【C言語】第5章第10回：モジュール化されたプログラムの例

モジュール化されたプログラムの設計と実装を学ぶことで、コードの効率的な管理と再利用が可能になります。この章では、モジュール化を活用した具体的なプログラム例を紹介します。

1. モジュール化の基本例：計算機プログラム

1.1 プログラム概要

この例では、基本的な計算（加算、減算、乗算、除算）を行う計算機プログラムをモジュール化して実装します。

1.2 ヘッダーファイルの作成

計算機の操作を定義するヘッダーファイルを作成します：

// calculator.h
#ifndef CALCULATOR_H
#define CALCULATOR_H

// 関数プロトタイプ
int add(int a, int b);
int subtract(int a, int b);
int multiply(int a, int b);
double divide(int a, int b);

#endif // CALCULATOR_H

解説：

• ヘッダーファイルでは、計算操作の関数プロトタイプを宣言します。
• #ifndefと#defineで多重インクルードを防ぎます。

1.3 ソースファイルの作成

計算操作を実装するソースファイルを作成します：

// calculator.c
#include "calculator.h"

// 加算
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 減算
int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

// 乗算
int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

// 除算
double divide(int a, int b) {
    if (b != 0) {
        return (double)a / b;
    } else {
        return 0.0; // ゼロ除算を回避
    }
}

解説：

• 各関数で基本的な計算操作を実装しています。
• 除算では、ゼロ除算を避けるための条件を追加しています。

1.4 メインファイルの作成

メインファイルで計算操作を呼び出します：

// main.c
#include 
#include "calculator.h"

int main() {
    int x = 10, y = 5;

    printf("Addition: %d\n", add(x, y));
    printf("Subtraction: %d\n", subtract(x, y));
    printf("Multiplication: %d\n", multiply(x, y));
    printf("Division: %.2f\n", divide(x, y));

    return 0;
}

解説：

• calculator.hをインクルードして計算操作を使用しています。
• 各関数を呼び出して結果を表示します。

2. モジュール化の利点

• 再利用性：モジュール化されたコードは他のプロジェクトでも使用できます。
• 可読性：コードが分割され、整理されているため理解しやすくなります。
• 保守性：バグ修正や機能追加が容易です。

3. 練習問題

以下の課題に挑戦して、モジュール化の利点を体感してください。

1. 配列の操作（例：最大値、最小値の検索）を行うモジュールを作成してください。
2. 文字列操作（例：文字列の長さを計算）を行うモジュールを作成してください。
3. ハノイの塔問題をモジュール化して実装してください。

4. 練習問題の解答と解説

問1の解答

ヘッダーファイル：

// array_utils.h
#ifndef ARRAY_UTILS_H
#define ARRAY_UTILS_H

int findMax(int arr[], int size);
int findMin(int arr[], int size);

#endif // ARRAY_UTILS_H

ソースファイル：

// array_utils.c
#include "array_utils.h"

int findMax(int arr[], int size) {
    int max = arr[0];
    for (int i = 1; i < size; i++) {
        if (arr[i] > max) {
            max = arr[i];
        }
    }
    return max;
}

int findMin(int arr[], int size) {
    int min = arr[0];
    for (int i = 1; i < size; i++) {
        if (arr[i] < min) {
            min = arr[i];
        }
    }
    return min;
}

メインファイル：

// main.c
#include 
#include "array_utils.h"

int main() {
    int numbers[] = {3, 7, 2, 9, 4};
    int size = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);

    printf("Maximum: %d\n", findMax(numbers, size));
    printf("Minimum: %d\n", findMin(numbers, size));

    return 0;
}

5. まとめ

モジュール化されたプログラムの設計を習得することで、大規模なプロジェクトでも効率的にコードを管理できます。次回は、さらに高度なモジュール設計のコツについて学びます。