制御構造 (1)

前回，基本的なプログラムによって，とりあえずタートルを動かしてみた． その結果，命令（制御関数）のひとつひとつに反応して， タートルが状態を変化させることがわかったハズである．

様々な命令をたくさん羅列すれば， どんなに複雑な図形でも描くことができる． しかし，同じ命令を何度も羅列するのは高コストである． （プログラミング作業に時間がかかるし，訂正・改造も大変になる．） そこで，本授業では，より効率的な（複雑な図形をより少ない命令で描く） 方法を探って行く．

今回は，反復（繰り返し，ループ）による効率化を理解しよう． 例えば，ある動作を 100 回繰り返す場合， その動作に対応する一連の命令を人間が 100 回も書く のは明らかに無駄である． 効率的なプログラミングとしては， その一連の命令を 1 回だけ書き， 繰り返し回数を指定するだけでよい．

Ｃ言語の場合， for 文または while 文を利用して， 反復処理を記述する．

作業に移る前に，今回も， 作業用ディレクトリの準備をお忘れなく． また，Ｃ言語プログラムのコンパイルと実行の方法について， 前回の説明を再確認しておこう．

非効率な羅列的プログラミング

例として，多角形の描画を考える． まずは，６角形を羅列的にプログラミングしてみよう． 一定距離の前進と 60 度の回転を６回実行すれば６角形になる．

ソースファイル polygon.c：効率の悪い例

#include "kame3d.h"

int main()
{
	Init("Kame3D Polygon");

	Goto(-1.0, -1.732);

	Move(2.0); Turn(60.0);
	Move(2.0); Turn(60.0);
	Move(2.0); Turn(60.0);
	Move(2.0); Turn(60.0);
	Move(2.0); Turn(60.0);
	Move(2.0); Turn(60.0);

	Play();
	return (0);
}

この例では， まったく同じコード 「Move(2.0); Turn(60.0);」を ６回も羅列している．

また，このコードを改造し頂点（角）の個数を増やせば，円に近づけることも可能である． しかし，そのためにソースコードをどれだけ肥大化させなければならないだろうか？

もちろん，現代の PC では， コピー＆ペーストの手作業の繰り返しによって， 何行でも簡単に羅列できるので，そうしたくなるのが人情だが， それをやってはいけない． 後で，変更したいとき等，余計な時間・労力がかかることになるし， 不注意による間違いも混入しやすくなってしまう． 人間が働くのではなく， コンピュータを働かせること． 人間は手よりも，頭の方を多く使うべきだ．

反復による効率化

では，次の通り， for 文 を利用して， polygon.c を書き換えよう：効率の良い例

#include "kame3d.h"

int main()
{
	int  i;				// 反復回数のカウンタ

	Init("Kame3D Polygon");

	Goto(-1.0, -1.732);

	for (i = 0; i < 6; i++) {	// ここから６回反復
		Move(2.0); Turn(60.0);
	}				// ここまで

	Play();
	return (0);
}

実行結果は最初のものと変わらないのに， ソースコードを非常にコンパクトに記述できた． また，その効果は，反復回数が多いほど，より強力になる． 反復回数を変えて試してみよう．

int n = 12;	// この値を変えるだけで任意の多角形を描ける
...
for (...; i < n; ...) {
	...
	Turn(360.0/n);
}

なお，for ループの標準的な使い方は次の通り：

int  カウンタ;

for (カウンタ = 0; カウンタ < 反復回数; カウンタ++) {
	繰り返したい処理
	...
}

このループを実行すると， カウンタの値が 0, 1, 2, ..., 反復回数-1 まで増加しながら， ループ内の処理（命令のグループ）が反復される． カウンタの値が反復回数以上になったとき， 反復は終了する．

なお，for ではなく，while を使っても同様な処理が可能： （だが，オススメできない．）

int  カウンタ = 0;

while (カウンタ < 反復回数)  {
	繰り返したい処理
	...
	カウンタ++;
}

for と while の使い分けの基本方針：

• for：計数反復 ... 繰り返し回数が既知の場合 ... に使用．
• while：条件反復 ... 繰り返し回数が未知の場合 ... に使用．

練習問題

polygon.c を元にして， 反復処理で何か素敵な図形を描け． （前回作成した図形を複数個ならべてみるとか．）

ヒント： for ループを二重・三重にしたり， ループ内に色々な命令を詰め込んだり， 移動距離や回転角度をカウンタ値から計算したりすると， 面白い図形ができあがる． どんな命令（制御関数）があったか， 前回の説明を再確認しよう．

サンプルソースファイル：

• wloop.c
• spiral.c

これらのソースファイルについては， 本日の作業用ディレクトリにダウンロードして使うとよい．

ダウンロード方法：

規則性・類似性による効率化

羅列的な悪い例：

	Move(0.2); Turn(30.0);
	Move(0.4); Turn(30.0);
	Move(0.6); Turn(30.0);
	...
	Move(2.0); Turn(30.0);

これは，「まったく同じ」ではないが， 「同じような」コードの羅列だ．

改善案 (1)：

	int	i;

	for (i = 1; i <= 10; i++) {
		Move(i*0.2);		// 異なる部分を規則性によりコンパクトに表現
		Turn(30.0);
	}

改善案 (2)：

	int	i;
	double	d[10] = {0.2, 0.4, 0.6, ..., 2.0};	// 異なる部分だけを羅列

	for (i = 0; i < 10; i++) {
		Move(d[i]);
		Turn(30.0);
	}

本日の課題

for 文を利用して， 規則性のある図案を効率良く描くような タートルグラフィックスプログラムを自由に作成せよ．

担当教員へレポートを送信せよ：

• To：yanagawa@kushiro-ct.ac.jp
• Subject：ap-0428
• 本文：
• 作品の説明
• ソースコード
• 提出期限：05月11日（水）17:00