【プログラミング言語】命令型言語・手続き型言語を理解する Part2

手続き

命令型言語では、複雑なシステムを部品化（モジュール化）し、その部品化されたプログラム単位を手続きと呼ぶ。（アセンブリ言語でいうサブルーチン）

手続き定義のEBNF

＜手続き定義＞ ::= ＜返り値の型名＞＜手続き名＞（＜仮引数＞）＜手続き本体＞ 

sample.c

int square(int x) {  // xが仮引数
  return x * x;
}

値渡しとポインタ渡し（値共有）と参照渡し（変数共有）

変数は、大きく分類して「値型」「ポインタ型・参照型」がある。

• 値型変数 : 変数は値（データ）そのものを保持する
• ポインタ型・参照型 : 値（データやオブジェクト）のアドレス値・参照値を保持して、値をポイント・参照する

変数の渡し方には「値渡し」「ポインタ渡し」「参照渡し」がある。

・値渡しの特徴
変数が保持している値をコピーして渡す。値型変数であれば値のコピー、アドレス型・参照型変数であればアドレス値・参照値のコピーを渡す。
実引数と仮引数は別々の変数。仮引数に再代入しても実引数に影響しない。
→関数に引数のコピーを渡す方法であり、関数内で引数の変更をしても、呼び出し元のデータに影響を与えたくない場合に使用する。

sample.py

def increment(value):
    value = value + 1

x = 15
increment(x)
print(x)  # 15（変更されていない）

a = increment(x)
print(a)  # 16

・ポインタ渡しの特徴
ポインタ型・参照型変数が保持しているアドレス値・参照値を渡す。変数が保持している値（アドレス値・参照値）を渡すので値渡しの一種である。「参照の値渡し」である。
実引数と仮引数は別々の変数。仮引数に再代入しても実引数に影響しない。
ポイント・参照先の値（データやオブジェクト）はコピーせずに共有する。
ポイント・参照先の値の内容を変更すると呼び出し元の値に影響する。
→関数内でポイント・参照先の値を変更し、その変更が呼び出し元のデータに反映されることを望む場合に使用する。また大きなデータを渡す場合にも必要となる。
C言語の配列は自動的にポインタ渡しとなる。PHPの配列は値渡しで配列のコピーが渡る。
C言語の構造体は値型で構造体のコピーが渡る。

sample.py

def increment_array(arr, index):
    arr[index] = arr[index] + 1

numbers = [1, 2, 3]
increment_array(numbers, 1)
print(numbers)  # 出力: [1, 3, 3]（更新されている）

・参照渡しの特徴
変数への参照を渡す。
実引数と仮引数は同一の変数。仮引数に再代入すると実引数に代入される。
→値型変数の値のコピーせずに共有したい場合に使用する。戻り値が複数ある場合に引数に値を返したいときに使用する。

値渡しは値（データ）のコピーを渡し、ポインタ渡しや参照渡しは値（データやオブジェクト）を共有し、参照渡しは変数を共有する。

sample.c

void increment(int a, int *b) {  // アドレスを仮引数bで受ける
    a = 10;
    *b = 10;                     // ポインタbの参照先を10に変更
}
int main() {
    int x = 5;
    int y = 5;
    increment(x, &y);            // アドレス自体(&y)を値渡しする
    printf("%d %d\n", x, y) ;    // 5 10
}

ここで一つ思い出したいのが、scanf("%d", &x);である。ユーザーからの入力を受け取る際に書いていたものだが、これはアドレス渡しに依るものである。ここで意味していることは、xのアドレスをscanf()の仮引数に渡し、xの右辺値をポインタ経由で書き換えることである。

スコープと存続範囲

変数の存続範囲とは、変数に対してメモリ領域を割り当てている期間のこと。
スコープ=存続範囲ではない。以下に、その例を与える。

sample.c

void main() {
    int *p;
    {
        int x = 6;
        p = &x;
    }                    // xのスコープはここまでだが存続範囲は続く
  //printf("%d\n", x);   // スコープ外なのでエラー
    printf("%d\n", *p);  // 6
    *p = 15;             // 値の書き換えも可能
    printf("%d\n", *p);  // 15
}

ここでxのスコープは複文（{}で囲まれた文）の期間に等しいが、xのメモリ領域はprintf("%d\n", *p); // 6より、まだ存続していることがわかる。したがって、スコープ=存続範囲ではないといえる。

メモリ

実行時スタック

スタックの振る舞いの例として以下に図を掲載する。スタックにはpushでレコード（関数の呼び出しごとに必要な情報を格納するメモリ領域）を収納し、popで上から順にレコードを取り出し、実行する。

メモリ領域の構成

以下に、C言語におけるメモリ領域を図で示す。

ヒープは動的にメモリを確保するための領域であり、malloc()やfree()を通じて自由に操作可能である。ここでmalloc()について注意点を述べる。

mallocによる動的メモリ確保

例えば、array[8]のint型をメモリで確保するとき、（4バイト）*8の32バイトが必要となる。しかし、malloc(8)では8バイトの領域しか確保されていない。したがって、malloc(sizeof(int) * 8)とするのである。
sizeof(int)は4バイトを示す。