【C言語入門ガイド】C言語の基礎とライブラリについて徹底解説！

はじめまして、エンジニアスタイル編集部です！

コラムページでは、ITフリーランスに向けてお役立ち情報を発信します。Twitterではホットな案件を紹介してまいりますので、ぜひフォローをお願いいたします！
本記事が、皆様の参考になれば幸いです。

経験がまだ少ない方にもわかりやすく説明するために、初歩的な内容も記載しております。記事も長いので、実務経験豊富な方は、ぜひ目次から関心のある項目を選択してください。

エンジニアスタイルは、最高単価390万円、国内最大級のITフリーランス・副業案件検索サービスです。C言語のフリーランス・副業案件一覧を以下からご覧いただけますのであわせてご確認ください。

C言語のフリーランス案件

ライブラリとは？

プログラミングにおいて、ライブラリは非常に重要な役割を担っています。特定の機能を持ったコードの集まりであり、プログラマーが簡単に再利用できるようになっています。ライブラリを使用することで、プログラマーはゼロからコードを書く手間を省くことができ、開発の効率性を高めることができます。この記事ではC言語で頻繁に利用される標準ライブラリについて見ていきます。

標準ライブラリとは

プログラミングにおいて、標準ライブラリはその言語の標準化されたコードの集合体であり、プログラマーが開発を進める上で基本的な機能を提供します。標準ライブラリには、例えば文字列の操作、入出力処理、時間の計測など、プログラミングに欠かせない機能が含まれます。

標準ライブラリは、プログラマーがプログラミング言語を学ぶ際に最初に学ぶべき要素の一つです。プログラマーが開発を進める上で標準ライブラリを使うことで、コードの効率性を高めることができます。また、標準ライブラリは言語のバージョンアップに合わせて更新されるため、最新のバージョンを使うことでより効率的なコーディングができるようになります。

標準ライブラリの使用方法については後ほど詳しく見ていきますが、少しだけ紹介します。具体的な使用方法はプログラミング言語によって異なりますが、ほとんどの場合、プログラム中にライブラリを読み込んでから使用することができます。例えば、Pythonには標準ライブラリである「datetime」があり、日付や時間に関する機能を提供しています。これを使用するには、プログラムの先頭に「import datetime」というコードを書き込んでから、必要な機能を呼び出すことができます。

標準ライブラリは、プログラマーが効率的にコードを書くために必要不可欠な要素です。プログラミング言語の学習を始めたばかりの初心者でも、標準ライブラリの理解と使用方法を習得することで、より高度な開発ができるようになります。

C言語で頻繁に利用する標準ライブラリについて

C言語で頻繁に利用する標準ライブラリについて見ていきます。入出力・汎用・文字列処理・数学関係・時間・制御の6つの項目でそれぞれ見ていきます。

入出力

C言語における入出力の項目の標準ライブラリは以下のようなものが挙げられます。

標準入出力関数

標準入力であるキーボードからの入力と標準出力であるモニタへの出力を行うための関数です。代表的な関数としては、scanf、printf、getchar、puts などがあります。

• scanf

キーボードからの入力を受け取るための関数です。引数には、入力されたデータの型に合わせた変数を指定します

• printf

printfは、モニタへの出力を行うための関数です。引数には、出力するデータの型に合わせた書式指定子を指定します。

• getchar

getcharは、キーボードからの入力を受け取るための関数です。1文字ずつ入力を受け取り、その文字のASCIIコードを返します。

• puts

putsは、文字列をモニタに出力するための関数です。引数には、出力する文字列を指定します。

ファイル入出力関数

ファイルにデータを書き込んだり、ファイルからデータを読み込んだりするための関数です。代表的な関数としては、fopen、fclose、fread、fwrite、fprintf、fscanf などがあります。

• fopen

fopenは、ファイルを開くための関数です。引数には、ファイル名と開くモードを指定します。開くモードには、読み込みモード（”r”）、書き込みモード（”w”）、追記モード（”a”）などがあります。

• fclose

fcloseは、ファイルを閉じるための関数です。引数には、ファイルポインタを指定します。ファイルを開いた後は、必ずfcloseでファイルを閉じるようにしましょう。

• fread

freadは、ファイルからデータを読み込むための関数です。引数には、読み込んだデータを格納するバッファ、データのサイズ、読み込むデータの数、ファイルポインタを指定します。

• fwrite

fwriteは、データをファイルに書き込むための関数です。引数には、書き込むデータを格納するバッファ、データのサイズ、書き込むデータの数、ファイルポインタを指定します

• fprintf

fprintfは、ファイルに書式を指定してデータを書き込むための関数です。引数には、ファイルポインタと書式指定子を指定します。

• fscanf

fscanfは、ファイルからデータを読み込むための関数です。引数には、読み込んだデータを格納する変数、書式指定子、ファイルポインタを指定します。

コマンドライン引数関数

プログラムの実行時に引数を受け取るための関数です。代表的な関数としては、argc、argvがあります。

• argc

argcは、コマンドライン引数の数を表す整数型変数です。つまり、プログラムが実行された際に、コマンドラインに入力された引数の数が、この変数に格納されます。

• argv

argvは、コマンドライン引数の実際の値を指す文字列型配列です。コマンドライン引数は、スペースで区切られた文字列として指定されます。

フォーマット関数

文字列の書式化を行うための関数です。代表的な関数としては、sprintf、snprintf、scanf、sscanf などがあります。

• sprintf

sprintfは、文字列をフォーマットして、指定した文字列に書き込みます。

• snprintf

snprintfは、sprintfと同様の機能を持ちますが、書き込み可能な文字列の最大サイズを指定することができます。これにより、文字列の長さを制御することができます。

• scanf

scanfは、標準入力から文字列を読み込んで、指定した変数に変換して格納します。

• sscanf

scanfは、文字列からデータを読み込み、指定した変数に変換して格納します。

エラー処理関数

エラーが発生した際に、エラー情報を取得したり、エラー処理を行うための関数です。代表的な関数としては、perror、errno などがあります

• perror

perror関数はエラーが発生した際に、その原因を文字列として標準エラー出力に出力するために使われます。

• errno

perror関数は、主にファイル入出力などの際に使用され、エラーが発生した場合に、その原因を調べるのに役立ちます。

まとめるとperror関数はエラー原因を表示するために、errno変数はエラーの種類を判別するために使われます。

汎用

C言語の標準ライブラリには、汎用的な機能を提供する関数が含まれています。以下に、その代表的な関数をいくつか紹介します。

メモリ操作関数

• memcpy

メモリ領域のコピーを行う。

• memset

メモリ領域を指定した値で埋める。

• memmove

メモリ領域のコピーを行う。memcpyとは異なり、コピー元とコピー先の領域が重なっていても正しく動作する。

• memcmp

2つのメモリ領域を比較し、その結果を返す。

文字列操作関数

• strcpy

文字列をコピーする。

• strncpy

文字列を指定した長さでコピーする。

• strcat

文字列を連結する。

• strncat

文字列を指定した長さで連結する。

• strcmp

2つの文字列を比較する。

• strncmp

指定された長さだけ2つの文字列を比較する。

• strlen

文字列の長さを返す。

数学関数

• sqrt

平方根を求める。

• sin、cos、tan

三角関数を求める。

• exp、log、log10

指数関数や対数関数を求める。

• rand

疑似乱数を生成する。

• abs、labs

整数の絶対値を求める。

日付と時間関数

• time

現在時刻を取得する。

• strftime

日時を指定したフォーマットに変換する。

• mktime

日時を表すstruct tm構造体を、time_t型に変換する。

• difftime

2つの日時の差を秒単位で求める。

文字列処理

C言語の標準ライブラリには、文字列を扱うための関数が多数含まれています。以下に、その代表的な関数をいくつか紹介します。これらの関数を適切に利用することで、文字列処理を効率的に行うことができます。また、標準ライブラリに含まれるこれらの関数は、プログラマが自分で実装する必要がある処理を軽減し、安全で効率的なプログラムの開発を促進します。

文字列の操作

• strcat

2つの文字列を連結する。

• strncat

2つの文字列を指定された長さで連結する。

• strcpy

文字列をコピーする。

• strncpy

指定された長さで文字列をコピーする。

• strlen

文字列の長さを返す。

• strcmp

2つの文字列を比較する。

• strncmp

指定された長さだけ2つの文字列を比較する。

• strchr

文字列中で指定された文字が最初に現れる位置を返す。

• strrchr

文字列中で指定された文字が最後に現れる位置を返す。

• strstr

文字列中で指定された部分の文字列が最初に現れる位置を返す。

• strtok

文字列を指定された区切り文字で分割する。

文字列の変換

• atoi

文字列を整数に変換する。

• atof

文字列を浮動小数点数に変換する。

• itoa

整数を文字列に変換する。

• sprintf

フォーマット文字列を使って文字列に変換する。

文字の操作

• isalnum

文字が英数字であるかどうかを判定する。

• isalpha

文字がアルファベットであるかどうかを判定する。

• isdigit

文字が数字であるかどうかを判定する。

• isspace

文字が空白文字であるかどうかを判定する。

• tolower

大文字を小文字に変換する。

• toupper

小文字を大文字に変換する。

数学関数

C言語の標準ライブラリには、数学関数を扱うための関数が多数含まれています。以下に、その代表的な関数をいくつか紹介します。

基本的な数学関数

• abs：

整数の絶対値を計算する。

• fabs

浮動小数点数の絶対値を計算する。

• ceil

引数以上の最小の整数を返す。

• floor

引数以下の最大の整数を返す。

• sqrt

平方根を計算する。

• pow

累乗を計算する。

• exp

指数関数を計算する。

• log

自然対数を計算する。

• log10

常用対数を計算する。

三角関数

• sin

正弦を計算する。

• cos

余弦を計算する。

• tan

正接を計算する。

• asin

逆正弦を計算する。

• acos

逆余弦を計算する。

• atan

逆正接を計算する。

乱数生成

• rand

疑似乱数を生成する。

• srand

乱数の種を設定する。

時間

C言語の標準ライブラリには、時間を扱うための関数が含まれています。以下に、その代表的な関数をいくつか紹介します。これらの関数を利用することで、現在時刻の取得や、時刻の操作、時刻と文字列の相互変換などが可能になります。

現在時刻の取得

• time

現在時刻を秒単位で取得する。

構造体tmの操作

• localtime

time_t型の時刻値を、地方時に変換した構造体tmを返す。

• gmtime

time_t型の時刻値を、協定世界時に変換した構造体tmを返す。

• mktime

構造体tmの値をtime_t型に変換する。

文字列と時刻の変換

• strftime

時刻を文字列に変換する。

• strptime

文字列を時刻に変換する。

制御

C言語の標準ライブラリには、制御文を補助するための関数が含まれています。以下に、その代表的な関数をいくつか紹介します。これらの関数を利用することで、assertによる条件の確認や、setjmp/longjmpによる非局所的なジャンプ、signalによるシグナル処理、setbuf/setvbufによるバッファリングの方法の設定、exitによるプログラムの終了などが可能になります。

条件分岐

• assert

指定された条件式が真であることを確認し、偽であればエラーメッセージを出力してプログラムを終了する。

• setjmp

ジャンプバッファを設定し、longjmp関数によってジャンプすることができる。

• longjmp

setjmp関数で設定したジャンプバッファにジャンプし、指定された値を返す。

• signal

シグナルに関する処理を登録する。

ループ

• setbuf

バッファリングの方法を設定する。

• setvbuf

バッファリングの方法を設定する。

• exit

プログラムを終了する。

標準ライブラリの使い方

続いて、標準ライブラリの使い方について詳しく見ていきます。今回はC言語の標準ライブラリを例にして、使い方をご紹介します。

C言語の標準ライブラリは、C言語で一般的に使用される関数や定数が定義されたヘッダーファイルとライブラリから構成されます。これらを使用することで、C言語のプログラムを開発する際に便利な機能を利用することができます。

標準ライブラリの使用方法は以下の手順で行います。

必要なヘッダーファイルをインクルードする

必要な機能に応じて、対応するヘッダーファイルをインクルードします。たとえば、stdio.hをインクルードすると、printf()やscanf()関数などの入出力関連の関数を使用することができます。また、数学関数を使用する場合はmath.hを、文字列関数を使用する場合はstring.hをインクルードします。

関数を使用する

インクルードしたヘッダーファイルで定義されている関数を使用することができます。

コンパイルする

プログラムをコンパイルする際には、コンパイル時に必要なライブラリをリンクする必要があります。たとえば、math.hで定義されている数学関数を使用する場合は、-lmオプションを指定する必要があります。

以上が、C言語の標準ライブラリを使用する一般的な手順です。必要に応じて、マニュアルページやオンラインリソースなどを参照して、各関数の使用方法を確認してください。

まとめ

今回はC言語の標準ライブラリについて解説し、入出力、文字列処理、数学関数、時間、制御などの項目について詳しく説明しました。また、各関数の使用方法や注意点についても説明しました。

C言語のプログラミングにおいて、標準ライブラリの知識は非常に重要であり、各関数の使い方や注意点を把握することで、より効率的なプログラム開発が可能となります。

SNSシェア

• X
• facebook
• hatebu
• LINE
• pocket

CATEGORY

学習

TAGS

C言語 ライブラリ 初心者