情報処理4レポート課題(8)の解答例

更新:2008年11月18日

1. 次のプログラムは「1行に国名と地域名が記述されているテキストファイルから、 国名と地域名を独立に文字型配列に格納して画面表示します。

   file_fgets_sscanf_buffer.c

   #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define BUF_SIZE 1024 #define NATION_SIZE 20 #define REGION_SIZE 20 int main(void){ FILE *fp; char *ch_fgets; int ch_sscanf; char region[REGION_SIZE], nation[NATION_SIZE]; char buf[BUF_SIZE]; fp=fopen("for_file5.5.1buffer.txt", "r"); if(fp==NULL){ printf("Can't Open File\n"); exit(1); } while(1){ ch_fgets=fgets(buf, BUF_SIZE, fp); if(ch_fgets==NULL){ break; } ch_sscanf=sscanf(buf, "%s%s", nation, region); if(ch_sscanf!=2){ printf("Read Error\n"); break; } printf("%s\t%s\n", nation, region); } fclose(fp); return 0; }

   for_file5.5.1buffer.txt

   Algeria Africa Argentina Latin-America Australia Oceanea Austria Europe Bangladesh Asia Belgium Europe Bolivia Latin-America Brazil Latin-America Bulgaria Europe Burkina-Faso Africa Cameroon Africa Canada North-Americal Chile Latin-America China Asia Colombia Latin-America Cote-d'Ivoire Africa Denmark Europe Ecuador Latin-America Egypt Africa Ethiopia Africa Finland Europe France Europe Germany Europe Ghana Africa Greece Europe Guatemala Latin-America Hungary Europe India Asia Indonesia Asia Iran Asia Ireland Europe Israel Asia Italy Europe Japan Asia Kazakstan Asia Kenya Africa Korea(South) Asia Kuwait Asia Madagascar Africa Malawi Africa Malaysia Asia Mali Africa Mexico Latin-America Morocco Africa Mozambique Africa Nepal Asia Netherland Europe New-Zealand Oceanea Niger Africa Nigeria Africa Norway Europe Pakistan Asia Peru Latin-America Philippines Asia Poland Europe Portugal Europe Rumania Europe Russia Europe Singapore Asia South-Africa Africa Saudi-Arabia Asia Spain Europe Sri-Lanka Asia Sweden Europe Switzerland Europe Tanzania Africa Thailand Asia Tunisia Africa Turly Asia Uganda Africa Ukraine Europe U.K. Europe U.S.A. North-America Venezuela Latin-America Vietnam Asia Yemen Asia Zambia Africa Zimbabwe Africa

   本来、文字型配列の大きさは十分に確保しておく必要がありますが、 十分に確保できていなくてもコンパイルエラーになりませんし、 実行時に必ずエラーになる訳でもなく、 密かに不思議な挙動を示している場合があり、 誤りが見つけにくくなります。 ここでは、 十分に確保できていない場合にどのような挙動を示すかを確認します。
   1. 国名用の要素数を減らしていって画面表示に異常を来すことを確認してください。

      ---

      たとえば、NATION_SIZEを3に設定した場合の画面表示を以下に示します。

      AlgeAfrica Africa ArgeLatin-America Latin-America AustOceanea Oceanea AustEurope Europe BangAsia Asia BelgEurope Europe BoliLatin-America Latin-America BrazLatin-America Latin-America BulgEurope Europe BurkAfrica Africa CameAfrica Africa CanaNorth-Americal North-Americal ChilLatin-America Latin-America ChinAsia Asia ColoLatin-America Latin-America CoteAfrica Africa DenmEurope Europe EcuaLatin-America Latin-America EgypAfrica Africa EthiAfrica Africa FinlEurope Europe FranEurope Europe GermEurope Europe GhanAfrica Africa GreeEurope Europe GuatLatin-America Latin-America HungEurope Europe IndiAsia Asia IndoAsia Asia IranAsia Asia IrelEurope Europe IsraAsia Asia ItalEurope Europe JapaAsia Asia KazaAsia Asia KenyAfrica Africa KoreAsia Asia KuwaAsia Asia MadaAfrica Africa MalaAfrica Africa MalaAsia Asia MaliAfrica Africa MexiLatin-America Latin-America MoroAfrica Africa MozaAfrica Africa NepaAsia Asia NethEurope Europe New-Oceanea Oceanea NigeAfrica Africa NigeAfrica Africa NorwEurope Europe PakiAsia Asia PeruLatin-America Latin-America PhilAsia Asia PolaEurope Europe PortEurope Europe RumaEurope Europe RussEurope Europe SingAsia Asia SoutAfrica Africa SaudAsia Asia SpaiEurope Europe Sri-Asia Asia SwedEurope Europe SwitEurope Europe TanzAfrica Africa ThaiAsia Asia TuniAfrica Africa TurlAsia Asia UganAfrica Africa UkraEurope Europe U.K.Europe Europe U.S.North-America North-America VeneLatin-America Latin-America VietAsia Asia YemeAsia Asia ZambAfrica Africa ZimbAfrica Africa

      以上のように、国名表示部分の先頭4文字について表示された後に続いて地域名が表示されてしまっています。
   2. 次の文章の(a)から(c)までに適切な問言を挿入して下さい:

      for_file5.5.1buffer.txtの1列目，すなわち， nationに格納される国名の最大長は(a)なので， 終端文字を含めて(b)個の要素が確保されていれば 正常に動作するはずです．

      逆にいえば，nationの要素数を(c)以下にしたら 何か不具合があってもおかしくありません．

      ---

      for_file5.5.1buffer.txtの1列目，すなわち， nationに格納される国名の最大長は13なので，終端文字を含めて14個の要素が確保されていれば正常に動作するはずです． 逆にいえば，nationの要素数を13以下にしたら何か不具合があってもおかしくありません． しかし， nationの要素数を13以下にしたら常に不具合が起きるわけでもありません．
   3. 国名用の要素数を変化させていったときに， nationとregionの先頭アドレス，その差がどうなるかについて， 次の表を埋めて下さい．

      国名用の要素数	regionの先頭アドレス	nationの先頭アドレス	regionの先頭アドレスとnationの先頭アドレスとの差
      1
      2
      3
      4
      5
      6
      7
      8
      9
      10
      11
      12
      13
      14
      15
      16
      17

      ---

      次のプログラムを用います:

      report8-1-3.c

      #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define BUF_SIZE 1024 #define NATION_SIZE 1 #define REGION_SIZE 20 int main(void){ FILE *fp; char *ch_fgets; int ch_sscanf; char region[REGION_SIZE], nation[NATION_SIZE]; char buf[BUF_SIZE]; fp=fopen("for_file5.5.1buffer.txt", "r"); if(fp==NULL){ printf("Can't Open File\n"); exit(1); } while(1){ ch_fgets=fgets(buf, BUF_SIZE, fp); if(ch_fgets==NULL){ break; } ch_sscanf=sscanf(buf, "%s%s", nation, region); if(ch_sscanf!=2){ printf("Read Error\n"); break; } } printf("%d\t%p\t%p\t%d\n", NATION_SIZE, (void *)region, (void *)nation, region-nation); fclose(fp); return 0; }

      国名用の要素数	regionの先頭アドレス	nationの先頭アドレス	regionの先頭アドレスとnationの先頭アドレスとの差
      1	0xbfffe090	0xbfffe08f	1
      2	0xbfffdd10	0xbfffdd0e	2
      3	0xbfffd990	0xbfffd980	16
      4	0xbffff610	0xbffff60c	4
      5	0xbffff290	0xbffff280	16
      6	0xbfffef10	0xbfffef00	16
      7	0xbfffeb90	0xbfffeb80	16
      8	0xbfffe810	0xbfffe808	8
      9	0xbfffe490	0xbfffe480	16
      10	0xbfffe110	0xbfffe100	16
      11	0xbfffdd90	0xbfffdd80	16
      12	0xbfffda10	0xbfffda00	16
      13	0xbffff690	0xbffff680	16
      14	0xbffff310	0xbffff300	16
      15	0xbfffef90	0xbfffef80	16
      16	0xbfffe710	0xbfffe700	16
      17	0xbfffeb10	0xbfffeaf0	32

   4. 次の(a)から(z)および(alpha)から(zeta)までに適切な問言を挿入して下さい．

      nationの要素数を2に設定し，AlgeriaとAfricaを読み込んだ場合の動作を説明します． sscanf関数によってあるアドレスから順に 文字(a),(b),(c),(d),(e),(f),(g),(h)が格納されていき， nationから(i)バイト後ろから 文字(j),(k),(l),(m),(n),(o),(p)が格納されていきます． よって， 文字(q),(r),(s),(t),(u),(v)が格納された場所に 文字(w),(x),(y),(z),(alpha),(beta)が上書きされたことになります． printf関数でnationを画面表示する際には， nation[(gamma)]に格納されている文字(delta)から文字(epsilon)の直前までの 文字列(zeta)が表示されることになります．

      ---

      nationの要素数を2に設定し，AlgeriaとAfricaを読み込んだ場合の動作を説明します． sscanf関数によってあるアドレスから順に 文字'A', 'l', 'g', 'e', 'r', 'i', 'a', '\0'が格納されていき， nationから2バイト後ろから 文字'A', 'f', 'r', 'i', 'c', 'a', '\0'が格納されていきます． よって， 文字'g', 'e', 'r', 'i', 'a', '\0'が格納された場所に 文字'A', 'f', 'r', 'i', 'c', 'a'が上書きされたことになります． printf関数でnationを画面表示する際には， nation[0]に格納されている文字'A'から文字'\0'の直前までの 文字列AlAfricaが表示されることになります．

      
   5. 異常表示の原因を説明してください。 (ヒント: (0)sscanf関数の%s変換は文字列を格納するもので、 先頭文字から区切り文字(空白文字や改行)の直前までを、 指定されたアドレスから順次格納していきます。 このときsscanf関数は、格納先である文字型配列の要素数が幾つかを一切気にしていません。 (1)printf関数の%s表示は文字列を表示するもので、 指定された文字列の先頭(アドレス)から終端文字の直前までをそれぞれ文字として表示しようとします。(2)文字型配列も配列の一種で、要素数分の領域がメモリ内に連続して確保されます。)

      ---

      画面表示の異常は，格納領域が重複してしまったことが原因です． 格納領域が重複しているのはregion-nationが1,2,4,8なので、 そのときに正しく画面表示できなくなっています。
   6. このような誤りを完全に防ぐためには、 sscanf関数を用いて入力する文字型配列の要素数をどのように決めれば良いかを 考察してください。

      ---

      このような誤りを防ぐには，読み込まれるべき文字数を保持するために十分な大きさの要素数を設定すれば良いことになります．読み込む対象はfgets関数で読み込んだ文字列なので， nationもregionもその要素数をBUF_SIZEにすれば十分です。

      ちなみに，region-nationにはある規則性が現れていますが，必ずこの規則にしたがうわけではないので，この規則を覚える必要はありません．むしろ，独立な変数(や配列)のアドレス配置に規則性があることを前提にプログラミングしてはいけません．

問題４について、(w)からのAfricaの後になぜヌル文字が入らないのか分からなかった。

その前の記述「文字(q)...が格納された場所」の場所の数に合わせると'A','f','r','c','a'までしか入りません。

プログラム中では、 char region[REGION_SIZE], nation[NATION_SIZE]; と宣言されていますが、宣言の順番は配列のアドレスの順番に関係するのでしょうか？

関係します。 試しに宣言の順を逆にしてアドレスを表示してみて下さい。

問題5の異常表示とは、#defineの値よりも多くの文字が表示されてしまう事を説明すれば良いのでしょうか？ それとも、#defineを3に設定したときに正常に表示された事の説明でしょうか？

主眼は前者です。しかし、その原因追求の際に後者についても疑問が生じるはずで、 結果的には両方の原因を説明することになります。

sscanfの動作には悩まされます。今後、このようなプログラムを作る時は徹底的に動作の確認をしなければいけないのでしょうか？

本レポート課題1-6の解答を守っている限りにおいては、 その動作確認の程度はそれほどでなくても良いと思われます。 入力のエラーに完全対処することは非常に難しいので、 ある程度「入力は正しい」といった宗教めいた割り切りも 心の平穏には必要です。

なんで２の累乗の時変な風になるんだろう

コンパイラがそのようにメモリを割り付けるからです。 詳しくは計算機アーキテクチャやコンパイラ関連の書籍・講義でキーワード「アラインメント」で参照して下さい。 基本的には組み込み型char(1バイト),short(2バイト),int(この計算機では4バイト),double(8バイト)が多用されることを基にしています。

sscanfの動作や仕様について取り扱っているから、C言語の範疇を外れた学習内容ではないのは把握しているが、 ここまで深くエラーを考察する必要性には疑問を感じる。 限られた時間の中での授業なのだから、このようなことよりももっと別のことをやった方がよいのではないだろうか。例えば構造体とか。 そもそもこの授業が目指すものは何なのだろうか？ CやC++で実用的なプログラムを僕らが作って、それを世の中の人たちに使ってもらうことなのか。 それとも、ハードウェア内での挙動を勉強して、現存する言語に変わる何か新しいプログラミング言語を生み出すことなのか。 カプセル化という言葉が存在するように、それに近い概念としてC言語には関数があるが 仮に目指すものが前者だとしても、sscanf関数というカプセルの成分までを知る必要はあるのだろうか？ 薬を正しい方法で飲んで、望まれる効果が得られればそれでいいと思う。 薬の副作用を抑える努力をするのは言語開発者の役目であって、開発者やエンドユーザの役目ではないはず。 この両方に手を出すというのは、何か薄っぺらくなってしまうような気がしてならない。 スポーツでもプロ野球選手かつサッカー選手というのはいないように。（←極端な例えではあるが・・・） 目指すならどちらかに狙いを定めた方がよいような気がする。 それともそんなことはないと思いますか？ やはり自分の考え方が薄っぺらいだけですか？ 極端かつ失礼な聞き方かもしれませんが、 神澤先生はこの授業を通して、学生に何ができるようになってほしいのですか？ この答えをぜひ教えてください。 ※ちなみに自分はプログラミングが嫌いだとかそういうことではありません。（むしろ好きな方です。） 何か授業に不平不満があるということではなく、少し方向性がずれてきているように感じたことから生じた疑問です。

この科目を履修することを通して、 良いプログラミングができるための基礎を学んで欲しいと思っています。 ここでいう良いプログラミングとは

1. バグのないプログラム作成だけでなく、
2. バグを含むプログラムの原因追求と解決

も含みます。今回のレポート課題は(2)に相当します。 しばらくプログラム作成から離れてしまっているので 違和感を感じるのかも知れませんが、 あくまでもプログラミングの範疇だと思っています。 ちなみに次のレポート課題も残念ながらプログラム作成ではありませんが、 重要なことなのでしかたがありません。

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