2. 変数

　ほとんどのプログラミング言語は“変数”を使用します。変数とは、変化させる値に名前を付けたものです。

　整数の 999 は、どんな場合にも 999 です。このような値を定数と呼びます。

　これに対し変数 x は、999 であったり、-534 であったり、0 であったりします。値を格納する名前付きの入れ物と考えても良いでしょう。

　数学で使用する変数をイメージしてかまいませんが、あくまでもプログラミング言語の変数ですから、多少の違和感があるかもしれません。

2.1. 定数

　変数の説明の前に、定数について簡単に説明します。

　プログラム・コードに 123 と記述すると、それは整数の定数として扱われます。

　123 の記述は 10 進数として解釈され、値 123 を表します。定数なので値が変化する事はありません。

　小数点の付いた数、つまり、7.89 のような実数を記述することも出来ます。これは、後で述べる浮動小数点数として扱われます。

定数の記述

　整数の定数は、10 進数以外に、8 進数、16 進数で記述することもできます。

2.2. 変数を使う

　それでは、プログラムの中で変数をどのように使うのか、まずは、処理の内容を表す文章で見ていきましょう。

　簡単な例文を示します。

1. 変数 xがある。
2. xの値を12とする。

　これは、『 x という名前の変数があって、その値を 12 にした。』という事ですね。

　それでは、もう少し複雑な例。

1. 変数 x と、変数 y がある。
2. x を 7 とする。
3. y を x + 5 とする。

　今度は変数が x と y の2つです。2 行目で x の値を 7 にしています。3 行目で y の値を x + 5、つまり、7 + 5 にしています。つまり、y は 12 になります。

　このように、変数は、任意の値を保持させ、その値を参照することが出来るものなのです。

2.3. 変数宣言

　最初の例を、もう一度見てみましょう。

1. 変数 x がある。
2. x の値を 12 とする。

　1 行目では、x という名前の変数が存在する、という事を述べています。少し言い方を変えて『変数 x を使用する。』、『 x は変数である。』でもかまいません。

　この 1 行目のような手続きを“変数宣言”と言います。プログラムの中で使用する変数を、使用する前に宣言しておくのです。値を格納する入れ物を用意して名前を付けておく、と考えても良いでしょう。

　ここで、もし 1 行目の変数宣言がなく、2 行目だけの場合を考えてみてください。

　これでは x が何であるかが不明確です。変数であることは想像できますが確実ではありません。変数宣言によってプログラム中に出てきた x という名前が変数であるということを明確にしています。

　C言語では変数を使用する場合に、必ず変数宣言を行わなければなりません。

　ちなみに、他のプログラミング言語では、変数宣言が必要ないものもあります。『 x の値を 12 とする。』のような記述があると、自動的に変数 x が生成され、使用できるようになります。これは一見、楽なようですが、プログラムのミスを発見しにくくなるという弊害もあります。

データ型

　それでは、変数が表す“値”とは何でしょうか。

　C言語で扱う基本的な値は、整数か実数のどちらかです。そして、その中には、いくつかの種類があり目的によって使い分けます。

• 符号付きの整数。
• 符号なしの整数。
• 主に文字コードを保持するための整数。
• メモリのアドレスを保持するための整数。
• 普通の精度の実数。
• 精度の高い実数。
• これらを組み合わせたもの。

　このような値の種類を“データ型”、あるいは、単に“型”と言います。

変数宣言とデータ型

　C言語の変数宣言では、変数にデータ型を指定します。変数は変数宣言で指定されたデータ型の値しか扱えません。

　データ型の指定を含めると、最初の例文は次のようになります。

1. 整数の変数x がある。
2. xの値を12とする。

　1 行目の変数宣言で、変数xが整数であるということを指定しています。つまり、整数を入れるための入れ物を用意したことになります。

　x は整数ですから、もし 2 行目が次のようであるならば、間違ったプログラムということになってしまいます。

1. 整数の変数 x がある。
2. x の値を 2.34 とする。

　変数 x は整数なので 2.34 という実数を扱うことは出来ません。

C言語の変数宣言

　それでは、変数宣言が実際にどのようなコードであるかを見てみましょう。

　整数型の変数 x を宣言するには、次のように記述します。

• 変数宣言はデータ型を表す語から始まります。ここでは“int（整数）”型です。
• データ型に続けて変数名を記述します。ここでは“x”です。
• 最後に文の最後を示す‘;’セミコロンを記述します 。

　つまり、

　と、なります。

　変数名は変数名のルールに従っていれば何でもかまいません。

　データ型には、使用できるデータ型の何れかを指定します。

　複数の変数を必要とする場合には、複数の変数宣言を記述します。

　同じデータ型で複数の変数を宣言する場合には、変数名をカンマ‘,’で区切って記述することも出来ます。

変数宣言の場所

　変数宣言は波カッコ { } の先頭で、他の文の前に記述しなければなりません。

　波カッコ { } は、関数の文を記述する箇所として使用されていますが、その内側でも、複数の文をまとめるブロックとして使用されます。

　次のような変数宣言はエラーになります。

2.4. データ型

　データ型には、C言語で定義されている基本的なデータ型、それに加え、自分で定義したデータ型があります。

　これらは、どれも同じようにデータ型ですので、変数として使用することができます。

　基本的なデータ型には修飾子というものがあり、どのようなデータであるかを細かく指定します。修飾子を含めてデータ型であると考えてかまいません。

　以下が基本的なデータ型であり、これらはC言語の予約語^※となっています。

基本的なデータ型

修飾子

データ型の例

　修飾子の後の int は省略可能です。実際には、省略して書く方が一般的です。また、int は符号付きですので、あえて signed を書く必要もありません。

　通常使用する基本的なデータ型の書き方をまとめると、以下のようになります。

データの大きさ

　変数が、どのくらい大きな、あるいは、小さな数値を扱えるのかは、重要な問題です。扱える数値の範囲は無限ではありません。変数が 0 から 1000 までしか扱えないのだとしたら、1001 という数値を保持できません。

　扱える数値の範囲はデータ型によって異なるのですが、C言語として定められているわけではありません。あるデータ型が扱える数値の範囲は、処理系（コンパイラー）によって決められます。処理系 A と処理系 B では、同じ int 型であっても、扱える数値の範囲が異なるのです。

　整数の場合、扱える数値の範囲は、そのデータ型が使用するビット数に依存します。例えば、16 ビットでは、-32,768 から 32,767 までの値を扱うことが出来ます。

　以下に、例を示します。

処理系A

処理系B

　ここで、処理系 A では、short(short int) と int が同じ、処理系 B では int と long(long int) が同じ大きさです。このように、short、longは int と同じ場合があります。

　short、int、long の大きさには、以下の関係があります。

　このように、処理系によって数値の範囲が異なるのは、C言語の特徴的な仕様の一つです。

2.5. 代入、その他

値の代入

　変数には何らかの方法で値を設定しなければ意味がありません。値を設定するには‘=’記号を使用します。

　例を示します。

　ここで2行目の‘=’によって変数 x に値 12 が代入されます。数学での = は、“左辺と右辺が等しい”という意味ですが、C言語では、“右辺の値を左辺に代入する”という機能をします。したがって左辺は変数でなければなりません。右辺は定数（例のような数値の記述）でも変数でも計算結果でもかまいません。左辺の変数の型に該当する値が得られることが条件です。

　右辺が変数の例を示します。

　①で x に 12 を代入し、②で x の値を y に代入しています。x と y の値は、共に 12 になります。

変数の初期化

　“変数宣言をする”に続けて“値を代入する”ということは頻繁に行われます。C言語には、変数宣言と同時に値を設定する書式があります。

　変数宣言で、変数名に続けて‘=’、続けて初期化する値を記述します。

変数の有効範囲

　宣言した変数は、波カッコ { } の内部でのみ有効です。

　以下の例では、変数 x を有効範囲の外で使用しているため、エラーになります。

型変換、キャスト

　変数は、定義された型のデータしか扱えませんが、以下のようなコードは、書くことが出来ます。

　ここでは、long 型の変数の値を、short 型の変数に代入しています。代入が実行されると、long 型からshort 型への型変換が行われます。

　代入する値が、short の範囲で収まる大きさであれば問題ないのですが、値が大きい場合には元の情報が失われ、プログラマーが期待しない実行結果となってしまいます。

　このような型変換が不用意に行われないために、処理系によってはコンパイル時に warning（警告）を出力します。

　プログラマーは、問題の発生しそうな型変換を行わなければ良いわけですが、場合によっては、変換しても安全であることが分かっているので、意識して行うこともあります。

　このような目的のために、明示的な型変換を行うことが出来ます。この明示的な型変換を“キャスト”と言います。

　キャストは、変換したいデータの前に小カッコ ( ) で囲んだデータ型を記述します。

　これで、warning は出力されなくなります。もちろん、変換しても問題ないことを、プログラマーが保障しなければなりません。変数 large が、short で扱える範囲を出ていれば、正しい結果が得られない事は同じです。

2.6. 出力と入力

　プログラムにとって、出力と入力は、たいへん大きな問題です。プログラムが何も出力しないのだとしたら、そのプログラムが、どんなに複雑で難しく有用な計算を行ったのだとしても、我々には何ももたらしません。

　少なくとも何かを出力する事は必要であり、多くの場合は、プログラムへの指示の為に入力も必要とします。

　そして、出力も入力も、プログラムにとっては、面倒な問題を抱えているのです。

　C言語のプログラムは、様々な環境で使用されています。コンソール・アプリケーションとして使用される場合もありますし、Window システムのアプリケーションで使用される場合もあります。もしかすると、携帯電話のアプリケーションにC言語が使われているかもしれません。

　このような動作環境の違いによって、出力の方法も入力の方法も、全く違ってくるのです。

　コンソール・アプリケーションと Window システムのアプリケーションでは、文字列の表示方法が異なります。タイプライター型のキーボードと、携帯電話では、同じように入力できないでしょう。

　したがって、作成するプログラムの目的が明確ではない学習の段階で、出力、入力の処理に時間をかけるのは懸命ではありません。

　よって、ここではプログラムの学習に必要な、標準ライブラリの関数による、標準入出力についてだけ解説します。

出力の方法

　標準出力、つまり、コンソール画面に文字を表示します。

printf 関数

　既に使用したとおり、printf 関数は文字列を出力する機能を持っています。さらに printf には、書式付き出力と言う、値を文字列に変換して出力する機能があります。

　例えば、int 型の変数 x の値を表示するには次のように記述します。

　“%d”の部分が x の値を 10 進数とした文字列に置き換わって出力されます。他の部分、“x=”と“\n”は、そのまま出力されます。

　また、定数や式の値を表示することも出来ます。

　２つの値、x、y を表示するには、次のように記述します。

　最初の %d に xの値が、次の %d に y の値が置き換わります。

　printf 関数の引数の数は可変であり、置き換える値が３つ以上の場合も同様です。

　%d は int 型の値を 10 進数で表示するものですが、% に続く文字によって機能が変わります。以下に、いくつかのパターンを示します。

puts 関数

　文字列を出力します。printf のような書式付き出力の機能はありません。

　また、文字列の最後には“\n”が付加されるので、改行が行われます。

入力の方法

　標準入力、つまり、キーボードから入力します。

scanf 関数

　キーボードからの入力を整数や文字列などに変換して取得します。

　１番目の引数である書式文字列により、得られるデータの内容が変わります。

　以下に整数、文字列を得る書式を示します。

整数

　xはint型の変数です。

文字列^※

　sは文字配列です。

　scanf では、最後に Enter キーを押すと入力が完了します。

出力、入力の例

　２つの値を入力して出力するプログラム例です。