#1. はじめに
今回はC言語の基礎について記載する．

##実行環境
###OS

macOS Mojave

一応，バージョンは最新にしておく．

###テキストエディタ

mi
Visual Studio Code（日本語化は必要に応じてする）

その他，自分に合ったテキストエディタを使用する．

※インデント機能や予約語の色分け機能など，C言語プログラミングに向いたテキストエディタを使用すること．

テキストエンコーディング：UTF-8
改行コード：LF(UNIX)

##ソース作成から実行まで

テキストエディタで***.cの形式で保存．***の部分（ソースファイル名）は自分で決めて良い．
ターミナル.appを開き，以下を入力．$は入力せず，それ以降を入力しreturnキーを押下．

ソースファイル名 と実行ファイル名は自分で決めて，置き換えること．
保存先はデスクトップとする．

terminal

$ cd desktop
$ gcc -o 実行ファイル名 ソースファイル名.c
$ ./実行ファイル名

上では

保存先（デスクトップへ移動）
コンパイル（ソースファイルと同じフォルダに，実行ファイルの生成）
実行

をしている．

※実際は，ソースファイル名と実行ファイル名は同じにした方がわかりやすい．
例
保存先：デスクトップ直下にあるsrcフォルダ
ソースファイル名：test.c
実行ファイル名：test

terminal

$ cd desktop/a
$ gcc -o test test.c
$ ./test

gccコマンドでerrorやwarningが発生した際は，プログラムの記述に何らかの誤りがある．
誤りを正し，保存してから再びgccコマンドでコンパイルをする．
※保存を忘れると，修正が反映されない．

##用語
ブロック：中括弧{ }，またはその内部．この中の処理が1つの場合は，{ }を省略できる．
変数：値（整数，小数，文字）を入れる箱．同じ変数に再び値を代入すると，値は上書きされる．

##フォーマット

使用頻度が高いものを示す．

型	説明	入力	出力
int	整数	%d	%d
double	小数	%lf	%f
char	文字	%c	%c
char[ ]	文字列	%s	%s

※double型の入力フォーマットである%lfのlを忘れないこと．

※文字とは1文字のみであり，文字列とは複数の文字の並び．

##無限ループ時の対処
プログラムに誤りがあり無限ループに陥ってしまった場合は，ターミナルで
control+cキー押下で終了する．

これでも終了しない場合は，macの強制終了で停止を試みること．

ちなみにターミナルの画面をクリアしたい際は，ターミナルで
control+lキーを押下する．

#2. 内容

##2.1. 基本構文

test1.c

int main(void)
{

    return 0;
}

基本的にプログラムは，main関数内部かつreturn 0;より上に書く．

##2.2. コメント（注釈）
プログラムには影響しない．プログラムを作成・共有する際のメモ．
//以降から行末まで（＝1行コメント），/*と*/で囲った部分（＝複数行コメント）がコメントアウトされた部分となる．

test2.c

int main(void)
{
    //1行コメント
    
    /*
       複数行コメント
       複数行コメント
    */

    return 0;
}

##2.3. 出力（表示）

printf() という関数を用いる．

また，printf()という関数はstdio.hという標準ライブラリに定義されているため，これを読み込む処理が必要となる．このようなライブラリ読み込みは先頭行に書く．
詳しくは下記サイト等を参考にするとよい．

C言語関数辞典 - stdio.h

文字列は" "で囲むこと．
改行は\n（Windows環境なら¥n）で表現．

※処理の末尾にはセミコロン;を付け忘れないこと．

test3.c

#include<stdio.h>  //printf()を使用するため，これが定義されている stdio.h を読み込む
int main(void)                           //main関数
{                                        //main関数の有効範囲開始端
    printf("QiitaでC言語プログラミング\n"); //指定した文字列の表示

    return 0;                            //main関数の終了を表す．
}                                        //main関数の有効範囲終了端

ちなみに，\（¥）はエスケープ文字といい，特殊文字を表現する際に用いる．
例えば，

printf("   文字列は\"\"で囲うこと．改行には\\nと書く   \n");

とすると，

   文字列は""で囲うこと．改行には\nと書く

と表示される．
ダブルクォーテーション" "は二重になってしまうため，\を直前に置くことで表示する．
また，\自身も特殊な意味を持つ文字のため，"\\"とすることで\と表示する．

% を表示するには次のようにする．

printf(" %% \n");

こうすると

と表示される．

##2.4. 変数（int，double，char）
変数名は文字（アルファベット）またはアンダースコア_から始まること．
定義する際は，直前にデータ型を記述する．これによって，どのようなデータかを決める．

特によく用いるデータ型としてint型，double型，char型を例に挙げる．

test4.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a=10;      //整数型変数aに10を代入
    double b=3.5;  //小数型変数bに3.5を代入
    char c='A';    //文字型変数cにAを代入．シングルクォーテーションで文字を囲むこと

    printf("aの値は%dです\n",a);   //表示，intの型出力フォーマットは%dであり， ,a で変数を指定
    printf("bの値は%fです\n",b);   //表示，doubleの型出力フォーマットは%fであり， ,b で変数を指定
    printf("cの文字は%cです\n",c); //表示，charの型出力フォーマットは%cであり， ,c で変数を指定

    return 0;
}

なお，上のように変数の宣言と同時に値を代入することを初期化といい，その値を初期値という．

ただし，上の場合は小数表示において，小数点以下第6位まで表示される．
例として，小数第3位まで表示したい場合は次のようにする．

double b=1.234;
printf("%.3f\n",b);

また，今回変数を使った部分に直接値を設定することも可能である．

printf("整数=%d\n",10);
printf("小数=%f\n",3.5);
printf("文字=%c\n",'A');
printf("文字列=%s\n","ABCabc012");

printf("5+10=%d\n",5+10); //計算結果を表示することも可能．四則演算については次項で説明する．

##2.5. 四則演算

加算に+，減算に-，乗算に*，除算に/，剰余演算に%を用いる．
自身の変数で演算して代入することも可能．
また，その際は短縮表記もある．
例えば，a=a+5はa+=5（加算代入演算子という）と短縮できる．
a=a+1はa++（後置増分演算子という），または++a（前置増分演算子という）と短縮できる．

※a=a++ではないので注意．上の後置増分演算子の場合は，短縮の際a=は不要である．
（前置，後置の違いはここでは触れないが，単体で扱う際はどちらも同じ結果となる）

test5.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a;

    a=10;
    a=a+5;               //10+5をaに代入，短縮系：a+=5
    printf("a=%d\n",a);

    a=10;
    a++;               //10+1をaに代入，++aも同様
    printf("a=%d\n",a);

    a=10;
    a=10-4;              //10-4をaに代入，短縮系：a-=4
    printf("a=%d\n",a);

    a=10;
    a--;               //10-1をaに代入，--aも同様
    printf("a=%d\n",a);

    a=10;
    a=10*3;              //10×3をaに代入，短縮系：a*=3
    printf("a=%d\n",a);

    a=10;
    a=10/2;              //10÷2をaに代入，短縮系：a/=2
    printf("a=%d\n",a);

    a=10;
    a=10%3;              //10÷2の余りをaに代入，短縮系：a%=3
    printf("a=%d\n",a);


    return 0;
}

##2.6. 入力

scanf() という．
printf()同様にstdio.hに定義されている．

test6.c

#include<stdio.h>  //scanf，printf()を使用するため，これらが定義されている stdio.h を読み込む
int main(void)
{
    int a;
    double b;
    char c;

    printf("整数の入力---->"); //整数入力を促す表示，これがないと入力待ちが分かりづらい
    scanf("%d",&a);          //入力，int型の出力フォーマットは%dであり， ,&a で変数（厳密にはアドレス）を指定
    printf("小数の入力---->"); //小数入力を促す表示，これがないと入力待ちが分かりづらい
    scanf("%lf",&b);          //入力，double型の出力フォーマットは%lfであり， ,&b で変数（厳密にはアドレス）を指定
    printf("文字の入力---->"); //文字入力を促す表示，これがないと入力待ちが分かりづらい
    scanf("%c",&c);          //入力，int型の出力フォーマットは%cであり， ,&c で変数（厳密にはアドレス）を指定

    printf("入力された整数は%dです\n",a); //int型変数aの表示
    printf("入力された小数は%fです\n",b); //double型変数bの表示
    printf("入力された文字は%cです\n",c); //char型変数cの表示

    return 0;
}

※scanf()において，アドレス演算子&の付け忘れに注意（ここではアドレス演算子の意味には触れない）

##2.7. 配列
一つの変数に複数の値を保持するための仕組み．
0から始まる整数の添え字で個々の要素を区別する．

宣言時にデータを格納（初期化）してる場合に限り，確保する要素数（メモリ量）を省略できる．配列長はその大きさとなる．
例を次に示す．

int a[]={10,3,0,-5,2}; //確保するメモリ量を省略．データを5つ入れてるので int a[5]=･･･ と同じ

int b[]; //このように初期化（宣言時にデータを格納）していない場合はエラーとなる．この場合は，確保するメモリ量は省略してはならない．

※「1つ目の値は要素0番目，2つ目の値は要素1番目，･･･，n個目の値は要素n-1番目」のようにずれていることに注意

test7.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a[3]={3,5,1};          //int型配列で要素を3つ確保
    double b[3]={3.4,5.0,2.8}; //double型配列で要素を3つ確保
    char c[3]={'d','4','B'};   //char型配列で要素を3つ確保

    a[1]=4;                    //要素の上書き，5 → 4
    b[0]=3.2;                  //要素の上書き，3.4 → 3.2
    c[2]='A';                  //要素の上書き，'B' → 'A'
 
    //要素を指定して1つずつ表示
    printf("a[0]=%d\n",a[0]);  
    printf("a[1]=%d\n",a[1]);
    printf("a[2]=%d\n",a[2]);

    printf("b[0]=%f\n",b[0]);  
    printf("b[1]=%f\n",b[1]);
    printf("b[2]=%f\n",b[2]);

    printf("c[0]=%c\n",c[0]);  
    printf("c[1]=%c\n",c[1]);
    printf("c[2]=%c\n",c[2]);

    return 0;
}

配列の要素を1つずつ表示するのは面倒だが，繰り返し文を使うことで楽にできる．これについては後述する．

##2.8. 文字列

C言語にはStringという文字列を格納する変数の型がない．
そこで，char型配列で実現する．

格納文字列長+1の要素を確保すること．余分に1つ確保するのは空文字，ヌル記号，終端記号と呼ばれる\0を格納するため（ここではヌル記号の意味には触れない）．
ヌル記号\0はヌルポインタNULLとは異なる（ここではヌルポインタの意味には触れない）．

一応言っておくと，\0で1文字という扱いである．

さらに言うと，全角文字の場合は半角文字よりもメモリを多く消費する．半角文字3文字分（＝要素3つ分）である．
（string.hに定義されているstrlenという関数で調べてみるとわかる）

test8.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    char str1[10]="test";
    char str2[20]="message";
    char str3[15]={'A','a','0'};
    char str4[20];
    char str5[20];

    printf("文字列str4の入力---->");
    scanf("%s",&str4[0]);          //要素0番目から入力

    printf("文字列str5の入力---->");
    scanf("%s",str5);              //&をなくすと，先頭（要素0番目）からの入力となり，要素番号の指定もなくす必要がある

    str2[7]='!';                   //要素7番目（文字列の8文字目）を指定し文字の上書き

    printf("str1=%s\n",str1);
    printf("str2=%s\n",str2);
    printf("str3=%s\n",str3);
    printf("str4=%s\n",str4);
    printf("str5=%s\n",str5);

    return 0;  
}

ちなみに，main関数のreturn 0;を省略して

char str[4];
printf("%s\n",str);

とすると文字化けする．
また，格納文字列長+1の要素を確保せずに文字列の標準関数を使用すると，

[User:desktop user]$ ./string
Abort trap 6

のようなエラーが発生する．
例えばstring.hからstrcpyという関数を使用する際，コピー先の配列の要素数が格納文字列長以下（ヌル記号\0が格納できない）の時に，上のエラーが発生する．

##2.9. 条件分岐

条件式は次の通り．
バーティカルバー|は，Qiitaの表の仕様の都合により全角で書いていますが，実際に使う際は半角に直すこと．

条件式	意味
a==b	aとbは等しい
a!=b	aとbは等しくない
a<b	aはbより小さい（未満）
a>b	aはbより大きい（超過）
a<=b	aはbより小さいか等しい（以下）
a>=b	aはbより大きいか等しい（以上）
a&&b	aでありb（aかつb，論理積(AND)）
a｜｜b	aまたはb（論理和(OR)）
!a	!aではない（否定(NOT)）

###2.9.1. if文

test9-1-1.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a=10;

    if(a<5){
        printf("aは5より小さい\n");
    }
    else if(a==5){
        printf("aは5と等しい\n");
    }
    else{
        printf("aは5より大きい\n");
    }

    return 0;
}

上のようにif文の中の処理が1つの場合は，中括弧{ }は省略できる．これを次に表す．

test9-1-2.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a=10;

    if(a<5) printf("aは5より小さい\n");
    else if(a==5) printf("aは5と等しい\n");
    else printf("aは5より大きい\n");

    return 0;
}

また，if文の条件を次のように表す場合がある．

int a=5;
if(a){
    printf("aは0ではない\n");
}else{   //if文で指定する場合は，if(!a)とする
    printf("aは0である\n");
}

論理値にtrueとfalseがあり，数値の場合は0以外の数（便宜的に1）がtrue，0がfalseである．
trueとは条件を満たすこと（真）を，falseとは条件を満たさないこと（偽）を示す．

ちなみに，trueとfalseという2種類のみの値を扱うbool型がある．
これはstdbool.hに定義がある．読み込むことで使用できる．

test9-1-3.c

#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>
int main(void)
{
    bool flag=true;

    if(flag) printf("flagはtrue\n");
    if(!flag) printf("flagはfalse\n");

    return 0;
}

###2.9.2. switch文
if文とは異なり，switch()の括弧の中（式）やcase句の値が整数である場合のみ使用することができる．そのため，小数・文字列などをもとに条件分岐はできない．

test9-2.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a=1;

    switch(a){  //aをswitch文の判定にかける
        case 0: //aが0のとき
            printf("case 0\n");
            break;
        case 1: //aが1のとき
            printf("case 1\n");
            break;
        case 2: //aが2のとき
            printf("case 2\n");
            break;
        default: //aが上記以外のとき
            printf("default\n");
            break; //switch文から抜ける
    }

    char b='A'; //'A'はASCIIコードにおいて10進数で65である

    switch(b){  //bをswitch文の判定にかける
        case 30: //bが0のとき
            printf("case 30\n");
            break;
        case 48: //bが48のとき
            printf("case 48\n");
            break;
        case 65: //bが65のとき
            printf("case 65\n");
            break;
        default: //bが上記以外のとき
            printf("default\n");
            break; //switch文から抜ける
    }

    char c='b';

    switch(c){  //bをswitch文の判定にかける
        case 'a': //cが'a'のとき
            printf("case 'a'\n");
            break;
        case 'b': //cが'b'のとき
            printf("case 'b'\n");
            break;
        case 'c': //cが'c'のとき
            printf("case 'c'\n");
            break;
        default: //cが上記以外のとき
            printf("default\n");
            break; //switch文から抜ける
    }

    return 0;
}

※各case句とdefault句で必ずbreakを書くこと．breakについては後述する．
これを忘れると，分岐条件に関係なくswitch文を上から順に実行してしまう．

##2.10. 繰り返し処理

同じ処理を繰り返すためのもの．特に配列との相性が良く，併せて使うことが多い．

###2.10.1. for文

構文

for(初期化;継続処理;増分){
    繰り返す処理
}

test10-1.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a[5]={5,3,7,2,10};
    int i;

    for(i=0;i<5;i++){
        printf("%d個目のデータは%d\n",i+1,a[i]);
    }

    return 0;
}

for文の継続条件を指定しない場合，無限ループとなる．脱出の仕方は後述．

for文による無限ループ

for(;;){
    printf("test\n");
}

###2.10.2. while文

構文

while(継続条件){
    繰り返す処理
}

test10-2.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a[5]={5,3,7,2,10};
    int i=0;
    
    while(i<5){
        printf("%d個目のデータは%d\n",i+1,a[i]);
        i++;
    }

    return 0;
}

while文の継続条件を**真（true）**にした場合，無限ループとなる．脱出の仕方は後述．

while文による無限ループ1

while(1){
    printf("test\n");
}

while文による無限ループ2

#include<stdbool.h>
while(true){
    printf("test\n");
}

###2.10.3 do-while文

while文との違いは次の構文から分かるが，処理をしてから条件を満たしているかを比較する．
つまり，最初から条件を満たしていなくても最低1回は処理を行う．

構文

do{
    繰り返す処理
}while(継続条件);

test10-3.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a[5]={5,3,7,2,10};
    int i=0;

    do{
        printf("%d個目のデータは%d\n",i+1,a[i]); //最低1回は実行される
        i++;
    }while(i<0);  //iが0未満，絶対に条件を満たすことはない


    return 0;
}

##2.11. break文

条件を満たす時，最も内側のループを1つだけ抜ける．
ループではないが，switch文でも用いる．

test11.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int i,j;

    for(i=0;i<3;i++){
        for(j=100;j>90;j--){
            printf("i=%d,j=%d\n",i,j);
            if(j==95) break;
        }
    }

    return 0;
}

##2.12. continue文

条件を満たす時，本来繰り返す処理をスキップする．

test12.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int i;

    for(i=0;i<5;i++){
        if(i==2) continue;
        printf("i=%d\n",i);
    }

    return 0;
}

##2.13. goto文

条件を満たす時，指定された場所へジャンプする．
多重ループから一気に抜ける時などに用いる．break単体ではプログラムが複雑になってしまうため，こちらを使う方が良い．

test13.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int i,j;

    for(i=0;i<3;i++){
        for(j=100;j>90;j--){
            if(j==95) goto abc; //jが95の時，abcへジャンプする
            printf("i=%d,j=%d\n",i,j);
        }
    }

    abc:; //ジャンプ先．これの名前は任意で設定可．セミコロンは処理を入れる時の末尾につけるものであり，この場合はなくても良い
 
    printf("End\n");

    return 0;
}

##2.14. 関数
main関数の他に関数を自作することができる．自作関数は複数書くことができる．

自作した関数はmain関数の下に書く．ただ，これではmain関数内で自作関数が呼び出された時にコンピュータは理解できない．プログラムはコードの上から下へ順に読み，実行するためである．
そのため，main関数の上にはプロトタイプ宣言を書く．書き方としては，関数の定義と同じく次のように書く．

戻り値関数名(引数);

引数：その関数に渡す値．
戻り値：呼び出した側に返す値．

###2.14.1. 引数なし・戻り値なし

test14-1.c

#include<stdio.h>

void sub(void);   //引数や戻り値はない場合は void と書く

int main(void)    //main関数の戻り値の int は return 0; の 0 のデータ型のこと
{
    sub();        //呼び出しは 関数名() と書く
    
    return 0;
}

void sub(void)
{
    printf("sub\n");
}

自作関数において，戻り値がない場合はreturnを書かない．または次のように書いても良い．

void sub(void)
{
    printf("sub\n");

    return; //戻り値を指定しない
}

###2.14.2. 引数あり・戻り値なし

変数の有効範囲はブロック{ }単位である．そのため，main関数で宣言した変数は自作関数では使えない．とはいえ．同じ変数名で自作関数に宣言してもmain関数のものとは全く別物の変数になる．そのため，引数に渡したい変数を書いて渡すことで実現する．
引数には変数や配列だけでなく，数値・文字・文字列を直接渡すことができる．
また，引数は複数渡すことができる．

同じデータを扱う変数でも，main関数と自作関数で変数名が異なっていても良い．ただ，名前は同じ方がわかりやすい．

test14-2.c

#include<stdio.h>

void sub(int e,double f,char g,char h[],int i,double j,char k,char l[]); //関数の定義と同じものを書く

int main(void)
{
    int a=10;
    double b=3.5;
    char c='A';
    char d[10]="test";

    sub(a,b,c,d,8,4.7,'b',"Qiita"); //宣言時にデータ型は書いたので，呼び出し時は変数名・配列名のみ．値は変数や配列に格納することなく直接渡すことも可能

    return 0;
}

void sub(int e,double f,char g,char h[],int i,double j,char k,char l[]) //関数の定義．変数名はmain関数とは異なっていても良い
{
    printf("e=%d\n",e);
    printf("f=%f\n",f);
    printf("g=%c\n",g);
    printf("h=%s\n",h);
    printf("i=%d\n",i);
    printf("j=%f\n",j);
    printf("k=%c\n",k);
    printf("l=%s\n",l);
}

###2.14.3. 引数なし・戻り値あり

戻り値に設定できる値は1つのみ．
関数を呼び出すことで値が返ってくるため，呼び出した関数を変数や配列に格納する形式で記述する．
引数同様に変数や配列に格納することなく，値を直接指定することもできる．

test14-3.c

#include<stdio.h>

int sub1(void);
int sub2(void);

int main(void)
{
    int a=sub1();
    int b=sub2();

    printf("a=%d\n",a);
    printf("b=%d\n",b);
   
    return 0;
}

int sub1(void)
{
    int n=10;

    return n;
}

int sub2(void)
{
    return 100;
}

###2.14.4. 引数あり・戻り値あり

test14-4.c

#include<stdio.h>

int f(int x);

int main(void)
{
    int x,y;

    printf("f(x)=5x+3を計算します\n");
    printf("整数xを入力---->");
    scanf("%d",&x);

    y=f(x);

    printf("y = f(%d) = 5×%d+3 = %d\n",x,x,y);

    return 0;
}

int f(int x)
{
    return 5*x+3;
}

##2.15. 2次元配列

各要素を表で表すと次のようになる．

[0] [0]	[0] [1]	[0] [2]	･･･	[0] [n]
[1] [0]	[1] [1]	[1] [2]	･･･	[1] [n]
[2] [0]	[2] [1]	[2] [2]	･･･	[2] [n]
･･･	･･･	･･･	･･･	･･･
[n] [0]	[n] [1]	[n] [2]	･･･	[n] [n]

test15.c

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a[3][2] = {{5, 0}, {3, 7}, {-4, 2}}; //3行4列
    //a[3][2]により，2つの要素を3つ分作る

    for (int i = 0; i < 3; i++){             //行表示
        for (int j = 0; j < 2; j++){         //列表示
            printf("%3d", a[i][j]);
        }
        printf("\n");                        //次の行へ
    }

    return 0;
}

#3. おわりに

深くは記載しません．