課題

以下の課題問題を解き、レポートとして提出せよ。

数字を整数値に変換するプログラムを改良して、浮動小数点数も扱えるようにせよ。例えば、以下のように動作するプログラムである。

input number=3.141592     (斜字体部分はユーザーの入力)
v=3.141592

おおまかには、以下のようなアルゴリズムに従ったコードを書けば実現できる。

整数部と小数部を別々に処理する

最初は整数部の処理
・ 1文字読み込む
・ 数字かどうかを検査する
   数字ならば数値に変換し、足し合わせる
   (前の値を10倍して今の値を足し込む)
これを "." (ピリオド、小数点)または数字以外の文字が現われるまで繰り返す

"." (ピリオド、小数点)が現われた場合は小数部の処理に移る
(そうでない場合は小数部はないので整数部だけでおわり)

小数部の処理
・ 1文字読み込む
・ 数字かどうかを検査する
   数字ならば数値に変換し、足し合わせる
   (1文字進む毎に1桁ずつ小さい値にしながら値を足し込む)
これを数字以外の文字が現われるまで繰り返す

最後に整数部の値と小数部の値を足す

プログラムへの入力として以下に示すような場合を試すこと。
それぞれの結果について考察すること。 (何故そういう結果になったのかを説明する、等)

入力文字列 (条件)

25 (整数のみ)

19.19825 (浮動小数点数)

0.11235 (小数部分のみ)

2816. (小数点より後の小数部がない)

.314 (小数点より前の整数部がない)

1.2a3b5d (数字以外の文字を含む)

3..221 (連続した小数点を含む)

9.2.3 (2個所で小数点を含む)

1 . 04 (途中に空白を含む)

注意：本課題プログラムについて、scanf()やatof() などの同様の処理を行なうライブラリ関数を使用しないこと。

補足

C言語では整数と整数の演算の結果は整数になるため、例えば、"1/10"と書いても 0.1という浮動小数点数にはならず、 0という整数値になる。
(分母も分子も整数なので結果も整数になるため)

この場合、"1.0/10"などのように、式の一部(あるいは全部)に浮動小数点数を含めることで、0.1を表現できる。
(もちろん直接 "0.1"と書いてもよい)

double v = 1/10;            /* 0になる */
double w = 1.0/10;          /* 0.1になる */

同じことが整数の変数の場合にも起こるので注意すること。
特に int型の変数同士の除算の場合に見落としがちである。

補足2

浮動小数点数を扱うため数値を格納する変数を int型から float型または double型にする。
printf() を使って表示するときの書式に注意する。
(書式指定子として浮動小数点数を表示する "%f"や "%g"などを指定すること)

オプション課題

以下の改良を加えよ。

負の値も入力できるようにする。
ヒント：入力文字列の先頭が '-'であった場合には値の符号(正負)を反転する。
2進数表現された入力を読み込めるようにする。
入力文字列の先頭に 0b(または0B)の2文字が続いた場合は、以後の文字列を2進数表現された数字列と見なして値を計算する。
例えば、0b1011.01という入力文字列に対して、 0bの次に来る 1011.01を2進数表現したものとみなす。結果として、数値 11.25を得る。
この場合、先頭に0b(または0B)が付かない場合には 10進数として計算すること。
(2進数表現の扱い方についてはプロ演１の課題２を思い出すこと)
16進数表現された入力を読み込めるようにする。
入力文字列の先頭に 0x(または0X)の2文字が続いた場合は、以後の文字列を16進数表現された数字列と見なして値を計算する。
例えば、0x1dという入力文字列に対して、 0xの次に来る 1dを16進数表現したものとみなす。結果として、数値 29を得る。
この場合、先頭に0x(または0X)が付かない場合には 10進数として計算すること。
(16進数表現についてはここ(Wikipedia)を参照せよ)
上記以外の機能拡張を行う。
各自で考えた機能をプログラムに追加する。 (どういう拡張を行なったかをきちんと説明すること)

与えられた文字列中に、別の文字列が含まれているかどうかを検査するプログラムを作成せよ。その際、大文字小文字を区別せずに検索すること。また、一致個所が複数ある場合は全て表示すること。

ヒント：大文字と小文字の区別をしない比較を行なうには検査する文字を大文字か小文字に変換してから比較を行なえばよい。

例えば、以下のような"You should backup your data files." という文字列と検索文字列として"you"が与えられたときに、前者に後者が含まれているかどうかを検査する。
この場合、先頭の "You"と途中の"you"の2個所が一致するので両方を表示する。
```
string="You should backup your data files."
pattern="you"
found at 0
found at 18

(含まれる場合は、その場所(先頭を0として何文字目か)を表示する)
```
```
string="You should backup your data files."
pattern="my"

(含まれない場合は、何も表示しない)
```
プログラムの雛型をここに置いておくので、このプログラムをベースにして必要なコードを追加すること。
関数 search_string()の中身を作ればよい。
(main関数の中身は気にしなくてよい)

注意：本課題プログラムについて、str で始まる名前を持つ文字列データ操作ライブラリ関数(strcmp() など)を使わないこと。 toupper() や tolower() などの文字型データ操作ライブラリ関数は使用してよい。
文字列検索のアルゴリズムは何を使ってもよい。
ここに説明している通りの簡単な方法でもよい。ただし、この方法は無駄な比較が多く効率が悪い。
文字列探索の効率的なアルゴリズムとしては KMP (Knuth-Morris-Pratt)法や BM (Boyer-Moore)法が有名である。 (ただし、処理内容は複雑である)

オプション課題
上記プログラムを機能拡張する。
- 検索文字列の発見回数を表示する
  検索した結果、何ヶ所で文字列が発見されたかを表示できるようにプログラムを改造する。
  例えば、以下のように最後に発見回数の表示を追加するなどが考えられる。 (他の表示方法でも構わない)
```
string="You should backup your data files."
pattern="you"
found at 0
found at 18

total 2 time(s)
```
- 検索文字列の表示方法を工夫する
  検索文字列が見付かった場合の結果表示において、文字列のどの部分で見付かったのかが一目で分かるように表示を行なう。例えば、以下のように入力文字列の下に ^などの文字を使って発見した場所を示す方法が考えられる。(他の表示方法でも構わない)
```
string="You should backup your data files."
pattern="you"
found at 0
found at 18

You should backup your data files.
^^^               ^^^
```
- 文字列の置換処理を追加する
  検索して見付けた文字列を別の文字列に置き換える(置換する)機能を追加する。例えば、以下のように入力文字列と検索文字列、置換文字列の3つの文字列を入力し、検索文字列が見付かった場合に、その文字列を置換文字列に置き換える。 (他の表示方法でも構わない)
```
string="You should turn on your computer."
pattern="on"
replace="off"

You should turn off your computer.
```
- 上記以外の機能拡張を行う。
  各自で考えた機能をプログラムに追加する。 (どういう拡張を行なったかをきちんと説明すること)
有理数(分数)を扱うプログラムを作成せよ。構造体は以下の定義を用いて四則演算を行なう各関数を作成せよ。
```
/* 有理数(分数)を表現する構造体 */
typedef struct rational_number {
    int    numer;    /* 分子 (numerator) */
    int    denom;    /* 分母 (denominator) */
} rational_number;
```
ただし、負の値の場合には常に分子側に '-'(マイナス符号)が表示されるようにすること。 (つまり、分母側の値は必ず正の値として表示するということ)

また、表示する際に既約分数として表示すること。

ヒント：既約分数にするには分母と分子をお互いの最大公約数で割ればよい。
最大公約数の求める方法としては「ユークリッドの互除法」が有名である。
(「ユークリッドの互除法」についてはプロ演１の課題１を思い出すこと。プログラムの見通しをよくするため、二つの整数の最大公約数を求める関数 int gcd(int a, int b) を作るとよい)

プログラムの雛型をここに置いておくので、このプログラムをベースにして必要なコードを追加するとよい。

以下は実行例である。入力する数値をいろいろ変えてみること。 (最低3パターンを試すこと)
```
input number (a.numer) = 10
input number (a.denom) = 20
input number (b.numer) = 30
input number (b.denom) = 40
[ 1/2 ] + [ 3/4 ] = [ 5/4 ]
[ 1/2 ] - [ 3/4 ] = [ -1/4 ]
[ 1/2 ] * [ 3/4 ] = [ 3/8 ]
[ 1/2 ] / [ 3/4 ] = [ 2/3 ]
```
オプション課題
プログラムを機能拡張する。
(どういう拡張を行なったかをきちんと説明すること)

例えば、分母や分子の値に誤って浮動小数点数などが入力された場合にエラーとして報告したり、同等の有理数に変換して処理を継続するなどの改良を行なう、などが考えられる。(これに限らず他の機能拡張でもよい)
有理数(分数)を扱うプログラムにおいて以下のように桁数が大きい入力を与えたときに実行結果がどうなるを予想せよ。また、実際の実行結果がどうなるかを調べよ。
```
input number (a.numer) = 1000000
input number (a.denom) = 2000000
input number (b.numer) = 3000000
input number (b.denom) = 4000000
```
もし、実行結果が期待されるものと異なる場合には何故そうなるのかを考察せよ。

ヒント：演習で使用している windows PCにおいて、 int型の変数が表現可能な値の範囲は -2147483648(-2³¹)～2147483647(2³¹-1)である。

余力があれば、期待される動作をするプログラムにするためにはどうしたらよいかを検討すること。

注意：これはプログラムの作り方によって予想外の動作をする例であるので、結果がおかしいからといって課題3のプログラムが完成していないわけではない。課題3においては入力値が4桁までの範囲で期待通りの結果になればよいものとする。

オプション課題
最初の課題プログラム(入力された数字を浮動小数点数に変換するプログラム)において入力桁数を大きくするとどうなるかを予想し、実際の結果と比較せよ。
もし、実行結果が期待されるものと異なる場合には何故そうなるのかを考察せよ。

文責：大津

入力文字列	(条件)
25	(整数のみ)
19.19825	(浮動小数点数)
0.11235	(小数部分のみ)
2816.	(小数点より後の小数部がない)
.314	(小数点より前の整数部がない)
1.2a3b5d	(数字以外の文字を含む)
3..221	(連続した小数点を含む)
9.2.3	(2個所で小数点を含む)
1 . 04	(途中に空白を含む)