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第六回：関数ってなに？引数？戻り値？？

　さて突然ですが、関数という言葉を聞いたことがあるでしょうか？高校生以上の方は「三角関数」というものが数学で出てきたかもしれません。
　簡単にいうとC言語での関数とは「何かの値を受け取って処理するもの」の事です。
　変数とは「入れ物」だ。という風に説明しましたが、関数は「変数に入った値を材料にして、ものを作り出す機械」と考えれば良いでしょう。
　通常、この機械（関数）は次のように書かれます。

　　　　f(x)

　ここでのxは材料（変数）であり、fは機械（関数）の名前です。
　例えば、材料（変数）に1を加える機械（関数）を考えましょう。名前は自由に決められるのでplusとしましょう。
　またここで、せっかく1を加えたのですから、その処理の結果（x+1）をyという入れ物（変数）出力することにしましょう。
　すると次のように書くことができます。

　　　　y=plus(x);

　こうすれば、plusという機械（関数）はxという材料（変数）を取りこんで、1を加えた結果をyという入れ物（変数）に代入することになります。
　ここで関数（機械）の材料として用いられる変数のことを『引数（ひきすう）』と呼び、関数が引数を用いる事を『引数を取る（もつ）』といいます。
　つまりこの例ではxが引数となります。
　また、関数が処理の結果を出力するとき、『関数が値を返す』といい、その値を『戻り値（返り値）』と呼びます。

　整理しましょう。

@ 関数の名前は、自分で決定できる。
A 関数は変数を材料を使う。その材料を引数という。
B 関数が引数を使う事を、引数を取る（もつ）という。
C 関数は引数をもとにして、加工し、その結果を出力する。
D 関数が加工した結果を出力する事を、関数が値を返すという。
E 関数が返す値を、戻り値（返り値）という。

　例えばさきの関数plusに対して、

　int x,y;

　x=1;
：
：
　y=plus(x);　

　というようにプログラム中で書かれたならば、plusはxに1を加えた値を返し、yには2が代入されるのです。
　また、関数は変数同様、宣言後に使用することになります。書式は

　　型名　関数名（引数1, 引数2, …）　
　　｛
：
動作内容
：
return 変数名;
　　｝

です。
　最初の型名で、その関数の戻り値の型を宣言します。
　引数はコンマで区切る事で、並べることが出来ます。
　中カッコで動作内容を囲みます。
　戻り値はreturn文と呼ばれる

　
　return　変数名;　
　

の書式により、値を返します。

　つまり、先ほどの関数plusの定義は

　int plus( int x )　
　{
　　int r;

　　r = x+1;

　　return r;
　}

　のようになるでしょう。
こうすれば、「引数を整数型xとして取りこみ、その値に1を加えた値をrに代入し、そのrを整数として返す。」ということになります。
　口で説明していても分かりづらいでしょうから、プログラミングしながら見ていく事にしましょう。
　2つの引数の合計値を返す関数addを作り、使用したソースです。打ちこむ前に、ソースの下にある説明を読んでください。

　#include ＜stdio.h＞

　int　add(int a, int b)　// 関数addの宣言、引数はa,b、戻り値の型はint
　{
　　int　 n;　　　　　　　// 関数内でのみ使われる変数

　　n = a + b;　// 関数の動作内容

　　return n;　// 戻り値は return文 で返す
　}　　　　　　// ここまでが関数 add

　void main(void)　　// ここからがメインルーチン
　{
　　int x=1, y=2;
　　int ans;

　　ans = add(x, y);　　　　　　// 関数add の呼び出し、戻り値をansに確保

　　printf("%d",ans);　　　　　// 確保した ans を出力
　}



　関数を使ったプログラム。ということですが、一目見て分かる通り、メイン文が一番最初にきていません。これは、メイン文のなかで関数addを使用するため、それ以前に関数を定義しておかなければいけない為です。変数を使う前に宣言しておかなければならないのと同じですね。このため、まずaddの定義が並んでいます。
　addの説明をしましょう。

　　int add( int a, int b )　　

は、int型の値を返す関数addは、2つのint型の変数a,bを引数にとる。という意味でした。
そして

　{
　　　int n;　　　　　// 関数内でのみ使われる変数　

　　　n = a + b;　　　// 関数の動作内容

　　　return n;　　　　// 戻り値は return文 で返す　
　}　　　　　　　　　　// ここまでが関数 add

は、コメント文の説明のままですね。
　ここまでで、関数addを使用する為の下準備が出来ました。
　そして、関数addを使用しているのは、ココです。

　　ans = add(x, y);　　

　int型の変数x,yを引数として与え、その戻り値をansに代入しています。

　それでは、自分で動作を確認してみてください。答えはx+yつまり3と表示されたはずです。

　こんなに単純な足し算を関数にすると、余計ソースがややこしくなったような気がします。
　しかし、if文やswitch文での判定を関数にまとめればどうでしょう？例えば今まで作ってきた「じゃんけんゲーム」の勝敗判定や、コンピュータの手を決める動作を関数にすれば、メイン文を

　void main( void )
　　{
　　　　char player, com;
　　　　scanf("%c" &player);　

　　　　com=computer();　　　/*　コンピュータの手を決定する関数の　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返り値を変数comに代入　　　　　　*/
　　　　hantei(player,com);　/*　プレイヤーの手とコンピュータの手を引数に　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　勝敗を判定する　　　　　　　　　　　　　　　　　*/　
　　}

　というたった4行にまとめることもできるのです。

　どうです？あのだらだらとしたソースがたったの4行です。関数を使えばソースが煩雑になる事を防ぐことができます。

　しかし、上のように関数の定義をだらだらと書いていては、関数が3つ、4つ、と増えてくれば、ますますソースは煩雑になるでしょう。
ためしに、3つ関数を使用する場合を考えましょう。


　#include ＜stdio.h＞　　

　int add(int a, int b)
　{
　　　int n;

　　　n = a + b;

　　　return n;
　}

　int sub(int c, int d)
　{
　　int n;

　　n = c - d;

　　return n;
　}

　int mul(int e, int f)
　{
　　int n;

　　n = e * f;

　　return n;
　}


　void main(void)
　{
　　int x=1, y=2;
　　int ans, ans2, ans3;

　　ans = add(x, y);
　　ans2 = sub(x, y);
　　ans3 = mul(x, y);

　　printf("%d\n",ans);
　　printf("%d\n",ans2);
　　printf("%d\n",ans3);
　}


　一番大切な(？)メイン文がいつ始まるんだ？って感じですね。では、これならどうでしょう。


　#include ＜stdio.h＞

　int add(int a, int b);
　int sub(int c, int d);
　int mul(int e, int f);

　void main(void)
　{
　　　int x=1, y=2;
　　　int ans, ans2, ans3;

　　　ans = add(x, y);
　　　ans2 = sub(x, y);
　　　ans3 = mul(x, y);

　　　printf("%d\n",ans);
　　　printf("%d\n",ans2);　
　　　printf("%d\n",ans3);　
　}


　int add(int a, int b)
　{
　　　int n;

　　　n = a + b;

　　　return n;
　}

　int sub(int c, int d)
　{
　　　int n;

　　　n = c - d;

　　　return n;
　}

　int mul(int e, int f)
　{
　　　int n;

　　　n = e * f;

　　　return n;
　}

　この場合、ほとんどメイン文の位置が明確で、関数の定義も後にまとめられている為読みやすいですね。
　このようにメイン文より前に、関数名と引数、戻り値の型を宣言しておき、後ろにその動作を定義することができます。
　このとき、メイン文より前の宣言、ここでは

　int add(int a, int b);
　int sub(int c, int d);
　int mul(int e, int f);　

　ですね。これらをプロトタイプ宣言と呼びます。
プロトタイプ宣言を使用する事で、ソースが関数の定義で煩雑になることを防ぐ事ができます。大掛かりなプログラムを書くと、2桁ぐらいの関数が出てくる事はざらなので、この方法は重要です。（もっともそこまで多い場合はヘッダファイルにまとめるのですが…。）

　さて、話しが広がり過ぎたかもしれません。もう一度整理しましょう。

F 関数は使用する前に宣言する必要がある。
G そこでは「型名」「関数名」「引数の型」「引数の名前と数」を宣言する。
H 関数の宣言をメイン文の前に書くとソースが煩雑になる可能性が大きいので、
　関数のプロトタイプ宣言を利用し、関数の動作の定義はメイン文の後ろに書く。

　つまり、最初のソースの、よりよい形はこうなります。


　#include ＜stdio.h＞

　int add(int a, int b);　　　　// プロトタイプ宣言

　void main(void)　　　　　　　// ここからがメインルーチン
　{
　　　int x=1, y=2;
　　　int ans;

　　　ans = add(x, y);　　　　　// 関数add の呼び出し、戻り値をansに確保　

　　　printf("%d",ans);　　　　// 確保した ans を出力
　}


　int add(int a, int b)　　　　// 実際の動作の定義
　{
　　　int n;

　　　n = a + b;

　　　return n;
　}



と書けば、関数が増えてもソースが煩雑になるのを防ぐことができるわけです。

　突然『関数』と言う言葉がでてきて、とまどってしまうかもしれませんが、なにも新しいことではないのです。実際にこの講座の中で今までになんども関数を使用しています。そのひとつはprintfです。
　さっき関数はf(x)の形で書かれるといいました。printfの書式を思い出してください。

printf("文字列");

　でしたね。そうです。これはprintfという名前の関数だったのです。いままでの例では 数値を引数にとる場合 を紹介しましたが、 引数は、変数・実際の値・文字・文字列…その関数が対応しているものであれば、なんでも良いのです。
　さらにprintfは実はこのようにも書くことができます。

x = printf("あいうえお");

　こうすれば、xには（文字数+1）の値が入るのです。（なぜ文字数＋1になるのかは追々説明します。）
　つまり、「printfは文字列を引数に取り、その文字列の数（+1）を返す関数」と言えます。
　しかし、実際は上のような書き方をせず、『戻り値を無視』して使っています。
　このことからも分かるように 『戻り値は無視することができる値』で、値を返すからといってその値を使用しなくともかまいません。

　また、いままで一度も漏らさずに使用してきた main(){}　でさえ、関数なのです。
「おまじない」「おまじない」といってきた

void main(void)

の voidとは、"無""からっぽ"の意味で、この場合「なにも値を返さないし」「なにも引数を取らない」ということなのです。
　ではこのメイン関数が値を取ったり、返したりすることがあるか？と言うことになりますが、あるのです。
　メイン関数は、2つの引数を持つ事ができるのですが、今は持つことがある。とだけ頭の隅に置いておいてください。
　戻り値に関しては、メイン関数の最後にreturn文を加えることで終了状態を判定できます。

　　return 0;　　　// 正常終了　
　　return -1;　　// 異常終了

　などと書き、if文などと組み合わせて使用します。
　また話が広がってしまいました。
もう一度整理しましょう。

I printfは実は「文字数+1を戻り値とし」「文字列を引数にもつ」「関数」だった。
J main()すら関数だった。
K main関数は2つの引数を実は持つことができる。
L main関数内の最後にreturn文をつけることで終了状態を判定できる。


さて、いままでに出てきた重点をもう一度並べてみましょう。


@ 関数の名前は、自分で決定できる。
A 関数は変数を材料を使う。その材料を引数という。
B 関数が引数を使う事を、引数を取る（もつ）という。
C 関数は引数をもとにして、加工し、その結果を出力する。
D 関数が加工した結果を出力する事を、関数が値を返すという。
E 関数が返す値を、戻り値（返り値）という。
F 関数は使用する前に宣言する必要がある。
G そこでは「型名」「関数名」「引数の型」「引数の名前と数」を宣言する。
H 関数の宣言をメイン文の前に書くとソースが煩雑になる可能性が大きいので、　
　関数のプロトタイプ宣言を利用し、関数の動作の定義はメイン文の後ろに書く。
I printfは実は「文字数+1を戻り値とし」「文字列を引数にもつ」「関数」だった。
J main()すら関数だった。
K main関数は2つの引数を実は持つことができる。
L main関数内の最後にreturn文をつけることで終了状態を判定できる。

これが今回のポイントです。
うーん。なんて内容の濃い講座なのでしょう（苦笑）
I以降は豆知識程度で良いと思います。それより前の項目は重要ですから、暗記しないまでも理解したほうが良いと思います。
　自分で書いていても分かるのですが、このあたりから急激に難易度が上がり、挫折する人も増えてくるようです。分からない事を放置しても、連鎖反応で分からない事を生み出すだけなので、掲示板またはメールでどんどん質問して下さい。僕の答えられる範囲で答えますので。
　ただ、 今回の講座の内容は”一度で覚えることではなく”『後からついてくる事』の部類に含まれるものです。ですから、今回の講座をすべて覚えようとすることなく、頭の片隅において置く。ぐらいに考えるのがちょうど良いのかとおもいます。

前回の課題の解答

前回の課題は、自分で作ったプログラムをswitch文に置き換えよ。というものでしたが、どうだったでしょうか？
分からない点があれば、質問して下さい。

今回の課題

　今回の課題は、ジャンケンプログラムを関数で…といいたいところなのですが、第七回のソースが関数を用いないものになっているため、今回の課題はなし。とします。