第8回 プログラミングについて 『配列の話し』
『配列の話し』
配列の話し。ＢＡＳＩＣやＦＯＲＴＲＡＮを始めて乗り越えなければならないのがサブルーチンと配列。Ｃ言語などを始めて乗り越えなければならないのが、このサブルーチン（Ｃ言語では関数）と配列の他にポインタと構造体。特に今回はこの配列について考えてみましょう。
私がプログラムを書き始めた頃、後輩のＳ君に「プログラムは配列とサブルーチンが分れば完璧だぜ！」と言われたのを覚えています。確かに配列が使えなければプログラムを書くのはかなり厳しいでしょう。もし配列を使わないでプログラムを書くとなれば『１～１０個の整数を逆に並べる』というものを作ると、
#include <stdio.h>
main()
{
int i1,i2,i3,i4,i5,i6,i7,i8,i9,i10;
int t;
i1 = 1; i2 = 2; i3 = 3; i4 = 4; i5 = 5;
i6 = 6; i7 = 7; i8 = 8; i9 = 9; i10=10;
printf("%d\n",i1);
printf("%d\n",i2);
printf("%d\n",i3);
printf("%d\n",i4);
printf("%d\n",i5);
printf("%d\n",i6);
printf("%d\n",i7);
printf("%d\n",i8);
printf("%d\n",i9);
printf("%d\n",i10);
t=i1; i1=i10; i10=t;
t=i2; i2=i9 ; i9 =t;
t=i3; i3=i8 ; i8 =t;
t=i4; i4=i7 ; i7 =t;
t=i5; i5=i6 ; i6 =t;
printf("%d\n",i1);
printf("%d\n",i2);
printf("%d\n",i3);
printf("%d\n",i4);
printf("%d\n",i5);
printf("%d\n",i6);
printf("%d\n",i7);
printf("%d\n",i8);
printf("%d\n",i9);
printf("%d\n",i10);
}
となって、厳しいものがあります。もし１００個とか１０００個とかになれば降参の一言となってしまいます。
それで配列が登場する訳ですが、配列とは一体何者なのでしょうか。配列とは同じ型の変数が連続しているものとでも言えるかと思います。例えば、
int data[100];
と定義すると、data は int 型の変数が１００個連続したものになります。実際のコンピュータのなかで実行するときには変数名 data が本当に存在するのではありません。
メモリー上に２００バイトまたは４００バイトの領域が確保され、そこを data の配列として使用される訳です。
Ｃ言語ではその要素をアクセスするには、
data[0]
とすれば data の最初の要素となります。ＦＯＲＴＲＡＮでは、
INTEGER DATA(100)
DATA(1)
と書き、これも data の最初の要素を示します。最初の要素をＣ言語では０番目でＦＯＲＴＲＡＮでは１番目と表現しなければならないか疑問に思うかも知れませんが。これは言語の性格上こうなってしまった訳で、ＦＯＲＴＲＡＮでは科学計算向きな言語で自然界での数の数え方と同じく１番目が最初としたのです。Ｃ言語ではどちらか言えばシステム記述用の性格とポインタの関係で０番目を最初としたのです。人間にとってみれば１番目から始まる方が理解しやすいのですが、これも仕方のないことでしょう。
ＦＯＲＴＲＡＮなどでは実際のアドレス計算には１から始まっているので次の様に１を引いて計算します。
DATA のアドレスを Ｄ、サイズをＳ、配列の要素をＮとすると、最初の要素のアドレス Ａは、
Ａ＝Ｄ＋（Ｎ－１）＊Ｓ
となります。
話しを元に戻しましょう。最初の例を配列を使って書くと、
#include <stdio.h>
#define MAX_DATA 10
main()
{
int data[MAX_DATA];
int i,j,t;
for(i=0;i<MAX_DATA;i++)data[i]=i+1;
for(i=0;i<MAX_DATA;i++)printf("%d\n",data[i]);
for(i=0,j=MAX_DATA-1;i<MAX_DATA/2;i++,j--){
t =data[i];
data[i]=data[j];
data[j]=t;
}
for(i=0;i<MAX_DATA;i++)printf("%d\n",data[i]);
}
となります。１００個とか１０００個にするには MAX_DATA を変えるだけで済んでしまいます。
次に多次元のでも同様なのですが、１つだけ気を付けておかなければならないことは要素がどの様にアクセスされるかです。Ｃ言語で２次元の配列を次のように作ると、
int data[100][10];
要素は次の様に並びます。
[0][0] [0][1] [0][2] [0][3] [0][4] [0][5] ...
[1][0] [1][1] [1][2] [1][3] [1][4] [1][5] ...
[2][0] [2][1] [2][2] [2][3] [2][4] [2][5] ...
:
:
ようするに、[0][0]の隣には[0][1]が並びます。
ところがＦＯＲＴＲＡＮでは
INTEGER DATA(100,10)
とすると
(1,1) (2,1) (3,1) (4,1) (5,1) (6,1) ...
(1,2) (2,2) (3,2) (4,2) (5,2) (6,2) ...
(1,3) (2,3) (3,3) (4,3) (5,3) (6,3) ...
:
:
となり (1,1)の隣には(2,1)が並ぶのです。
この違いは、Ｃ言語では文字列は配列で表現されるので[0][0]の隣が[0][1]でないと不都合で、ＦＯＲＴＲＡＮは科学計算でよく使うＸ、Ｙ、Ｚの配列を自然に表現するには(1,1)の隣が(1,2)でないと不都合になってしまうのです。ＦＯＲＴＲＡＮ７７では文字変数が使用できたので不自由はなかったのですが、もしＦＯＲＴＲＡＮの多次元配列の並びで文字列を配列で表現したら大変なことになってしまうでしょう。
配列を使うときに注意しなければならないことがあります。存在しない要素をアクセスしないようにしなければなりません。
int data[10];
data[10]=100;
と書くと、コンピュータは素直に data の１１番目に 100 を代入します。この架空の１１番目のアドレスが何かで結果は違いますが、今までの経験ではこの代入文では何事も問題は発生せず、後の処理で変な動作をしてしまうのです。運が良ければ何事も起きません。
文字配列の任意の位置に実数値や整数値を代入したいときもあります。次の様な例は可能なことがありますが、この危険性は知っておいた方が良いでしょう。
#include <stdio.h>
main()
{
char data[20];
put (data+1,100.0);
show(data+1);
}
put(to,from)
float *to,from;
{
*to=from;
}
show(f)
float *f;
{
printf("%f\n",*f);
}
この例は文字配列として２０バイトと作っておき、data[1] から４バイトに実数値の１００．０を代入して表示するものです。理屈では可能なのですが、この危険性はコンピュータによっては正常に動作しないことがあるのです。実際にＰＣ９８やＶＡＸでは動作しますが、ＨＰのワークステーションではコアダンプ（異常停止）してしまいましす。
この理由はコンピュータのアーキテクチャーに関係するもので、バイトアラインメントが可能なものでは正常に動作し、そうでないものは異常を起こすのです。この例で異常が発生するコンピュータでは、変数はワード単位（通常２バイト単位）またはロングワード単位（通常４バイト単位）のアドレスに存在しなければなりません。上の例ではdata は正しいアドレスに配置されますが、 data+1 はそうではなくなります。１文字単位で扱うのであれば問題はありませんが、整数や実数のときにはアーキテクチャーの約束違反になってしまうのです。
どうしてもこの様な事を行ないたいときには、文字単位で操作することです。例えば関数 put を次のようにします。
put(to,from)
float *to,from;
{
char f[sizeof(float)];
int i;
*(float *)f=from;
for(i=0;i<sizeof(float);i++){
((char *)to)[i]=f[i];
}
}
ＦＯＲＴＲＡＮ７７では文字型があって、文字列の扱いは一般の数式と似た使い方ができて便利なものです。しかし、先ほども述べましたがＣ言語では文字列型などの型はないので、これも配列で表現し文字列を扱う関数を使用して操作します。慣れてしまえば違和感はないのですが、やはり抵抗はあります。
例えば、文字列を連結して比較するときには、ＦＯＲＴＲＡＮ７７では、
CHARACTER A*10,B*10,C*20
:
:
C=A//B !文字変数 A と B を連結して C に代入。
IF(C.EQ.'ABCDEFG')THEN !文字変数 C と文字定数 'ABCDEFG' と比較
:
:
END IF
と簡潔に表現できますが、Ｃ言語では、
char a[10],b[10],c[20];
:
:
strcpy(c,a); /* 文字列 a を c にコピー */
strcat(c,b); /* 文字列 b を c に連結 */
if(strcmp(c,"ABCDEFG")==0){ /* 文字列 c と文字列定数 "ABCDEFG" を比較 */
:
:
}
となり、関数の呼びまくりになってしまうのです。これもＣ言語の思想の問題なので仕方がないのかなと、あきらめてはいますが不満は残っています。
それではまた次回も付き合って下さい。
