C言語によるテーブル作成、5つのステップと10のサンプルコード

C言語を用いたテーブル作成の教科書C言語

 

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この記事では、プログラムの基礎知識を前提に話を進めています。

説明のためのコードや、サンプルコードもありますので、もちろん初心者でも理解できるように表現してあります。

基本的な知識があればカスタムコードを使って機能追加、目的を達成できるように作ってあります。

※この記事は、一般的にプロフェッショナルの指標とされる『実務経験10000時間以上』を満たすプログラマ集団によって監修されています。

はじめに

あなたがこれを読んでいるということは、おそらくC言語を使ってテーブル作成に挑戦しようとしていることでしょう。

ここでは、C言語によるテーブル作成の基本から応用まで、さまざまな観点から説明します。

10の具体的なサンプルコードと共に、C言語のテーブル作成について一緒に学んでいきましょう。

●C言語とは

C言語は、1972年にAT&Tベル研究所で開発された汎用プログラミング言語です。

その性能の高さと柔軟性から、オペレーティングシステムや組み込みシステムの開発に広く利用されています。

シンプルで効率的な構文を持ち、ポインタや配列といった低レベルの機能にアクセスできるため、プログラマーにとって非常に強力なツールとなります。

●テーブルとは

テーブルとは、基本的にはデータを整理して保管するための構造です。

これは、行と列を持つ二次元配列のようなものと考えることができます。

テーブルは情報を見やすく整理し、データの検索やソート、挿入、削除などを効率的に行うことができます。

●C言語でのテーブル作成の基本

C言語でテーブルを作成するためには、通常、配列を使用します。

配列は、同じ型の複数の値を連続的に格納するためのデータ構造で、各値にはインデックスによってアクセスします。

○サンプルコード1:テーブルの初期化

C言語で一次元のテーブル(配列)を作成する基本的なコードを見てみましょう。

#include <stdio.h>

int main() {
    int table[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        printf("%d ", table[i]);
    }
    return 0;
}

このコードでは、整数型の一次元配列(テーブル)を初期化しています。

配列名はtableで、5つの要素を持ちます。各要素は初期化時に{1, 2, 3, 4, 5}で指定されています。

最後のforループでは、配列の各要素を順に出力しています。

このコードを実行すると、「1 2 3 4 5」という出力が得られます。

これは、配列tableのすべての要素を空白で区切って表示したものです。

○サンプルコード2:テーブルへのデータ挿入

次に、テーブルに新たなデータを挿入するコードを見てみましょう。

#include <stdio.h>

int main() {
    int table[5];
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        table[i] = i * 10;
    }
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        printf("%d ", table[i]);
    }
    return 0;
}

このコードでは、まず5つの要素を持つ整数型の配列tableを宣言しています。

その後、最初のforループで各要素に10の倍数を代入しています。

最後に、再びforループを用いて各要素を出力しています。

このコードを実行すると、「0 10 20 30 40」という出力が得られます。

これは、配列tableの各要素が10の倍数で初期化され、その結果が出力されたものです。

○サンプルコード3:テーブルからのデータ抽出

そして、テーブルから特定のデータを抽出するコードを見てみましょう。

#include <stdio.h>

int main() {
    int table[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    printf("%d", table[2]);
    return 0;
}

このコードでは、初めに{10, 20, 30, 40, 50}という値で初期化された配列tableを宣言しています。

そして、printf関数を用いて配列の3番目の要素(インデックスは2)を出力しています。

このコードを実行すると、「30」という出力が得られます。

これは、配列tableの3番目の要素を抽出し、その結果を出力したものです。

このように、C言語でのテーブル作成と操作は、配列を使って行います。

しかし、これは一次元のテーブルに過ぎません。

次に、より高度なテーブル作成について説明します。

●テーブル作成の詳細な使い方

C言語でのテーブル作成にはさまざまな使い方があります。

それでは、より詳細なテーブルの使い方として、二次元テーブルの作成や複雑なデータ構造のテーブル作成を紹介します。

○サンプルコード4:二次元テーブルの作成

二次元テーブルは、行と列を持つ表形式のデータを表現するのに役立ちます。

下記のコードでは、3行4列の二次元テーブルを作成し、各セルに値を割り当てる例を表しています。

#include<stdio.h>

int main() {
    int table[3][4] = {
        {1, 2, 3, 4},
        {5, 6, 7, 8},
        {9, 10, 11, 12}
    };

    for(int i=0; i<3; i++) {
        for(int j=0; j<4; j++) {
            printf("%d ", table[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

このコードでは、最初に3行4列の二次元テーブルを初期化し、その後、2つのforループを使用してテーブルの内容を表示しています。

各forループはそれぞれ行と列を繰り返し、printf関数を用いて各セルの値を出力します。

実行結果は次の通りです。

1 2 3 4 
5 6 7 8 
9 10 11 12

これにより、行ごとに値が出力され、それぞれが新しい行に出力されていることが確認できます。

○サンプルコード5:複雑なデータ構造のテーブル作成

C言語では、テーブル内に構造体のような複雑なデータ構造を持つことも可能です。

下記のコードでは、構造体を要素とするテーブルを作成し、各要素に値を割り当てる例を表しています。

#include<stdio.h>

typedef struct {
    char name[20];
    int age;
} Person;

int main() {
    Person table[2] = {
        {"Alice", 20},
        {"Bob", 30}
    };

    for(int i=0; i<2; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d\n", table[i].name, table[i].age);
    }

    return 0;
}

このコードでは、まずPersonという名前の構造体を定義しています。

次に、このPerson構造体のテーブルを作成し、各要素に名前と年齢を割り当てています。

最後に、forループを使用してテーブルの各要素を表示しています。

実行結果は次の通りです。

Name: Alice, Age: 20
Name: Bob, Age: 30

これにより、各Person構造体が正しくテーブルに格納され、その内容が正しく出力されていることが確認できます。

●テーブル作成の応用例

テーブルはその簡易さと汎用性から、多くのプログラムで使われます。

それらは単なるデータの格納から、データ管理、ソート、ハッシュマップの作成、キューやスタックの操作まで多岐にわたります。

次に、テーブルを用いたさまざまな応用例とそのサンプルコードを見ていきましょう。

○サンプルコード6:テーブルを用いたソート

ここでは、テーブルを用いたソートの一例として、単純な選択ソートを紹介します。

この例では、テーブル内の整数をソートしています。

#include <stdio.h>

void swap(int *xp, int *yp) {
    int temp = *xp;
    *xp = *yp;
    *yp = temp;
}

void selectionSort(int arr[], int n) {
    int i, j, min_idx;

    for (i = 0; i < n-1; i++) {
        min_idx = i;
        for (j = i+1; j < n; j++)
            if (arr[j] < arr[min_idx])
                min_idx = j;

        swap(&arr[min_idx], &arr[i]);
    }
}

void printArray(int arr[], int size) {
    int i;
    for (i=0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {64, 25, 12, 22, 11};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    selectionSort(arr, n);
    printf("Sorted array: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

このコードは整数のテーブルを選択ソートを用いて並べ替えています。

選択ソートは一番小さい要素を見つけて最初の要素と入れ替え、次に2番目に小さい要素を見つけて2番目の要素と入れ替える、というように続けます。

上記のコードはまさにその手順を踏んでおり、最終的に整数のテーブルがソートされて出力されます。

○サンプルコード7:テーブルを用いたデータ管理

テーブルは多量のデータを管理する際に非常に便利です。

下記の例では、学生の名前と試験の点数を管理するためのテーブルを作成しています。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct Student {
    char name[50];
    int score;
};

int main() {
    struct Student students[3];

    strcpy(students[0].name, "Taro");
    students[0].score = 90;

    strcpy(students[1].name, "Hanako");
    students[1].score = 95;

    strcpy(students[2].name, "Jiro");
    students[2].score = 85;

    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("Name : %s , Score : %d \n", students[i].name, students[i].score);
    }

    return 0;
}

このコードでは、C言語の構造体を使って学生の名前とスコアを一つのデータ型として定義しています。

その後、この構造体のテーブルを作成し、各学生の名前とスコアをテーブルに挿入します。

最後に、テーブルのすべての要素を表示するためのループを実行します。

これにより、多量のデータを簡単に管理することができます。

○サンプルコード8:テーブルを用いたハッシュマップ

ハッシュマップは、キーと値のペアを保存するデータ構造です。

C言語では、構造体とテーブルを使って簡単にハッシュマップを作成することができます。

次のコードは、ハッシュマップの一例を表しています。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

struct node {
    int val;
    struct node *next;
};

struct table {
    int size;
    struct node **list;
};

struct table *createTable(int size){
    struct table *t = (struct table*) malloc(sizeof(struct table));
    t->size = size;
    t->list = (struct node**) malloc(sizeof(struct node*) * size);
    int i;
    for(i=0;i<size;i++)
        t->list[i] = NULL;
    return t;
}

int hashCode(struct table *t,int key){
    if(key<0)
        return -(key%t->size);
    return key%t->size;
}

void insert(struct table *t,int key,int val){
    int pos = hashCode(t,key);
    struct node *list = t->list[pos];
    struct node *newNode = (struct node*) malloc(sizeof(struct node));
    struct node *temp = list;
    while(temp){
        if(temp->val == key){
            temp->val = val;
            return;
        }
        temp = temp->next;
    }
    newNode->val = val;
    newNode->next = list;
    t->list[pos] = newNode;
}

int lookup(struct table *t,int key){
    int pos = hashCode(t,key);
    struct node *list = t->list[pos];
    struct node *temp = list;
    while(temp){
        if(temp->val == key){
            return temp->val;
        }
        temp = temp->next;
    }
    return -1;
}

int main(){
    struct table *t = createTable(5);
    insert(t,2,3);
    insert(t,5,4);
    printf("%d",lookup(t,10));
    return 0;
}

このコードでは、ハッシュマップを作成するためにテーブルとリンクリストを組み合わせています。

これにより、各キーに対応する値を簡単に検索することができます。

主な機能は、新しいノードの挿入(insert関数)とキーを使った値の検索(lookup関数)です。

実行すると、lookup関数を用いて、キー10に対応する値を探しますが、ハッシュマップには存在しないので、-1を出力します。

○サンプルコード9:テーブルを用いたキュー

キューはデータの並びを保持するためのデータ構造で、新しい要素は最後尾に追加され、最初に入れた要素が最初に取り出されます。

これは、待ち行列など現実世界の多くの状況を表現するのに役立ちます。

下記のコードでは、C言語でテーブルを使ってキューを実装しています。

#include <stdio.h>
#define SIZE 5

int items[SIZE];
int front = -1, rear =-1;

int isFull() {
    if((front == rear + 1) || (front == 0 && rear == SIZE - 1)) return 1;
    return 0;
}

int isEmpty() {
    if(front == -1) return 1;
    return 0;
}

void enqueue(int element) {
    if(isFull()) printf("\n Queue is full!! \n");
    else {
        if(front == -1) front = 0;
        rear = (rear + 1) % SIZE;
        items[rear] = element;
        printf("\n Inserted -> %d", element);
    }
}

int dequeue() {
    int element;
    if(isEmpty()) {
        printf("\n Queue is empty !! \n");
        return(-1);
    } else {
        element = items[front];
        if (front == rear){
            front = -1;
            rear = -1;
        } 
        else {
            front = (front + 1) % SIZE;
        }
        printf("\n Deleted element -> %d \n", element);
        return(element);
    }
}

void display() {
    int i;
    if(isEmpty()) printf(" \n Empty Queue\n");
    else {
        printf("\n Front -> %d ", front);
        printf("\n Items -> ");
        for(i = front; i!=rear; i=(i+1)%SIZE) {
            printf("%d ",items[i]);
        }
        printf("%d ",items[i]);
        printf("\n Rear -> %d \n",rear);
    }
}

int main() {
    dequeue();

    enqueue(1);
    enqueue(2);
    enqueue(3);
    enqueue(4);
    enqueue(5);

    enqueue(6);

    display();
    dequeue();

    display();

    return 0;
}

このコードでは、整数のテーブルを使ってキューを実装しています。

最初に、キューが満杯かどうかを確認する関数isFullと、キューが空かどうかを確認する関数isEmptyを定義します。

次に、キューに新しい要素を追加する関数enqueueと、キューから要素を削除する関数dequeueを定義します。

最後に、キューの全ての要素を表示する関数displayを定義します。

Queue is empty !!

Inserted -> 1
Inserted -> 2
Inserted -> 3
Inserted -> 4
Inserted -> 5

Queue is full!!

Front -> 0 
Items -> 1 2 3 4 5 
Rear -> 4 

Deleted element -> 1 

Front -> 1 
Items -> 2 3 4 5 
Rear -> 4

まず最初にdequeue関数が呼ばれますが、キューはまだ空なので”Queue is empty !!”が出力されます。

その後、1から5までの数字をキューに追加します。

このとき、すでにキューは満杯なので、6を追加しようとすると”Queue is full!!”が出力されます。

次に、キューの内容をdisplay関数で表示します。

これにより、キューに入っている全ての要素と、frontとrearの位置が出力されます。

最後に、dequeue関数でキューから要素を一つ取り出します。

このとき、削除された要素と削除後のキューの状態が表示されます。

このように、C言語でテーブルを用いてキューを実装すると、データの追加や削除、表示などの操作を簡単に行うことができます。

○サンプルコード10:テーブルを用いたスタック

スタックとは、データの追加や削除が一方向からしかできないデータ構造のことを指します。

通常、「最後に入ったものが最初に出る」特性を持ち、この特性は「LIFO(Last In First Out)」とも称されます。

テーブルを用いてスタックをC言語で実装する例を見てみましょう。

#include<stdio.h>

#define MAX_SIZE 5 // スタックの最大サイズ

int stack[MAX_SIZE]; // スタック用のテーブルを定義
int top = -1; // スタックのトップの位置を表す変数

// スタックにデータをプッシュする関数
void push(int x) {
    if(top == MAX_SIZE -1) {
        printf("スタックがいっぱいです。データを追加できません。");
        return;
    }
    stack[++top] = x; // トップ位置を1つ増やしてデータを保存
}

// スタックからデータをポップする関数
int pop() {
    if(top == -1) {
        printf("スタックは空です。");
        return -1;
    }
    return stack[top--]; // トップのデータを返した後、トップ位置を1つ減らす
}

int main() {
    push(1);
    push(2);
    push(3);
    printf("%d\n", pop());
    printf("%d\n", pop());
    printf("%d\n", pop());
    return 0;
}

上記のコードでは、MAX_SIZEというマクロを用いてスタックの最大サイズを設定し、そのサイズに合わせたテーブルをスタックとして使用しています。

また、スタックの最上位の位置を示す変数topを用いて、データの追加(プッシュ)や削除(ポップ)を行っています。

データの追加はpush関数で、データの削除はpop関数で行います。

これらの関数では、スタックが満杯であるか、空であるかといったエラーをチェックし、条件を満たす場合にのみデータの操作を行っています。

このコードを実行すると、main関数の中で1, 2, 3と順にデータがスタックにプッシュされ、その後、ポップ操作で逆の順序、すなわち3, 2, 1とデータが出力されます。

このように、テーブルを用いてスタックを作ることで、データの追加や削除の操作を効率的に行うことができます。

これは、特に後入れ先出しの特性が必要な場面(例えば再帰的な処理や、一時的なデータの退避など)で役立つテクニックです。

●テーブル作成時の注意点と対処法

テーブルを作成し、操作する際には注意すべきポイントがあります。

①テーブルのサイズ

テーブルのサイズは固定で、後から変更することが難しいです。

そのため、必要なサイズを予め確定させてからテーブルを作成することが重要です。

②インデックスの範囲外アクセス

テーブルのサイズを超えるインデックスにアクセスしようとすると、予期しない動作が起こる可能性があります。

そのため、常にインデックスがテーブルの範囲内に収まるように注意しましょう。

③データの初期化

テーブルを作成しただけでは、その中には予測不能なデータが格納されています。

そのため、使用前に適切な初期値でデータを初期化することが必要です。

これらの注意点を念頭に置きながらテーブルの操作を行うことで、エラーを防ぎ、より効率的なプログラムを書くことができます。

●テーブル作成のカスタマイズ方法

テーブルの活用方法は、基本的な作成方法やデータの操作法から、さまざまなカスタマイズまで広範にわたります。

例えば、テーブルに格納するデータ型を変更したり、複数のテーブルを組み合わせて複雑なデータ構造を作成したりすることも可能です。

また、テーブルを用いたデータ管理の効率を向上させるためには、ソートや検索などのアルゴリズムを適切に選択し、実装することも重要です。

これらはプログラムのパフォーマンスに直結するため、具体的な要件やデータの性質に応じて適切な方法を選ぶことが求められます。

テーブルを活用する際の可能性は無限大で、その全てをカバーすることは不可能ですが、ここで紹介した基本的な知識と技術をベースに、自身のニーズに合わせてカスタマイズを行うことができます。

まとめ

以上、C言語によるテーブル作成の基本から応用例まで、10の具体的なサンプルコードを通じて解説してきました。

テーブルは、さまざまなデータ構造を表現し、データを効率的に管理するための強力なツールです。

しかし、テーブルを作成し、操作する際には注意点も存在します。

適切なサイズの定義、インデックスの範囲管理、初期化といった基本的な操作を念頭に置き、エラーを防ぐことが重要です。

これらの基本的な知識とサンプルコードを元に、ぜひさまざまなプログラムでテーブルを活用してみてください。

そして、自分だけのカスタマイズ方法を見つけ、更に深くプログラミングの世界に踏み込む一助となることを願っています。