２ プログラミングのための準備
２．１ プログラミングのためのステップ
（１）問題の仕様の明確化
- まず与えられた問題を正確に理解し、他人の立場から十分に分析しその欠点などを見つける。つまりどのような条件のもとに、どのようなことが起こり得るかを明確にする必要がある。
- ＜例２−１＞ｎ個のデータａ１，・・・，ａｎの平均を求めるプログラムを書きたいとする。このときに、
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- ｎが０以下である場合は、答が不明である。
- ｎが整数でない時、答は不明である。
- データが数値でないとき、そのデータを無視してよいのか？
- 扱うデータが非常に大きい数値もしくは非常に小さい数値の時は、計算機の能力（有効桁数など）を越えてしまわないか？
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平均＝（ａ１＋ａ２＋・・・ａｎ）／ｎ を計算しなければならない。 - ｎが０以下である場合は、答が不明である。
- ＜例２−１＞ｎ個のデータａ１，・・・，ａｎの平均を求めるプログラムを書きたいとする。このときに、
（２）アルゴリズムの選択，組み立て
- 問題の仕様を十分に理解したのちに、それを解くためにもちいる手法を選ぶ。この手法の選択によっては、悪いプログラムができる原因となりかねない。よいプログラム、悪いプログラムについては後節で解説する。手法が決定したら、何を行い次に何をするかという一連の動作を時間経過の順に箇条書にする。これを手順という。
- ＜例２−２＞ｅ^ｘを求める手順を書く。ｅは、自然対数である。
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e^x = 1 + (x/1!) + (x^1/2!) + …… + (x^n/n!) + …… により求めるとする。
ここで、ａ！とは、ａの階乗を意味し a!=a*(a-1)* …… *2*1 と定義する。Step1 ｘに数値を与える。 Step2 ｎとｓの値をそれぞれ０にする。 Step3 ｎの値に１加える。 Step4 （ｘ^ｎ）／（ｎ！）を求めｓを加える。 Step5 Step３へ行く。 Step6 ｓの値を出力する。 Step7 おわり。 例２−２では、Step3,4,5 をループして永久に終らない手順である。そこで入力データの条件を満たすようなすべての数値を与えても、有限回のステップを実行後に終了するような条件を手順に加える。これをアルゴリズム（algorithm）といい、手順が正しければ有限時間で答が得られ停止するという保証がある。例２−２をアルゴリズムにするには、Step5 を
Step5 もしｎが１０以下ならば Step3 へ行く。
に変更すれば、ｎが１１になったときには必ずStep6へ行くため、停止することが保証される。
- ＜例２−２＞ｅ^ｘを求める手順を書く。ｅは、自然対数である。
（３）流れ図を書く
- 箇条書にされたアルゴリズムをよりわかりやすくするために、記号を用いてある規則に従って書いたものすなわちフローチャートを用いる。アルゴリズムをフローチャートで書くことにより、動作の流れが視覚的に確認できるため、複雑な問題を考えるときにはとても便利である。図２ー１に例２ー２のアルゴリズムをフローチャートにしたものを示す。画面の出力上、ＪＩＳで定められたフローチャートの記号とは多少異るが、だいたいの感じがつかめればよい。
図２−１ フローチャート
＊＊＊注意＊＊＊
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１つのプログラムをフローチャートに書く時に使用する記号（箱）の数は、だいたい２０個以内として、なるべく１枚の紙に描ききれるようにする。描ききれそうにないときには、
また、フローチャートの流れの線は、交差してはいけない。
フローチャートについてにの詳細な説明は、別の機会にするとして今回はこの辺で終りとする。
（４）データ構造，データタイプの決定
- まずデータ構造，データタイプの用語の解説から行う。
計算機では工夫しだいでさまざまな種類のデータを扱うことができる。データがどのような構成要素で構成され、何を表現しているのかを明確にしておく必要がある。例えば、従業員に関するデータを扱うことを考えた場合、氏名，年齢，住所，従業員番号などの構成要素から従業員個人のデータが構成されている。平面座標上の点を考えた時、ｘ座標とｙ座標が組になって１点の座標を表現している。このように扱うデータは異なった目的の異なった構成要素の組から成っており、それぞれの用途にあった構成をしている。この構成がまさに「データ構造」である。
また、データが何を表現しているかという意味付けをすることが大切である。２つの整数の組が１つのデータと考えた時、それが平面上の整数座標を表現しているのか、それとも複素数を表現しているのか、もしくは全く別のものを表現しているのか分からない。このように単に２つの整数の組のデータであっても、何を表現しているのか明確にされていないと全く別の種類のデータとして、扱ってしまうことになる。このようにデータが何を表現しているのかという意味付けが「データタイプ」である。データタイプは、別の側面も持っている。計算機内部では、データは１章で述べたように２進数で表現されている。そのためプログラムもしくはユーザが、どんな種類のデータを扱うかを決めなけらばならない。例えば、５は整数型（int type），ａは文字型（char type）のように扱うデータのタイプを決めなければならない。
実際の問題をプログラミングするためには、問題に合致した状態をプログラムの中で模倣しなければならない。そのために適したプログラム言語を決め、そこで利用できるデータ構造をよく理解しその上でデータ構造を決め、どんなタイプのものを使うかも決める必要がある。例えば、地下鉄の路線図と運賃に関するプログラムを作成するとき、計算機の内部で路線図を表現することを考えると、データ構造，データタイプの選び方により様々な構造が考えられる。実際の現象とプログラムとのギャップを埋めることができるのが、このデータ構造であり、プログラムの良し悪しの原因となる。実際のプログラミング例を用いた例は後章で紹介する。
（５）プログラムを書く
- ここでやっとプログラムを書くことになる。プログラムを書くにあたっては、記述しようとするプログラミング言語のもつ機能をよく調べ、なるべくわかりやすく書くべきである。大きなプログラムを書く時には、特に注意しなけらばならない点である。なぜならば自分の書いたプログラムは他人も読むことを忘れてはならないからである。
信頼できるプログラム作成法の１つに、構造化プログラミングと言われる手法がある。これを用いて作成したプログラムは、一般的には誤りが少なく誤りの修正や機能の変更・拡張が容易でプログラム作成に費やす時間と労力が節約できるといわれ、多くのプログラム開発に用いられている。構造化プログラミングの具体的な手段として、次のようなことが考えられる。
- プログラムの設計にあたっては、報告書を書くように大まかな所から考え、細分化してだんだんと細かな所を考える。「トップダウン方式（段階的詳細化ともいわれる）」と呼ばれる考え方である。
- プログラムを作るときは、プログラムを論理単位（機能や働きごと）に分割し、プログラムを作る。構造化、ブロック化といわれる。
構造化プログラミングの考え方を次の例を用いて理解しよう。- ＜例２−３＞ｎ個のデータを読み込み、平均を求め、データと平均を出力するプログラムを設計せよ。
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- まず大まかな所から考えると、図２−２のようなフローチャートができる。
- フローチャートの各箱の中を細かく考え、実際にプログラミングをする。この場合、各箱ごとに正しく動くことを確認しながら作る。
図２−２ 平均を求めるフローチャート
- プログラムが複雑になればなるほど、大きく処理を分けプログラムすることの大切さが明らかになるであろう。どんなプログラムを書く時にも構造化を常に意識していなければならない。
（６）報告書を残す
- プログラミングでもっと大切なことは、プログラム完成の後にプログラムに対する仕様書（解説書）を残すことである。前にも述べたように、作成したプログラムは後に自分は勿論のこと他人が利用したり、修正したりすることが多々ある。このためプログラムを書いた人がその場にいなくても、プログラムに対する解説が文書になって残っていれば、プログラムの実行や修正が容易に行える。また、同様の理由から上記（１）から（５）のステップでも個別の仕様書を残す必要がある。
２．２ プログラムの実行過程
- ２．１節の手順に従ってソースプログラムを書く。
- コンパイラと呼ばれるプログラムによってソースプログラムの文法チェックを行い、エラーがなければ計算機の理解できる言葉に翻訳する。コンパイラで生成されたプログラムをオブジェクトモジュール（オブジェクトプログラム）と呼ぶ。もしここでエラーが検出されると、コンパイラはエラーのリストを出力し、エラーの場所と症状を知らせてくれる。エラーがなくならないと、次の処理に進むことができない。
- リンケージエディタと呼ばれるプログラムによって、２で生成されたオブジェクトモジュールとすでに用意されているオブジェクトモジュールを結合し、一つの実行型プログラム（ロードモジュールまたはロードプログラム）をつくる。すでに用意されたモジュールとは、よく利用される関数などをライブラリとして集めたものである。ライブラリについては後で詳しく解説する。
- ローダと呼ばれるプログラムにより、ロードプログラムをメインメモリ上にロード（コピー）する。
- ここで、はじめて１で作ったプログラムが実行される。
図２−３ プログラムの実行過程
