Bitwise Operator and Logical Operator

・Bitwise AND Operator & と Logical AND Operator &&

C/C++の論理演算(logical operation)では、0は偽(false)、0以外は真(true)です!

and.c

#include <math.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
  printf("%d\n", 0&1);
  printf("%d\n", 2&3);
  printf("%d\n", 0&&1);
  printf("%d\n", 2&&3);
  printf("%d\n", 'a'&&"abc");

  int i = 3;
  int n = 7;
  if ((int)pow(2, i - 1) & n) {
    printf("The %d-th bit in the binary representation of the decimal number %d is 1!\n", i, n);
  }
  else {
    printf("The %d-th bit in the binary representation of the decimal number %d is 0!\n", i, n);
  }
}

〈実行結果〉

0
2
0
1
1
The 3-th bit in the binary representation of the decimal number 7 is 1!


参考サイト

1.Google:Bitwise Operator and Logical Operator
2.2進数、8進数、10進数、16進数相互変換ツール

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C/C++における条件コンパイル

条件コンパイル(conditional compilation)のやり方です。日本語では、コンパイラスウィッチとかコンパイルスウィッチと呼ばれることがあります。

conditional_compilation1.c

#include <stdio.h>
#define DEBUG 1

int main(void) {
#if DEBUG
  printf("Debug Mode!\n");
#endif
}

conditional_compilation2.c

#include <stdio.h>
#define DEBUG

int main(void) {
#ifdef DEBUG
  printf("Debug Mode!\n");
#endif
}


参考サイト

1.#ifディレクティブを使った条件コンパイル
2.#ifdefディレクティブを使った条件コンパイル

FLTK による GUI アプリケーションの開発(Windows)

FLTK は軽量クロスプラットフォームのGUIライブラリです。ライブラリが静的にリンクされるので FLTK がインストールされていない Windows PC でも実行できます。その上、生成される実行ファイルのサイズが小さいので容易に配布できます。また、プログラムを比較的簡単に作成できるのもメリットの一つです。
ということで、私はとても気に入っています!
以下では、Windows環境での FLTK による GUI アプリケーションの作成手順について説明します。


1.MinGW と MSYS のインストール

FLTK をビルドするために、MinGW をDドライブの直下にインストールします。インストールの際に MinGW Installation Manager で mingw32-gcc-g++msys-base を指定すると MSYS も一緒にインストールできます。MinGW のインストールについては、“clang++ による DLL のビルド” の記事の MinGW の箇所を参考にして下さい。
インストールが終わったら、D:\MinGW\msys\1.0\msys.bat をダブルクリックして MSYS を起動し、下記のコマンドを実行するとパスを設定できます。
注)exit で一旦終了して MSYS を再起動した後にパスが有効になるので、exit するのを忘れないで下さい。

<MSYS>

$ echo "PATH=\$PATH:/D/MinGW/bin" > .profile
$ exit


2.FLTK のビルドとインストール

まず、FLTK のソールファイル fltk-1.3.3-source.tar.gz をダウンロードし、
“D:\MinGW\msys\1.0\home\ユーザ名”の直下に置きます。
続いて、D:\MinGW\msys\1.0\msys.bat をダブルクリックして MSYS を起動し、ソースファイルのあるディレクトリで以下のコマンドを実行すれば、解凍 → ビルド → インストール が行えます。

<MSYS>

$ tar -xvf fltk-1.3.3-source.tar.gz
$ cd fltk-1.3.3
$ ./configure
$ make
$ make install


3.C++によるプログラムの作成

以下は、FLTK を使ったサンプルプログラムです。

click.cpp

#include <FL/Fl.H>
#include <FL/Fl_Button.H>
#include <FL/Fl_Input.H>
#include <FL/Fl_Output.H>
#include <FL/Fl_Window.H>

class Window : Fl_Window {
  Fl_Button* fl_button;
  Fl_Input* fl_input;
  Fl_Output* fl_output;
public:
  Window(int, int, const char*);
  ~Window();
private:
  static auto copy(Fl_Widget*, void*) -> void;
};

Window::Window(int width, int height, const char* title) : Fl_Window(width, height, title) {
  begin();
  fl_button = new Fl_Button(0, 0, 50, 25, "copy");
  fl_input = new Fl_Input(50, 50, 350, 25, "input:");
  fl_output = new Fl_Output(50, 100, 350, 25, "output:");
  end();
  fl_button->callback(copy, this);
  show();
}

Window::~Window() {
  if (fl_button != NULL) delete fl_button;
  if (fl_input != NULL) delete fl_input;
  if (fl_output != NULL) delete fl_output;
}

auto Window::copy(Fl_Widget* wt, void* vd) -> void {
  ((Window*)vd)->fl_output->value(((Window*)vd)->fl_input->value());
}

auto main() -> int {
  Window window(500, 250, "^o^");
  return Fl::run();
}

ファイルをペースト(ドラッグ・アンド・ドロップ)すると、ファイルのパスが表示されます。

paste.cpp

#include <sstream>
#include <vector>
#include <FL/Fl.H>
#include <FL/Fl_Box.H>
#include <FL/Fl_Output.H>
#include <FL/Fl_Window.H>

auto split(const std::string& input, char delimiter = ',') -> std::vector<std::string> {
  std::stringstream stringstream(input);
  std::string token;
  std::vector<std::string> output;
  while (std::getline(stringstream, token, delimiter)) {
    output.push_back(token);
  }
  return output;
}

class Box : Fl_Box {
  Fl_Output* fl_output;
public:
  Box(int, int, int, int, Fl_Output*);
private:
  auto handle(int) -> int;
};

Box::Box(int x, int y, int width, int height, Fl_Output* fl_output) : Fl_Box(FL_UP_BOX, x, y, width, height, "") {
  this->fl_output = fl_output;
  label("Paste here!");
  labelcolor(FL_BLUE);
  labelfont(FL_ITALIC);
  labelsize(25);
}

auto Box::handle(int event) -> int {
  switch (event) {
    case FL_DND_DRAG:
    case FL_DND_ENTER:
    case FL_DND_LEAVE:
    case FL_DND_RELEASE:
    return 1;

    case FL_PASTE:
    fl_output->value(split(Fl::event_text(), '\n')[0].c_str());
    label("Completed!");
    labelcolor(FL_RED);
    return 1;

    default:
    return Fl_Box::handle(event);
  }
}

class Window : Fl_Window {
  Fl_Output* fl_output;
  Box* box;
public:
  Window(int, int, const char*);
  ~Window();
};

Window::Window(int width, int height, const char* title) : Fl_Window(width, height, title) {
  begin();
  fl_output = new Fl_Output(50, 25, 450, 25, "output:");
  box = new Box(0, 50, 500, 200, fl_output);
  end();
  show();
}

Window::~Window() {
  if (fl_output != NULL) delete fl_output;
  if (box != NULL) delete box;
}

auto main() -> int {
  Window window(500, 250, "^o^");
  return Fl::run();
}


4.プログラムのビルド

MSYSで以下のコマンドを実行するとプログラムをビルドできます。
注)-static を外すと、実行する際に libstdc++-6.dll と libgcc_s_dw2-1.dll が必要になります。

<MSYS>

$ g++ -std=c++11 -static `fltk-config --cxxflags` *.cpp `fltk-config --ldflags` -o fltk.exe
$ strip fltk.exe

<Linux>

$ g++ -I/usr/local/include -I/usr/X11R6/include -o fltk fltk.cpp -L/usr/X11R6/lib -L/usr/local/lib /usr/local/lib/libfltk.a -lm -lXext -lX11 -lsupc++
$ ./fltk


参考サイト

C++におけるクラス内配列

クラス内配列を添字演算子[](index operator, subscript operator)のオーバーロードを利用して記述します。


1.クラス内で配列を静的に確保する

C/C++では配列そのものを関数の引数や戻り値にすることはできませんが、以下のArrayクラスではそれが可能です。これを使えば複数の値の値渡しや値戻しができます。関数の引数や戻り値がベクトルである場合に使うと便利です。もちろん、配列長が大きい場合は参照渡しや参照戻しを使うこともできます。

array1.cpp

#include <cassert>
#include <iostream>

template <int LENGTH> class Array {
  double array[LENGTH];
public:
  const int length = LENGTH;
  Array() {
    if (length > 0) {
      for (int i = 0; i < length; i++) {
        array[i] = 0;
      }
    }
  }
  Array& operator=(const Array& object) {
    if (length > 0) {
      for (int i = 0; i < length; i++) {
        array[i] = object.array[i];
      }
    }
    return *this;
  }
  double& operator[](int index) {
    assert(0 <= index && index < length);
    return array[index];
  }
  const double& operator[](int index) const {
    assert(0 <= index && index < length);
    return array[index];
  }
};

Array<10> echo1(Array<10> array) {
  return array;
}

const Array<10>& echo2(const Array<10>& array) {
  return array;
}

int main() {
  const int length = 10;
  //Array<length> array;
  auto array = Array<length>();
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    array[i] = i;
  }
  auto array1 = Array<length>();
  array1 = array;
  for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
    std::cout << array1[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo1(array).length; i++) {
    std::cout << echo1(array)[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo2(array).length; i++) {
    std::cout << echo2(array)[i] << std::endl;
  }
}

array2.cpp

#include <cassert>
#include <iostream>

template <int LENGTH> class Array {
  double array[LENGTH];
public:
  const int length = LENGTH;
  Array();
  Array& operator=(const Array&);
  double& operator[](int);
  const double& operator[](int) const;
};

template <int LENGTH> Array<LENGTH>::Array() {
  if (length > 0) {
    for (int i = 0; i < length; i++) {
      array[i] = 0;
    }
  }
}

template <int LENGTH> Array<LENGTH>& Array<LENGTH>::operator=(const Array& object) {
  if (length > 0) {
    for (int i = 0; i < length; i++) {
      array[i] = object.array[i];
    }
  }
  return *this;
}

template <int LENGTH> double& Array<LENGTH>::operator[](int index) {
  assert(0 <= index && index < length);
  return array[index];
}

template <int LENGTH> const double& Array<LENGTH>::operator[](int index) const {
  assert(0 <= index && index < length);
  return array[index];
}

Array<10> echo1(Array<10> array) {
  return array;
}

const Array<10>& echo2(const Array<10>& array) {
  return array;
}

int main() {
  const int length = 10;
  //Array<length> array;
  auto array = Array<length>();
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    array[i] = i;
  }
  auto array1 = Array<length>();
  array1 = array;
  for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
    std::cout << array1[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo1(array).length; i++) {
    std::cout << echo1(array)[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo2(array).length; i++) {
    std::cout << echo2(array)[i] << std::endl;
  }
}


2.クラス内で配列を動的に確保する

スタックに格納できないサイズの配列を扱う際に使うと便利です。また、ディストラクタが自動で動的に確保した配列の後始末をしてくれます。

注)オブジェクトの値渡しでは、値渡しの際にコピーコンストラクタが呼び出され、関数を抜ける時にディストラクタが呼び出されます。

注)メンバ変数にポインタがあるオブジェクトの値渡しでは、関数を抜ける時に呼び出されるディストラクタがコピー元の実体を解放するので、値渡しの際に実体がコピーされるようにコピーコンストラクタを定義しておきます。

array3.cpp

#include <cassert>
#include <iostream>

class Array {
  double* array;
public:
  int length;
  Array(int length) : array(NULL), length(length) {
    if (length > 0) {
      array = new double[length];
      for (int i = 0; i < length; i++) {
        array[i] = 0;
      }
    }
  }
  Array(const Array& object) : array(NULL), length(object.length) {
    if (length > 0) {
      array = new double[length];
      for (int i = 0; i < length; i++) {
        array[i] = object.array[i];
      }
    }
  }
  Array& operator=(const Array& object) {
    array = NULL;
    length = object.length;
    if (length > 0) {
      array = new double[length];
      for (int i = 0; i < length; i++) {
        array[i] = object.array[i];
      }
    }
    return *this;
  }
  ~Array() {
    if (array != NULL) {
      delete[] array;
      array = NULL;
    }
  }
  double& operator[](int index) {
    assert(0 <= index && index < length);
    return array[index];
  }
  const double& operator[](int index) const {
    assert(0 <= index && index < length);
    return array[index];
  }
};

Array echo1(Array array) {
  return array;
}

const Array& echo2(const Array& array) {
  return array;
}

int main() {
  int length = 10;
  //Array array(length);
  auto array = Array(length);
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    array[i] = i;
  }
  auto array1 = Array(length);
  array1 = array;
  for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
    std::cout << array1[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo1(array).length; i++) {
    std::cout << echo1(array)[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo2(array).length; i++) {
    std::cout << echo2(array)[i] << std::endl;
  }
}

array4.cpp

#include <cassert>
#include <iostream>

class Array {
  double* array;
public:
  int length;
  Array(int);
  Array(const Array&);
  Array& operator=(const Array&);
  ~Array();
  double& operator[](int);
  const double& operator[](int) const;
};

Array::Array(int length) : array(NULL), length(length) {
  if (length > 0) {
    array = new double[length];
    for (int i = 0; i < length; i++) {
      array[i] = 0;
    }
  }
}

Array::Array(const Array& object) : array(NULL), length(object.length) {
  if (length > 0) {
    array = new double[length];
    for (int i = 0; i < length; i++) {
      array[i] = object.array[i];
    }
  }
}

Array& Array::operator=(const Array& object) {
  array = NULL;
  length = object.length;
  if (length > 0) {
    array = new double[length];
    for (int i = 0; i < length; i++) {
      array[i] = object.array[i];
    }
  }
  return *this;
}

Array::~Array() {
  if (array != NULL) {
    delete[] array;
    array = NULL;
  }
}

double& Array::operator[](int index) {
  assert(0 <= index && index < length);
  return array[index];
}

const double& Array::operator[](int index) const {
  assert(0 <= index && index < length);
  return array[index];
}

Array echo1(Array array) {
  return array;
}

const Array& echo2(const Array& array) {
  return array;
}

int main() {
  int length = 10;
  //Array array(length);
  auto array = Array(length);
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    array[i] = i;
  }
  auto array1 = Array(length);
  array1 = array;
  for (int i = 0; i < array1.length; i++) {
    std::cout << array1[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo1(array).length; i++) {
    std::cout << echo1(array)[i] << std::endl;
  }
  for (int i = 0; i < echo2(array).length; i++) {
    std::cout << echo2(array)[i] << std::endl;
  }
}

注)テンプレートクラスのメンバー関数の実装はヘッダーファイルに記述してください。


参考サイト

1.演算子のオーバーロード
2.subscript operator overloading
3.Overloading the C++ indexing subscript operator []
4.Overloading the Subscript Operator [] the Right Way
5.クラス内での配列の動的確保
6.関数とオブジェクト
7.オブジェクト利用時の注意点
8.迷信:new に失敗すると NULL が返る?
9.コピーコンストラクタ、代入演算子、デストラクタ(The Law of The Big Three)
10.コピー操作と参照
11.ロベールのC++教室 – クラステンプレート
12.テンプレートの実装をヘッダに書かなければならない理由

C++におけるオブジェクトの値渡し・値戻し

1.オブジェクトの値渡し

関数の引数にオブジェクトを値渡しすると、オブジェクトのコピーの際にコピーコンストラクタが呼び出され、関数を抜ける時にディストラクタが呼び出されます。

passA.cpp

#include <iostream>

class A {
public:
  A() {
    std::cout << "Constructor!" << std::endl;
  }
  A(const A& object) {
    std::cout << "Copy Constructor!" << std::endl;
  }
  ~A() {
    std::cout << "Destructor!" << std::endl;
  }
};

void passA(A a) {
  std::cout << "Pass A!" << std::endl;
}

int main() {
  auto a = A();
  passA(a);
}

〈実行結果〉

Constructor!
Copy Constructor!
Pass A!
Destructor!
Destructor!


2.オブジェクトの値戻し

オブジェクトが値戻しされる時も、最後にディストラクタが呼び出されます。

returnA.cpp

#include <iostream>

class A {
public:
  A() {
    std::cout << "Constructor!" << std::endl;
  }
  A(const A& object) {
    std::cout << "Copy Constructor!" << std::endl;
  }
  ~A() {
    std::cout << "Destructor!" << std::endl;
  }
};

A returnA() {
  std::cout << "Return A!" << std::endl;
  return A();
}

int main() {
  returnA();
}

〈実行結果〉

Return A!
Constructor!
Destructor!


参考サイト

1.C++ クラス設計に関するノート
2.関数とオブジェクト
3.オブジェクト利用時の注意点
4.参照の復習とコピーコンストラクタ
5.コピーコンストラクタ、代入演算子、デストラクタ(The Law of the Big Three)
6.コピー

C++によるテンプレートメタプログラミング

テンプレートメタプログラミングのサンプルです。

template.cpp

#include <iostream>

template <typename T = int> T add(T x, T y) {
  return x + y;
}

int main() {
  std::cout << add<>(1, 1) << std::endl;
  std::cout << add<int>(1, 1) << std::endl;
}


array.h

#pragma once

template <typename T = int, int LENGTH = 10> class Array {
  T array[LENGTH];
public:
  const int length = LENGTH;
  T& operator[](int);
  T sum();
};

template <typename T, int LENGTH> T& Array<T, LENGTH>::operator[](int index) {
  return array[index];
}

template <typename T, int LENGTH> T Array<T, LENGTH>::sum() {
  T s = 0;
  for (int i = 0; i < LENGTH; i++) {
    s += array[i];
  }
  return s;
}

main.cpp

#include "array.h"
#include <iostream>

int main() {
  //Array<> array;
  const int length = 10;
  //Array<int, length> array;
  auto array = Array<int, length>();
  for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    array[i] = i;
    std::cout << array[i] << std::endl;
  }
  std::cout << array.sum() << std::endl;
}

注)テンプレートクラスのメンバー関数の実装はヘッダーファイルに記述してください。


参考サイト

1.Google:C++ template
2.Google:C++ template meta programming
3.C++テンプレートメタプログラミング超入門
4.テンプレートの実装をヘッダに書かなければならない理由

C++によるプロセス制御

1.fork関数によるマルチプロセス

fork関数を呼び出すと現在のプロセス(親プロセス)が複製され、子プロセスが生成されます。
親プロセスは pid > 0、子プロセスは pid = 0 です。getpid() は自プロセスのプロセスIDを表します。

fork1.cpp (Cygwin)

#include <iostream>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

auto main() -> int {
  std::cout << "Hello!" << std::endl;
  pid_t pid = fork();
/*
  int status;
  wait(&status);
*/
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    std::cout << pid << ":" << getpid() << ":" << "Multi-Process!" << std::endl;
  }
}

上記のプログラムを実行するとfork関数以降が親プロセスと子プロセスのマルチプロセスで実行されます。尚、wait関数を使うと親プロセスは子プロセスが終了するまで待機します。

〈実行結果〉

$ ./exec
Hello!
2735:1557:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
2735:1557:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!
0:2735:Multi-Process!


親プロセスと子プロセスで異なる処理をさせる場合は以下のようにします。

fork2.cpp (Cygwin)

#include <iostream>
#include <unistd.h>

auto main() -> int {
  pid_t pid = fork();
  if (pid > 0) {
    std::cout << "Parent Process!" << std::endl;
    return 0;
  }
  if (pid == 0) {
    std::cout << "Child Process!" << std::endl;
    return 0;
  }
  if (pid < 0) {
    std::cerr << "Error!" << std::endl;
    return -1;
  }
}


2.pipe関数によるプロセス間通信(interprocess communication)

pipe関数を使えば親プロセスと子プロセスの間で通信を行えます。下記のプログラムは子プロセスから親プロセスにデータを送信するプログラムです。

pipe.cpp (Cygwin)

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

auto main() -> int {
  char buffer[1024];
  int pipefd[2];
  pipe(pipefd);
  pid_t pid = fork();
  if (pid > 0) {
    close(pipefd[1]);
    read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
    std::cout << buffer;
    close(pipefd[0]);
    return 0;
  }
  if (pid == 0) {
    close(pipefd[0]);
    fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);
    write(pipefd[1], buffer, strlen(buffer) + 1);
    close(pipefd[1]);
    return 0;
  }
  if (pid < 0) {
    std::cerr << "Error!" << std::endl;
    return -1;
  }
}


3.exec関数によるプロセスの置き換え(replacement of current process)

exec関数で別プロセスを起動すると、自プロセスが別プロセスに置き換えられます。以下の例では、Hello!は標準出力されません。

exec.cpp

#include <iostream>
#include <unistd.h>

auto main() -> int {
  execl("main.exe", "a0", "a1", "a2", NULL);
  std::cout << "Hello!" << std::endl;
}

main.cpp

#include <iostream>

auto main(int argc, char* argv[]) -> int {
  std::cout << argc << std::endl;
  for (int i = 0; i < argc; i++) {
    std::cout << i << ":" << argv[i] << std::endl;
  }
}


4.popen関数による外部プロセスの標準出力取得

popen関数を使うと外部プロセスの標準出力を取得することができます。

popen.cpp

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <iostream>

int main() {
  const char* command = "main.exe a0 a1 a2";
  FILE* fp = popen(command, "r");
  if (fp == NULL) return -1;
  char buffer[1024];
  while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
    std::cout << buffer;
  }
  pclose(fp);
  return 0;
}

main.cpp

#include <iostream>

auto main(int argc, char* argv[]) -> int {
  std::cout << argc << std::endl;
  for (int i = 0; i < argc; i++) {
    std::cout << i << ":" << argv[i] << std::endl;
  }
}

popen.bat

set PATH=D:\sdk\MinGW\bin
g++ popen.cpp -o popen.exe
g++ main.cpp -o main.exe
popen.exe


参考サイト

1.fork関数
2.プロセスの作成 fork
3.マルチプロセス
4.メモリとプロセスとスレッド編
5.C言語 popen()でコマンドを実行して出力を読み込む
6.system関数とpopen関数を適当に選んではいけない
7.外部プログラムの戻り値を取得するには?
8.Google:C言語 pipe関数
9.クライアント・サーバーとは?(パイプによるプロセス間通信)
10.Man page of PIPE
11.pipe関数