文字で表記し， 語を「_」でつなぐ	PI DAY_OF_MONTH

基本データ型(Basic Data Types)

C++では変数を入れる箱の型を決める必要がある．箱の型を決める前に箱の名前，つまり変数名を決めなければならない．変数名は中身にあった名前を付けるのが良いとされている．例えば，テストの回数を表す変数ならば，countやtestCountやtestTimesなどが良い名前である．

ここでは，変数testTimesがテストの回数を表すとしよう．この場合，テストの回数は1,2,3…という整数なので，整数をしまっておく箱は整数型であると宣言する．例えば，

int testTimes;

と書く．また，test_Averageがテストの平均だとすると，小数になる可能性がある．そこで，小数をしまっておくtest_Averageは，実数型であると宣言する．例えば，

float test_Average;

と書く． しかし，テストの回数が2の32乗を超えるようであれば，intではまずい．そのときはlongを用いる．ただし，処理系によって異なる．このように，箱に入る中身によってそれに見合った箱を用意できるようになっている． C++などのオブジェクト指向プログラミングでは，すべてが型で構成されているので，マスターしておこう．

型

基本型

論理型	列挙型	文字型	整数型	浮動少数点型
bool	enum	char 'A'	short int long unsignedshort unsignedint unsignedlong	float double long double

このあと，例題を交えながら基本データ型について細かく見ていく．

論理型(Boolean Type)

論理型はfalseまたはtrueの２値しかとることができないときに用いる．

例題 2..1   論理型
次のプログラムを実行するとどんな結果が得られるか調べよ．

#include <iostream>

using namespace std;

int main( )

{

    bool flag = false;

    cout << "flag = " << flag << endl;

    flag = true;

    cout << "flag =" << flag << endl;

}

解答 C++ではfalse, trueは予約語で，falseは０，trueは１がプリントされる．

実行結果

文字型(Character Types)

文字型は文字'A'や桁数'8'などをあらわすときに用いる．例えば，Aという文字を文字型ｃに代入するときには，

char c = 'A';

と書く．文字Aを変数ではなく文字型として使用するときは，アポストロフィー( ' )が必要である．アポストロフィーなしでは変数と見なされ，エラーとなる．そこで，変数と区別するためにすでに学んだリテラルを用いる．ここで， int(c) とすると， int(c)は文字AのASCIIコードである65を表す．

例題 2..2   文字型
次のプログラムの結果はどうなるか考えよ．

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

    char c = 'A';

    cout << "c = " << c << ", int(c) = " << int(c) << endl;

    c = 't';

    cout << "c = "<< c << ", int(c) = " << int(c) << endl;

    c = '\t';

    cout << "c = "<< c << ", int(c) = " << int(c) << endl;

    c = '!';

    cout << "c = "<< c << int(c) = "<< int(c) << endl;

}

解答 文字'A'を表示せよとすると，整数65ではなく文字"A"が表示される．

実行結果

練習問題 2..1   文字型
文字YのASCIIコードを出力するプログラムを作成せよ.

整数型(Integer Types)

C++には6個の整数型が用意されている．unsigned整数型は，記憶領域をビット配列として扱うときに便利である．しかし，正の整数を表現するためのビットを１つ増やしたいためにintの代わりにunsignedを用いるのは良くない．値を正に保つためにunsignedを宣言しても，暗黙の変換ルールにより，目的を達成することができない．

例題 2..3   整数型の演算
C++では次の５つのオペレータで算術の計算を行う．+, - ,* , /, %．そこで，次のプログラムの結果はどうなるか考えよ．

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int m = 65;
    int n = 20;
    cout << "m = " << m << "and n = " << n << endl;
    cout << "m+n =" << m+n << endl;
    cout << "m-n =" << m- n << endl;
    cout << "m*n =" << m*n << endl;
    cout << "m/n =" << m/n << endl;
    cout << "m%n =" << m%n << endl;
}

解答 たぶん注意しなければならないのは，m/nとm%nの２つであろう．mとnが整数のとき，m/nは商を表し，m%nはあまりを表す．

実行結果

練習問題 2..2   整数型の演算
整数1234の末尾を消して，123を取り出すプログラムを作成せよ．

増加と減少演算子(Increment and Decrement Operators)

++と$–$演算子は演算を行う数の前におくか後ろにおくかで意味が異なることに注意しよう．

例題 2..4   増加演算子
前増加と後増加の違いを確認せよ

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int m,n;
    m = 44;
    n = ++m;
    cout << "m = " << m << ", n = " << n << endl;
    m = 44;
    n = m++;
    cout << "m = " << m << ", n = " << n << endl;
}

解答 n = ++mは先にｍの値を１増やし，それをｎに代入するので前増加という．またn = m++はｍの値を先にｎに代入し，その後にｍの値を１増やすので後増加という． ++mもm++も，ともにm = m+1のことであるが，m = m+1 とはほとんど書かないので，++と $–$の使い方に慣れておこう．

実行結果

練習問題 2..3   増加演算子
int m=44のとき，m/++mの値はいくつになるか考え，プログラムを組んで確認せよ．

浮動小数点型(Floating-Point Types)

実数を表すのに用いられる型である． 例えば１０進数13.75が与えられたとする．これをコンピュータはどう扱うか見てみよう．まず，１０進数13.75は２進数に変換される．
    13.75 = (8+4+1) + (1/2 + 1/4) = 1101.11

次に，少数点をいちばん左まで移動する．つまり4ビットの移動を行うので，
    13.75 = +0.110111₂×2⁴
書き直すと
    13.75 = 0110111010000₂
このとき，最初の０は符号部が正であることを表し，次の６桁は少数部（仮数部）を表し，次の６桁は指数部を表す．指数の最初の数字は符号を表す．一般に３２ビットの浮動少数点型では，最初の１ビットが符号部，次の２３ビットが少数部，残りの８ビットが指数部を表している．ちなみに６４ビットの double型では，最初の１ビットが符号部で，少数部には５２ビットが割り当てられ，１１ビットが指数部に割り当てられる．

浮動小数点型の算術計算は，整数型と異なり+,-,*,/の４種類で，普通の少数の計算と同じである．

例題 2..5   浮動小数点型の演算
次のプログラムの結果はどうなるか考えよ．

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    double x = 125.5;
    double y = 20.5;
    cout << "x = " << x << "and y = " << y << endl;
    cout << "x+y =" << x+y << endl;
    cout << "x-y =" << x- y << endl;
    cout << "x*y =" << x*y << endl;
    cout << "x/y =" << x/y << endl;
}

実行結果

練習問題 2..4   浮動小数点型の演算
3.15と42.1をキーボードから入力し，その積と商を求めるプログラムを作成せよ．

データ型のサイズ(Size of Data Types)

データ型のサイズは

sizeof(型名)

で調べることができる．自分の処理系のデータ型を調べておこう．

例題 2..6   処理系のデータ型のサイズ
自分の処理系のデータ型のサイズを調べよ．

解答

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << "sizeof(char) = " << sizeof(char) <<< endl;
cout << "sizeof(short) = " << sizeof(short) << endl;
cout << "sizeof(int) = " << sizeof(int) << endl;
cout << "sizeof(long) = " << sizeof(long) << endl;
cout << "sizeof(float) = " << sizeof(float) << endl;
cout << "sizeof(double) = " << sizeof(double) << endl;
cout << "sizeof(long double) = " << sizeof(long double) << endl;
}

実行結果

練習問題 2..5   処理系のデータ型のサイズ
unsigned intのサイズを調べるプログラムを作成せよ．

浮動小数点算術はすべてdoubleで行われるので，double型の代わりにfloatを使うときは，保管場所とアクセスタイムを気にするくらい多くの実数を使うときだけである．

列挙型(Enumerataion Types)

C++では，charやintのような基本型の他に，自分専用のデータ型を定義することができる．その方法には10章で学ぶクラスを用いるものがあるが，ここでは，もっと簡単な方法として列挙型を考える．列挙型は次のような構文を用いる．

    enum 列挙タグ名 {列挙型変数名}

ここで，enumはC++のキーワードで，列挙タグ名はこれから定義されるものの名前で，列挙型変数名は定数値を持つ名前のリストである．

例えば，列挙型Semesterを次のように定義したとする．

    enum Semester {FALL, SPRING, SUMMER};

すると，次のようにして変数s1, s2をSemesterの要素として定義することが可能になる．

    Semester s1, s2;

さらに，これらの変数s1,s2で

    s1 = SPRING;
    s2 = FALL;
    if (s1 == s2) cout << "同じSemester" << endl;

と書くこともできる． ここで，データは大文字で，データ型は頭文字を大文字で，他はすべて小文字で表すのが一般的である．列挙型でなにが行われているかというと，enumという命令によりSemesterという変数を配列のように扱っているのである．

列挙型はプログラムのコードを読みやすくしてくれる．ここに，いくつか特徴的な例をあげておく．

    enum Sex {FEMALE, MALE} // 性別
    enum Day {SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT} // 曜日
    enum Radix {BIN=2, OCT=8, DEC=10,HEX=16}　// 基数
    enum Color {RED,ORANGE, YELLOW, GREEN, BLUE, VIOLET} // 色
    enum Rank {TEN,JACK, QUEEN, KING, ACE} //　カード
    enum Suit {CLUBS, DIAMONDS, HEARTS, SPADES} // カードの組
    enum Roman {I = 1, V = 5, X = 10, L = 50, C = 100, D = 500, M = 1000} // 数

確かに，列挙型を用いると，コードが読みやすくなるが，多用は避けるべきである．なぜなら，列挙型のリストは新たに，メンバを定義するので，例えば，Romanでは７個の文字を定数として定義するので，これらの文字は他の目的には使えなくなってしまうからである．

例題 2..7   列挙型
列挙型を用いて，好きなら1を嫌いなら0を入力すると，返事が返ってくるプログラムを作成せよ．

解答

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    enum Answer {NO=0, YES=1};
    int answer;
    cout << "C++は好きですか？\n << "答えがYESなら１を，NOなら0でお答えください" << endl;
    cin >> answer;
    if(answer == YES){
        cout << "C++は好きですね" << endl;
    }
    else {
        cout << "C++は嫌いですか" << endl;
    }
}

実行結果

練習問題 2..6   列挙型
8進数の数を入力し，8，10, 16進数のどれかを選んで表示するプログラムを列挙型を用いて作成せよ．8進数の入力には，cin $>>$ oct $>>$ nを用いる．また，10進の入力にはcin $>>$ dec $>>$ nを用いる．ただし，入力する数の先頭に0を付ける．

ここからは，基本形ではないのでC++がはじめてのプログラミング言語の人は，さっと読んでおくだけでよい．6章から9章で詳しく取り扱う．

配列型(Array Type)

基本型から派生した「配列」という型がある．配列の宣言は

  [記憶クラス] データ型　配列名　[要素数]

で行なわれる．ここで，要素数は省略できる．

例えば，int args[5]と書くとargsという配列名は配列型であることを意味し，args[0], args[1], args[2], args[3], args[4]がその要素を表す．配列の要素の番号は0から始まるので，要素数が5ということは0から4までとなる．

例題 2..8   配列への格納
整数 {２，３，５，７，１１，１３，１７} をprimeという配列名を持った配列に格納せよ．

解答

  int prime[ ] = {2,3,5,7,11,13,17}

と書けばよい．

例題 2..9   配列の要素
整数 {２，３，５，７，１１，１３，１７}の５番目の１１をkという変数に代入し表示せよ．

解答

#include <iostream>
using namespace std;
int main ()
{
    int prime[] = {2,3,5,7,11,13};
    int k = prime[4];
    cout << "prime[4]=" << k << "です\n";
}

と書けばよい．coutの引数は$<<$でつなげることができる．配列は０から始まるのでprime[4]が５番目の１１となる．

実行結果

練習問題 2..7   配列の要素
{0,1,1,2,3,5,8,13,21,34}を要素とする配列aを定義し，第3番目と4番目の要素の和を求めるプログラムを作成せよ．

文字配列型(C-Strings)

H

e

l

l

o

$\yen$0

文字配列型とは，メモリ内でナル文字（日本ではヌル文字とよばれる）$'\yen0'$で終了している文字列で次のような特徴を持っている．

• 配列の最後にナル文字'$\yen$0'が付く．
• C-stringは次のようにして初期化できる． char str[] = "Yokota";
• 文字配列内の全てを次のようにして１つの物として出力できる． cout $<<$ str;
• 文字配列内の全てを次のようにして１つの物として入力できる． cin $>>$ buffer; システムは空白文字にぶつかるまで，cinからbufferに文字をコピーする．
• ヘッダファイル$<$cstring$>$で宣言された関数は，文字配列を操作するのに用いることができる．これらの関数には，文字列の長さを求めるstrlen()，文字列の複写をするstrcpy()とstrncpy()，文字列を連結するstrcat()とstrncat()，文字列を比較するstrcmp()とstrncmp()などがある．

文字配列型を効率よく格納するには，7章で学ぶポインタを用いるとよい．

練習問題 2..8   文字列の文字配列への格納
文字配列を用いて，自分の名前（漢字）をキーボードから入力し，こんにちはだれだれさんと表示するプログラムを作成せよ．char name[20]で文字を入れる配列が定義できる．cin $>>$ nameでキーボードから入力した名前を配列nameに格納できる．

例題 2..10   文字列の文字配列への格納
文字列｛日曜，月曜，火曜，水曜，木曜，金曜，土曜｝をweekDaysという変数名を持った文字配列に格納し，週の３番目の曜日を表示せよ．

解答 文字列の文字配列への格納にはポインタを用いる．詳しくは8章で学ぶので，この段階ではさっと目を通しておけばよい．

#include <iostream>
using namespace std;
int main ()
{
    char* weekDays [] = {"日曜","月曜","火曜","水曜","木曜","金曜","土曜"};
    char* s = weekDays[2];
    cout << "weekDays[2]=" << s << "です\n";
}

と書けばよい．

実行結果

解説 char* weekDays [] = {"日曜","月曜","火曜","水曜","木曜","金曜","土曜"};で
weekDays[0]="日曜"
weekDays[1]="月曜"
……
weekDays[6]="土曜"
と７つの変数が定義される．次に char* s = weekDays[2];で文字列 "火曜" がｓに代入される．

文字列型(C++String)

１文字以上の文字列を表す「文字列型」はオブジェクト扱いになる．標準のC++ 「string型」は$<$string$>$のヘッダファイルで定義されている．「string型」のオブジェクトはいろいろな形で宣言されたり初期化される．詳しくは9章で学ぶ．

string s1;	// s1は零個の文字を含んでいる．
string s2 = "New York";	// s2は８個の文字を含んでいる．
string s3(60, '*');	// s3は６０個のアスタリスクを含んでいる．
string s4 = s3;	// s4は６０個のアスタリスクを含んでいる．
string s5(s2,4,2);	// s5は２文字"Yo"を含んでいる．

もし，文字列がs1のように初期化されなければ，１文字も含まないstringとなる． 文字列は，s2のように文字配列と同じように初期化することができる．s5(s2,4,2)は３つのパーツを持っている． 親の文字列（s2,here），文字の開始(s2[4],here)，そして部分文字の長さ(2,here)．

文字列型では文字を取り込むgetline()関数が文字配列型のcin.getline()と同じように使える．

例題 2..11   文字列の操作
上で紹介したs2, s3, s4, s5を表示せよ．

解答

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main ()
{
    string s1;
    string s2 = "New York";
    string s3(60,'*');
    string s4 = s3;
    string s5(s2,4,2);
    cout << s2 << "\n" << s3 <<< "\n" << s4 << "\n" << s5 << endl;
}

実行結果

練習問題 2..9   文字列の操作
文字列を用いて，自分の名前（漢字）をキーボードから入力し，こんにちはだれだれさんと表示するプログラムを作成せよ．また，文字列を扱うにはstringの方が配列より優れていることを実感せよ．

誤差(Error)

コンピュータのレジスタが有限桁数で演算をおこなうため，レジスタに入りきらない数値があると無視されたりして，演算結果と真の値に違いが出る．このような違いを誤差(Error)という．

オーバーフロー(Overflow)

ほとんどのマシンでは，long int 型は４バイトつまり，32ビットの領域が与えれている．しかし，これを超えるような計算をやらせると，間違った結果を表示する．これをオーバーフロー(overflow)という．

アンダーフロー(Underflow)

データ型で許されている最小値より小さい絶対値を持つ値が代入され，零になることをアンダーフロー(underflow)という．

まるめ誤差(Round-Off Error)

例えば，有理数1/3をコンピュータは0.333333としてメモリにしまう．このとき生まれる誤差をラウンドオフ エラーまたはまるめ誤差(round-off error)という．

例題 2..12   まるめ誤差
次のプログラムを実行するとどうなるか調べよ

#include <iostream>" >
using namespace std;
int main()
{
    double x = 1000/3.0;
    double y = x - 333.0;
    double z = 3*y -1.0;
    if (z == 0) cout << "z == 0\";
    else cout << "z != 0\";
}

解答 このプログラムを実行すると，z != 0が表示される．紙の上での計算ではz=0のはずがコンピュータではz!=0になる．つまり，まるめ誤差のため，$z$は0とはならない．つまり，プログラムで値が零なのかテストするには，z == 0ではなく，$\vert z\vert$ $<$ 10E-20などでテストしよう．したがって，１点でのテストは控えるようにしよう．条件文については次の章で説明する．

実行結果

練習問題 2..10   まるめ誤差
次のプログラムを実行し，まるめ誤差がどこに潜んでいるのか見つけよ．

#include $<$iostream$>$
using namespace std;
int main ()
{
double x = 1/9.0;
double y = 1/11.0;
double z = x - y;
double w = 99*z;
cout $<<$ w $<<$ endl;
if(w == 2) cout $<<$ "w = 2";
else cout $<<$ "w != 2" $<<$ endl;
}

けた落ち(Cancelling in Digits)

ほぼ等しい数値どうしの引き算，絶対値がほぼ等しく符号が異なる２数の加算などを行った場合，有効桁数が急激に減少することがある．このような現象をけた落ち(cancelling in digits)という．

$$345.678 - 345.666 = 0.012$$

の計算では，6桁の有効桁数が引き算することにより，わずか2桁に減少している．

情報落ち

大きな値と小さな値の加減算を行った場合に，小さい値のけたを大きな値のけたにそろえることによって，仮数部に入りきらない小さい値の情報の一部が落ちてしまうことがある．このような現象を情報落ちという．

$$123456 + 12.3456 = 123468$$

となるが，実際の値は123468.3456である．したがって，この計算では12.3456の0.3456の部分が計算結果に何の影響も及ぼさない．

スコープ(scope) 宣言を行うことにより識別子は使えるようになる．このとき，識別子はプログラムテキストの特定部分でしか使えない．例えば，関数内で宣言された識別子の場合は，スコープは，宣言の位置から宣言が行われたブロックの末尾までである．ここで，ブロック(block)とは，{ }で区切られた部分である．

確認問題 2..1  

1. countが100を超えたら，"多すぎます" と表示する文を1行で書きなさい．

2. 次のプログラムの間違いを見つけよ．

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    cout << "ｎを入力して下さい:";
    cin >> n;
    if(n < 0)
        cout << "負の値です．もう一度ｎを入力して下さい．" << endl;
    cin >> n;
    else
        cout << "O.K. n = " << n << endl;
}

3. 次のコードのどこが間違っているか見つけよ．

enum Semester {FALL, SPRING, SUMMER};
enum Season {SPRING, SUMMER, FALL, WINTER};

4. 次の式の値を求めよ．ただし，mの値は25，nの値は7とする．

a. m - 8 - n
b. m = n = 3
c. m%n
d. m%n++
e. m%++n
f. ++m - n$--$

5. nから1を引くというコードを4つの方法で表せ．

6. どこが間違っているか．

a. cin $<<$ count;

b. if (x $<$ y) min = x

else min = y;

演習問題 2..1  

1. 次のプログラムの実行結果がどうなるか考えよ．

#include <iostream>
int namespace std;
int main ()
{
    char c = 'A';
    int i;
    int j = 0x41;
    cout << "\nc=" << c;
    i = (int)c;
    cout << "\nc=" << i;
    cout << "\nj=" << j;
    i= 66;
    cout << "\ni=" << i;
    c=(char)i;
    cout << "\n$c=" << c << endl;
}

2. 10個の大文字の母音と小文字の母音を表示するプログラムを例題2.2をまねて作成せよ．