プログラミング演習２（課題３，第１回）

分割コンパイル

分割コンパイルとは？

複数のファイルに分割してプログラムを作成する．
最後にそれらを１つの実行形式としてまとめる．

分割コンパイルの目的

大きなサイズのアプリケーションを１つのファイルで作成すると，だんだんファイルサイズ（行数）が大きくなっていき，デバッグがやりにくい．
複数の人で１つのアプリケーションを作成したい．（１つのファイルを複数人で修正する場合，その修正の同期を取る必要がある．）
以前作ったプログラムを部品として使いまわしたい．
部分的に再コンパイルすることでコンパイルの時間を短縮できる．

単一のファイルでプログラムを作成する

例）銀行での操作

作業１） bankという名前のプロジェクトを作成し，下記のようなbank.cというソースファイルを作成する．ビルドし，実行して，動作を確認する．

ソースファイル名(bank.c)

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

/* 個人情報構造体の宣言 */
struct private_info{
	int amount; // 残高
	int password; // パスワード
};
/* 個人情報構造体の実体 */
struct private_info info={10000,1111};

/* 関数プロトタイプ */
void insertCard();
void enterPassword();
void showAmount();
void deposit();
void withdraw();
void check();

/* メイン関数 */
int
main(void){
	char buff[2];
	printf("ご利用内容を選択してください [ 預入:d, 引出:w, 照会:s, 終了:f ]\n>>");
	while(fgets(buff,sizeof(buff),stdin) != NULL) {
		fflush(stdin);
		if(strcmp(buff,"d") == 0) {
			deposit(); // 預入
		} else if(strcmp(buff,"w") == 0) {
			withdraw(); // 引出
		} else if(strcmp(buff,"s") == 0) {
			check(); // 照会
		} else if(strcmp(buff,"f") == 0) {
			break; 
		}
		printf("ご利用内容を選択してください [ 預入:d, 引出:w, 照会:s, 終了:f ]\n>>");
	}
	return (EXIT_SUCCESS);
}

/* カード挿入関数 */
void
insertCard(){
	printf("カードが挿入されました\n");
}

/* パスワード入力関数 */
void
enterPassword(){
	char pass[5];

	printf("パスワードを入力してださい\n>>");
	while(fgets(pass,sizeof(pass),stdin) != NULL) {
		fflush(stdin);
		if(info.password != atoi(pass)) {
			printf("パスワードが間違っています．もう一度入力してください\n>>");
		} else {
			break;
		}
	}
	printf("認証に成功しました\n");
}

/* 残高表示関数 */
void
showAmount(){
	printf("現在の残高は %d 円です\n",info.amount);
}

/* 預入関数 */
void
deposit(){
	char buff[128];
	int dep;

	insertCard(); // カード挿入

	printf("預ける金額を入力してください\n>>");
	while(fgets(buff,sizeof(buff),stdin) != NULL) {
		fflush(stdin);
		dep = atoi(buff);
		if(dep < 0) {
			printf("不正な金額です．再度，預ける金額を入力してください\n>>");
		} else {
			info.amount += dep;
			break;
		}
	}
	showAmount(); // 残高表示
}

/* 引出関数 */
void
withdraw(){
	char buff[128];
	int dep;

	insertCard(); // カード挿入
	enterPassword(); // パスワード入力

	printf("引き出す金額を入力してください\n>>");
	while(fgets(buff,sizeof(buff),stdin) != NULL) {
		fflush(stdin);
		dep = atoi(buff);
		if((dep < 0) || (dep > info.amount)) {
			printf("不正な金額です．再度，引き出す金額を入力してください\n>>");
		} else {
			info.amount -= dep;
			break;
		}
	}
	showAmount(); // 残高表示
}

/* 残高照会関数 */
void
check()
{
	insertCard(); // カード挿入
	enterPassword(); // パスワード入力
	showAmount(); // 残高表示
}

ソリューションエクスプローラ内

複数のファイルで構成する

ヘッダファイルの使い方

プログラムの設計図(プロトタイプ)
ヘッダファイルの構成
- #include（ファイル挿入），#define（マクロ定義）などのプリプロセッサコマンド
- typedef（同義語作成）
- enum（列挙型），struct（構造体の宣言）,union（共用体の宣言）
- extern（外部変数の宣言）
includeして利用する際，#include "foo.h"とする（includeする側のファイルのあるディレクトリを探しに行く，ディレクトリが階層化されていても良い（例えば#include "./inc/bar.h"）， #include <foo.h>とすると処理系で指定されたディレクトリを探しに行く）
ヘッダファイル内で他のヘッダファイルを#includeしても良い

作業２） ソースファイルフォルダ内のbank.cを下記のように変更する．ソースファイルフォルダ内にbank_common.cを，ヘッダーファイルフォルダ内に bank_common.hを下記の内容で新たに作成し，（ビルドではなく）リビルドする．

ソースファイル名(bank.c)

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "bank_common.h"

void deposit();
void withdraw();
void check();

int
main(void){
/*変更なし*/
}

void
deposit(){
/*変更なし*/
}

void
withdraw(){
/*変更なし*/
}

void
check(){
/*変更なし*/
}

ヘッダファイル名(bank_common.h)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct private_info{
	int amount;
	int password;
};
struct private_info info={10000,1111};

void insertCard();
void enterPassword();
void showAmount();

ソースファイル名(bank_common.c)

#include "bank_common.h"

void
insertCard(){
/*変更なし*/
}

void
enterPassword(){
/*変更なし*/
}

void
showAmount(){
/*変更なし*/
}

ソリューションエクスプローラ内

作業３） リビルドに失敗(infoは既にbank.objで定義されているというエラー)するので，以下の様にプログラムを修正し，再度リビルドする．

ソースファイル名(bank.c)

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "bank_common.h"
struct private_info info={10000,1111};

void deposit();
void withdraw();
void check();

int
main(void){
/*変更なし*/
}

void
deposit(){
/*変更なし*/
}

void
withdraw(){
/*変更なし*/
}

void
check(){
/*変更なし*/
}

ヘッダファイル名(bank_common.h)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct private_info{
	int amount;
	int password;
};
extern struct private_info info;

extern void insertCard();
extern void enterPassword();
extern void showAmount();

エラーの理由

bank.cがコンパイルされるときに，bank_common.hが呼ばれ， struct private_info infoが定義される．bank_common.cがコンパイルされるときにも bank_common.hが呼ばれ，struct private_info infoが定義される．すなわち，bank.c,bank_common.c単独ではそれぞれコンパイルが通る．しかしながら，このbank.objとbank_common.objがリンクされる時に，定義の衝突が起こる．

対策

ヘッダファイルには外部変数の定義を書くべきではない．ヘッダファイル内には外部変数の宣言のみを行い，その定義は別で行う．

記憶クラス

局所変数（ローカル変数）：関数内で定義され，その関数のみで参照できる．他の関数からは参照できない
広域変数（グローバル変数）：関数外で定義され，どの関数からも参照できる．

void function(void);
int a;
int main(void){
	int b;

}
void function(void){
	int c;
	int b;
	int a;

}

自動変数(auto)
- 関数内で定義され，その関数内でのみ参照できる(=ローカル変数）
- 関数が呼び出されると，メモリ上にスタックされ，関数が終了するとメモリ上から消滅する
- auto int a;のように定義するが，普通，autoは省略される
外部変数(extern)
- 関数外で定義され，どの関数からも参照できる(=グローバル変数)
- プログラムが開始されると，メモリ上の同じ場所を常に占有する
- extern int a;のように宣言する
- 複数のモジュールを利用する場合は，外部変数の定義(記憶領域を割り当てる，externをつけない)と外部変数の宣言（記憶領域を割り当てない，externをつける）
- 関数内で外部変数をexternを使って宣言すると，その関数内のみで参照可能になる
- 変数名の衝突やモジュールの独立性が低下する（多用しない方が良い）
静的変数(static)
- 関数内で定義され，その関数内でのみ参照できる
- プログラムが開始されると，メモリ上の同じ場所を常に占有する
- プログラム開始時に一度だけ初期化される
- 外部的なstatic（変数，関数のプライベート化）

ソースファイル名(main.c)

#include "subA.h"
#include "subB.h"

int main(void){
	funcA(10,20);
	funcB(30,40);
}

ヘッダファイル名(subA.h)

#include <stdio.h>

void funcA(int x,int y);

ヘッダファイル名(subB.h)

#include <stdio.h>

void funcB(int x,int y);

ソースファイル名(subA.c)

#include "subA.h"

static int add(int x,int y){
	return (x+y);
}
void funcA(int x,int y){
	printf("%d + %d = %d\n",x,y,add(x,y));
}

ソースファイル名(subB.c)

#include "subB.h"

static int add(int x,int y){
	return (x+y);
}
void funcB(int x,int y){
	printf("%d + %d = %d\n",x,y,add(x,y));
}

問題点

AさんがsubA.h, subA.cをBさんがsubB.h, subB.cを開発している． Aさん，Bさんはあまり打合せをせずに，開発を進めてしまっている． 2人とも，個人的にaddという関数を勝手に作って利用したい．

対策

個人的に利用したい関数，変数はstaticをつけて，他のモジュールから参照できないようにする．

多重includeの回避

作業４） ソースファイルフォルダ内のbank.cを下記のように変更する．ソースファイルフォルダ内にbank_operation.cを，ヘッダーファイルフォルダ内に bank_operation.hを下記の内容で新たに作成し，リビルドする．

ソースファイル名(bank.c)

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "bank_common.h"
#include "bank_operation.h"

struct private_info info={10000,1111};

int
main(void){
/*変更なし*/
}

ヘッダファイル名(bank_operation.h)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "bank_common.h" /* depositなどの関数内でinsertCardなどの関数を使用しているのでincludeしなければならない */

extern void deposit();
extern void withdraw();
extern void check();

ソースファイル名(bank_operation.c)

#include "bank_operation.h"

void deposit(){
/*変更なし*/
}

void withdraw(){
/*変更なし*/
}

void check(){
/*変更なし*/
}

ソリューションエクスプローラ内

作業５） リビルドに失敗(private_infoがの再定義エラー)するので，以下の様にプログラムを修正し，再度リビルドする．

ヘッダファイル名(bank_common.h)

#ifndef BANK_COMMON_H
#define BANK_COMMON_H
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

struct private_info{
	int amount;
	int password;
};
extern struct private_info info;

extern void insertCard();
extern void enterPassword();
extern void showAmount();
#endif

ヘッダファイル名(bank_operation.h)

#ifndef BANK_OPERATION_H
#define BANK_OPERATION_H
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "bank_common.h"

extern void deposit();
extern void withdraw();
extern void check();
#endif

エラーの理由

bank.cがコンパイルされる際に，まずbank_common.hがincludeされ， struct private_infoが定義される．次に，bank_operation.hがincludeされる．この時，bank_operation.hはbank_common.hをincludeしているので，また，struct private_infoが定義され，同じ構造体が2回定義されることになり，コンパイルエラーとなる．

対策

条件付コンパイルを用いることで多重includeを回避する．
VC++では#pragma onceで同様のことが可能であるが移植性が下がる

練習問題

練習問題１）下記のプログラムが動作するようにsub.cを修正せよ．(main.c,sub.hは修正不可)

ソースファイル(main.c)

#include <stdio.h>
#include "sub.h"

int a=10;
int b=20;

int
main(void){
	printf("%d + %d = %d\n",a,b,add());
}

ヘッダファイル(sub.h)

extern int a;

int add();

ソースファイル(sub.c)

#include "sub.h"

int add(){
	return (a+b);
}

練習問題２）下記のmain.c（変更不可）を動作させるためにsub.cに追加を行い，対応するsub.hを作成せよ．(strcpyに関するコンパイルエラーは無視しても良い．但しstring.hが必要)

ソースファイル(main.c)

#include "sub.h"

int
main(void){
	struct student member;
	init(&member,"宇大　太郎",20);
	print(member);
}

ソースファイル(sub.c)

void
init(struct student *member,char *name,int age){
	strcpy(member->name,name);
	member->age  = age;
}

void
print(struct student member){
	printf("名前:%s\n",member.name);
	printf("年齢:%d\n",member.age);
}

ヘッダファイル(sub.h)