C言語を使って台形の面積を計算！7ステップで完全解説

はじめに

プログラミングの世界に初めて足を踏み入れた方、あるいはすでに何らかの経験がある方で、より具体的な実践例を求めている方々に向けて、この記事は書かれています。

今回取り上げるのは、C言語を用いて台形の面積を計算する方法です。

台形の面積の公式から始め、具体的なコード例を示すことで理解を深めます。

●台形の面積の計算方法

○台形の面積の公式とは何か

台形の面積を求めるためには、次の公式を用います。

面積 = (上底 + 下底) * 高さ / 2

この公式は、台形の上底と下底の平均値を高さで掛けることにより、台形の面積を求めることができます。

○C言語で台形の面積を計算するための基本的なステップ

C言語で台形の面積を計算するには、次のステップを行います。

1. 上底、下底、高さの値を変数に格納します。
2. 台形の面積を計算する公式をコードに反映させます。
3. 計算結果を出力します。

●C言語での台形の面積計算：具体的なコード

○サンプルコード1：台形の上底、下底、高さを入力して面積を計算する

下記のコードは、ユーザーから上底、下底、高さの入力を受け取り、台形の面積を計算して結果を出力するものです。

#include <stdio.h>

int main() {
    double top, bottom, height, area;

    printf("上底を入力してください: ");
    scanf("%lf", &top);

    printf("下底を入力してください: ");
    scanf("%lf", &bottom);

    printf("高さを入力してください: ");
    scanf("%lf", &height);

    area = (top + bottom) * height / 2;

    printf("台形の面積は: %.2lf\n", area);

    return 0;
}

このコードでは、まず double 型の変数 top, bottom, height, area を定義しています。

次に、printf 関数を使ってユーザーに上底、下底、高さの入力を求め、scanf 関数を用いてそれらの値を各変数に格納します。

その後、台形の面積を計算する公式を用いて area の値を計算し、その結果を出力します。

このコードを実行すると、次のような出力が得られます（ここでは上底に5、下底に10、高さに8を入力した例を紹介します）。

上底を入力してください: 5
下底を入力してください: 10
高さを入力してください: 8
台形の面積は: 60.00

○サンプルコード2：台形の面積を計算する関数を作成する

次に、台形の面積を計算する関数を作成する方法について説明します。

#include <stdio.h>

double trapezoid_area(double top, double bottom, double height) {
    double area;
    area = (top + bottom) * height / 2;
    return area;
}

int main() {
    double top, bottom, height, area;

    printf("上底を入力してください: ");
    scanf("%lf", &top);

    printf("下底を入力してください: ");
    scanf("%lf", &bottom);

    printf("高さを入力してください: ");
    scanf("%lf", &height);

    area = trapezoid_area(top, bottom, height);

    printf("台形の面積は: %.2lf\n", area);

    return 0;
}

このコードでは trapezoid_area という関数を定義しています。

この関数は上底、下底、高さの3つの double 型の引数を受け取り、その値を用いて台形の面積を計算し、計算結果を戻り値として返します。

main 関数内では、この trapezoid_area 関数を呼び出して台形の面積を計算しています。

このコードを実行すると、前の例と同じように、ユーザーから入力を受け取り、その値を用いて台形の面積を計算し、計算結果を出力します。

具体的な実行結果は前の例と同様となります。

このように関数を使うことで、同じ計算を何度も行う場合や、他のプログラムで同様の計算を行う必要がある場合に便利です。

●応用例：さらに高度な台形面積計算のコード

○サンプルコード3：複数の台形の面積を一度に計算する

下記のコードは、複数の台形の面積を一度に計算するものです。

ここでは、台形の情報（上底、下底、高さ）を格納するための構造体を用いています。

#include <stdio.h>

struct Trapezoid {
    double top;
    double bottom;
    double height;
};

double trapezoid_area(struct Trapezoid t) {
    double area;
    area = (t.top + t.bottom) * t.height / 2;
    return area;
}

int main() {
    struct Trapezoid t1 = {5, 10, 8};
    struct Trapezoid t2 = {6, 7, 9};

    printf("台形1の面積は: %.2lf\n", trapezoid_area(t1));
    printf("台形2の面積は: %.2lf\n", trapezoid_area(t2));

    return 0;
}

このコードではまず、Trapezoidという名前の構造体を定義しています。

次に、trapezoid_areaという名前の関数を定義し、引数としてTrapezoid構造体を受け取ります。

そして、この関数内で台形の面積を計算し、結果を戻り値として返します。

main関数内では、2つの台形t1とt2の情報を格納し、それぞれの面積を計算し出力しています。

このコードを実行すると、次のような出力が得られます。

台形1の面積は: 60.00
台形2の面積は: 58.50

○サンプルコード4：台形の面積をグラフィカルに表示する

このコードでは、SDL2というライブラリを使用して、台形の面積をグラフィカルに表示します。

SDL2は、C言語でマルチメディアアプリケーションを作成するためのクロスプラットフォームのライブラリです。

下記のコードは、台形の形状を描画し、その面積をテキストで表示するシンプルなGUIアプリケーションの例です。

#include <SDL2/SDL.h>
#include <stdio.h>

// 台形の情報を保持する構造体
struct Trapezoid {
    int top, bottom, height;
};

// 台形の面積を計算する関数
double trapezoid_area(struct Trapezoid t) {
    double area = (t.top + t.bottom) * t.height / 2.0;
    return area;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO);              // SDL2の初期化
    SDL_Window *window = SDL_CreateWindow("Trapezoid Area", SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, 640, 480, SDL_WINDOW_OPENGL);
    SDL_Renderer *renderer = SDL_CreateRenderer(window, -1, SDL_RENDERER_ACCELERATED);
    
    struct Trapezoid t = {100, 200, 150};
    double area = trapezoid_area(t);

    char area_text[50];
    sprintf(area_text, "Area: %.2lf", area);

    // 描画ループ
    while (1) {
        SDL_Event e;
        if (SDL_PollEvent(&e)) {
            if (e.type == SDL_QUIT) break;
        }

        SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 255, 255, 255, 255);
        SDL_RenderClear(renderer);

        // 台形の描画
        SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 0, 0, 0, 255);
        SDL_RenderDrawLine(renderer, 100, 300, 200, 200);
        SDL_RenderDrawLine(renderer, 200, 200, 300, 200);
        SDL_RenderDrawLine(renderer, 300, 200, 400, 300);
        SDL_RenderDrawLine(renderer, 100, 300, 400, 300);

        // 台形の面積を表示
        SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 255, 0, 0, 255);
        SDL_Surface *surface = TTF_RenderText_Solid(TTF_OpenFont("arial.ttf", 24), area_text, {255, 0, 0});
        SDL_Texture *texture = SDL_CreateTextureFromSurface(renderer, surface);
        SDL_Rect rect = {10, 10, surface->w, surface->h};
        SDL_RenderCopy(renderer, texture, NULL, &rect);

        SDL_RenderPresent(renderer);

        SDL_FreeSurface(surface);
        SDL_DestroyTexture(texture);
    }

    SDL_DestroyRenderer(renderer);
    SDL_DestroyWindow(window);
    SDL_Quit();
    
    return 0;
}

このコードは、まずSDL2を初期化し、新しいウィンドウとレンダラーを作成します。

次に、台形の上底、下底、高さを設定し、その面積を計算します。

そして、面積をテキストとして描画します。

描画ループの中では、ウィンドウをクリアし、台形を描画し、計算した面積をテキストとして表示します。

ここでは、SDL_RenderDrawLine関数を使用して台形の各辺を描画し、TTF_RenderText_Solid関数を使用して面積のテキストを描画しています。

このコードを実行すると、台形とその面積が表示されるウィンドウが開きます。

ウィンドウを閉じると、プログラムは終了します。

●注意点：台形の面積計算コードの作成におけるエラーと対処法

C言語で台形の面積を計算する際の主なエラーとその対処法について説明します。

①コンパイルエラー

C言語のコードに文法的な誤りがあると、コンパイルエラーが発生します。

エラーメッセージをよく読み、指摘された行数を確認して問題を解決します。

②論理エラー

コードが正しくコンパイルされても、期待した結果が得られない場合、論理エラーが発生している可能性があります。

この場合、コードの各部分が期待通りの動作をしているか確認します。

③実行時エラー

プログラムが実行中にエラーが発生した場合、これを実行時エラーと呼びます。

例えば、未定義の変数を参照したり、ゼロで割ったりすると、実行時エラーが発生します。

これらのエラーを防ぐためには、コードを慎重に書き、テストを行うことが重要です。

●カスタマイズの方法：コードを自分のニーズに合わせて調整する方法

基本的な台形の面積計算のコードを理解したら、次にそのコードを自分のニーズに合わせてカスタマイズする方法を考えてみましょう。

例えば、複数の台形の面積を一度に計算したい場合、台形のデータを配列やリストに格納し、ループを使って一つずつ面積を計算するようにコードを改良することができます。

また、台形のデータを外部のファイルから読み込んで計算するようにすることも可能です。

これらのカスタマイズは、基本的なC言語の知識、特に配列やループ、ファイルの読み書きについて理解していることが前提となります。

まとめ

この記事では、C言語を使って台形の面積を計算する方法をステップバイステップで解説しました。

台形の面積の公式から始め、具体的なコードを通じて理解を深めていただきました。

また、より高度なコードの例や、エラーとその対処法、さらにはコードのカスタマイズ方法についても触れました。

これらの知識を活用して、さまざまな問題を解決するためのコードを自分で作成してみてください。