四日で覚えるC言語【Day 5:関数の構造・プリプロセッサ命令】

はじめに

【C言語】 は、1970年代に開発された汎用プログラミング言語で、現在の多くの言語（C++、Java、C#、Go など）の基礎となっています。

特徴としては、OS、デバイスドライバ、組み込みシステムなど、「ハードウェアに近い低レベルな処理」が可能な点です。

【注意】このメモは、C言語を全くしらない人間が、ChatGPTに聞いて適当に書いている、C言語の基本的な記載方法のまとめです。

（内容は確認しながら書いているつもりですが、間違ってたらごめんなさい）

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関数の構造

C言語における関数定義の書式

記憶クラス 型 関数名(型を含めた仮引数の並び) {
    処理内容
    return 値;
}

📌 記憶クラス（storage class specifier）
→　変数や関数の寿命（どれくらい生きているか） や 可視性（どこから参照できるか） を指定する仕組み
👉 auto
意味: 自動変数（ローカル変数）
寿命: 関数やブロックに入った時に作られ、抜けたら消える
可視性: そのブロック内だけ
特徴: デフォルトなので普段は省略される /

👉 static
意味: 静的記憶域期間を持つ
寿命: プログラムの開始から終了まで有効
可視性: 宣言されたスコープに限定される
特徴: 値が関数を抜けても保持される

👉 extern
意味: 外部変数を参照する
寿命: プログラム全体で有効
可視性: 他ファイルからもアクセスできる
特徴: 変数の実体は別の場所にあり、ここでは「宣言」だけ

📌 型（戻り値の型）
👉 int / double / char など

📌 関数名
→　開発者がつける名前

📌 仮引数の並び
→ それぞれの引数の型＋名前

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main 関数について

C言語のエントリーポイント（最初に実行される関数）は必ず main です。

int main(void) {
    // 処理内容
    return 0;
}

📌 int main(void)
→ 引数を取らないことを 明示

📌 int main()
→ 古い書き方。規格上は「引数が不定」と解釈されるため、引数チェックがされず バグの原因 になりやすい。

📌 戻り値の意味（終了ステータス）：
0 … 正常終了
0 以外 … 異常終了（OSや呼び出し元にエラーを知らせる）

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C言語のソースコードは、コンパイル前にプリプロセッサ（前処理系） による処理を受けます。この段階で行われるのが プリプロセッサ命令 です。

主なプリプロセッサ命令

📌 #include

他のファイルを取り込む命令。
よく使うのは標準ライブラリのヘッダファイル：

/* 標準入出力関数 (printf, scanf など) */
#include <stdio.h>   

/* 数値変換, 動的メモリ管理, 乱数 など */
#include <stdlib.h>  

👉 ソースコードにそのヘッダファイルの中身がコピーされるイメージです。

📌 #define

マクロ定義。置換マクロとも呼ばれ、文字列の置換を行います。

#define TRUE  1
#define FALSE 0


while (TRUE) {
    printf("ずっと繰り返します\n");
    break;  // breakで抜けないと無限ループ
}

TRUE は 1 に置き換わる
FALSE は 0 に置き換わる

実際にコンパイルされるときは

while (1) { ... }
に展開されます。

👉 while(1) とは？

while (1) {
    // この処理が無限に繰り返される
}

・条件が常に「真 (1)」なので 無限ループ
・ただし、break; や return; を入れればループを途中で抜けられる

📌 C言語では「ブーリアン型を使わない」

C言語（C99以前）には 真偽値（bool型）が標準で存在しません。
その代わりに、整数で真偽を表現します。

0 → 偽 (false)

0以外 → 真 (true)

なので、条件式には整数の計算結果をそのまま使います。

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if 文での使い方

int x = 5;

if (x) {
    printf("xは0ではありません\n");
}

・if (x) は xが0かどうかを判定している
・x = 5 のとき → 0以外 → 真 → 実行される
・x = 0 のとき → 偽 → 実行されない

if (!0) {
    printf("!0 は真です\n");
}

0 は偽
!0 は「NOT 0」なので真
→ この場合、必ず実行される

比較演算子の評価結果

int a = 3, b = 5;

if (a < b) {
    printf("aはbより小さい\n");
}

a < b の結果は「真 → 1」または「偽 → 0」

その整数値を if が判定に利用する

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C99以降

C99 からは をインクルードすることで 真偽値型 bool が使えるようになりました。

#include <stdbool.h>

int main(void) {
    bool flag = true;

    if (flag) {
        printf("flagは真です\n");
    }

    flag = false;
    if (!flag) {
        printf("flagは偽です\n");
    }

    return 0;
}

true → 1
false → 0

実際には #define で定義されている（プリプロセッサで展開される）

📌 引数付き置換マクロ（マクロ関数）

#define は引数をとることで、関数のように振る舞うマクロを定義できます。

#include <stdio.h>

// マクロ全体と引数は () で囲む
#define DOUBLE(x) ((x) * 2)

int main(void) {

    printf("5 の 2倍 = %d\n", DOUBLE(5));       // 10
    printf("(3+4) の 2倍 = %d\n", DOUBLE(3+4)); // 14
    return 0;
}

これで DOUBLE(5) → ((5) * 2) → 10 に展開される

#include <stdio.h>

// 条件演算子を使った例（2つの値の大きい方を返す）
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

int main(void) {
    // 条件演算子
    printf("大きい方 = %d\n", MAX(10, 20));     // 20
    printf("大きい方 = %d\n", MAX(5+3, 2*6));   // 12
    return 0;
}

実行結果
大きい方 = 20
大きい方 = 12

カッコを忘れるとどうなるか

#define MAX(a, b) a > b ? a : b

このとき

printf("%d\n", MAX(5+3, 2*6));

はプリプロセッサ展開で
「5+3 と 2*6 の大きい方」を返したいところですが、

5+3 > 2*6 ? 5+3 : 2*6

となり、優先順位の関係で意図しない式評価になります。
結果は

5+3 > 2*6 ? 5+3 : 2*6
→ 8 > 12 ? 8 : 12
→ 12

のように一見正しく見えることもありますが、
複雑な式を渡すと誤動作の原因になります。

📌 C言語の条件付きコンパイル（#if / #else / #elif / #endif、#ifdef / #ifndef）

C言語では「マクロの値」や「マクロが定義されているかどうか」で、コンパイルするコードを切り替えることができます。
これは「条件付きコンパイル」と呼ばれ、デバッグ用コードや環境ごとの処理を分けたいときに便利です。

1. #if / #elif / #else / #endif

マクロの値を条件にして、処理を分けます。

#include <stdio.h>

#define VERSION 2   // マクロ定義

int main(void) {

#if VERSION == 1
    printf("バージョン1用の処理\n");
#elif VERSION == 2
    printf("バージョン2用の処理\n");
#else
    printf("その他のバージョン\n");
#endif

    return 0;
}

📌 実行結果

バージョン2用の処理

👉 #if の後には 定数式 を書きます。
👉 #elif（else if）や #else を使って条件分岐できます。
👉 #endif で条件付きコンパイルを終了します。

2. #ifdef / #ifndef

マクロが 定義されているかどうか で処理を分けます。

#include <stdio.h>

#define DEBUG   // DEBUG というマクロを定義

int main(void) {

#ifdef DEBUG
    printf("デバッグ情報を表示\n");
#endif

#ifndef RELEASE
    printf("リリース版ではない\n");
#endif

    return 0;
}

📌 実行結果

デバッグ情報を表示
リリース版ではない

👉 #ifdef MACRO : マクロが 定義されていれば コンパイルされる
👉 #ifndef MACRO : マクロが 未定義なら コンパイルされる

3. 応用例：デバッグ用とリリース用

#include <stdio.h>

// #define DEBUG  // コメントを外せばデバッグモード

int main(void) {

#ifdef DEBUG
    printf("詳細なデバッグ情報を出力\n");
#else
    printf("通常動作\n");
#endif

    return 0;
}

📌 DEBUG を定義すれば

詳細なデバッグ情報を出力

📌 定義しなければ

通常動作

💡 ポイントまとめ

#if / #elif / #else / #endif → マクロの値で条件分岐

#ifdef / #ifndef → マクロが定義されているかどうかで条件分岐

デバッグ用・OSごと・バージョンごとの処理を切り替えるのに便利

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📌 プロトタイプ宣言

C言語では、関数を使う前に「プロトタイプ宣言」を書く必要があります。
これは「この関数が存在する」ということをコンパイラに伝えるための宣言です。

#include <stdio.h>

/* プロトタイプ宣言 */
void hello(void);

int main(void) {
    hello();  // ここで関数を呼び出す
    return 0;
}

/* 関数の定義 */
void hello(void) {
    printf("Hello, World!\n");
}

👉 ポイント

ヘッダファイル(.h) にまとめて書き、#include で読み込むのが一般的

printf など標準関数のプロトタイプも stdio.h に書かれており、#include で利用できる。

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