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プログラミングの基礎「Standard Library」の使い方を解説

プログラミング言語には、「Standard Library(標準ライブラリ)」と呼ばれるモジュールが用意されています。Standard Libraryをうまく使うことで、プログラミングスピードの大幅な向上が期待できるでしょう。プログラミング学習においても欠かせないため、初心者は必ず抑えたいポイントです。今回は、プログラミングの基礎であるStandard Libraryの特徴や種類、具体的な使い方について解説します。

Standard Libraryとは?C言語における使い方も解説

Standard Libraryとは、各種プログラミング言語に導入されている関数群のこと。標準ライブラリともいい、「入出力管理」や「数値演算」といった、プログラミング処理に欠かせない関数を多数備えています。本記事では、プログラミング初心者でもわかりやすいC言語のStandard Libraryについて解説します。

なぜ必要なのか?Standard Libraryの役割

Standard Libraryの役割は、プログラミングで多用する処理を、正確かつ容易に実現することです。

たとえば、開発中のプログラムで「文字列処理」を行うとします。文字列処理とは、テキストの連結や消去、検索などを実行する処理のこと。非常に多用するからこそ、その都度ソースコードを書くのは非常に不便です。

そこで重宝するのが、Standard Libraryです。C言語の場合、ファイルの冒頭に「#include <ライブラリのヘッダ名>」を記載することで、Standard Library内の各種関数を呼び出せます。

上記例でいうと、「#include <string.h>」というヘッダを追加すれば、文字列処理の関数が使えるようになります。続いて、実行したい文字列処理に対応する関数を呼び出します。たとえば、文字列Aをコピーするなら「strcpy」という関数を使うのが一般的です。

Standard Libraryにおける関数の種類と使い方

以下は、C言語におけるStandard Libraryの種類と使い方を解説します。Standard Libraryには膨大な関数が内包されているため、初歩的かつ使用頻度の高いものをピックアップしました。

【time.h】1.時刻管理の関数

  • time:現在時刻(世界標準時間)を取得する
  • ctime:取得した現在時刻を文字列として表示する
  • localtime:取得した現在時刻を日本時間に変換する
  • clock:プログラムの実行開始および経過時間を取得する

「#include <time.h>」ヘッダが呼び出す関数です。取得する現在時刻は原則、世界標準時間となります。そのため、「localtime」を使い、日本時間に変換することが多いです。

【stdio.h】2.入出力管理の関数

  • fopen:指定のファイルを開く
  • fclose:指定のファイルを閉じる
  • feof:ファイルのクローズを検知する
  • ferror:ファイルエラーの発生を検知する
  • rename:指定したファイル名を変更する
  • remove:指定したファイルを消去する

ヘッダは「stdio.h」です。非常に種類が多く、一度にすべて覚えなくても構いません。必要に応じて調べ、その都度取り入れるのがベストです。

【string.h】3.文字列処理の関数

  • strcat:文字列を連結する
  • strcpy:文字列をコピーする
  • strncpy:文字列を「n文字」だけコピーする
  • strlen:文字列の長さを取得する
  • strstr:文字列Aから文字列Bを検索する

ヘッダは「string.h」です。イメージしやすいのは、文字列の検索に使う「strstr関数」でしょうか。

たとえば、文字列Aを「Hallo,everyone」、文字列Bを「everyone」とします。「strstr」が実行されると、「Hallo,everyone(文字列A)」を先頭から検索し、「everyone(文字列B)」がみつかったときは、当該の位置をポインタで返します。逆にみつからないときは、「NULL」を返します。

【math.h】4.数値演算の関数

  • sin:サインの値を返す
  • cos:コサイン値を返す
  • tan:タンジェントの値を返す
  • ceil:小数点以下を切り上げる
  • fmod:引数xと引数yを割った余りを返す
  • sqrt:引数xの平方根を返す

ヘッダは「math.h」です。主に三角関数や小数点の切り上げ、平方根の返却などを行います。

【ctype.h】5.文字処理の関数

  • isalnum:文字列が英数字かチェックする
  • isalpha:文字列が英文字かチェックする
  • tolower:大文字を小文字に変換する
  • toupper:小文字を大文字に変換する

ヘッダは「ctype.h」で、主に文字列の検査を目的とします。たとえば、「isalnum」は文字列が英数字か否かを検査する関数です。英数字の場合は真(True)を、英数字意外が含まれている場合は偽(False)を返します。

使い方も簡単なStandard Library!扱うメリットは?

Standard Libraryを使いこなすメリットは、プログラミングのスピードが大幅に向上することです。先述した通り、プログラミングで多用する処理は、ほぼ固定化されています。 ゼロベース でソースコードを記述するよりも、ノーコードライクなStandard Libraryの関数を活用した方が、効率的にプログラムを組めるのです。

また、Standard Libraryの活用は、プログラムのクオリティ向上にも繋がります。プログラムは、たった1文字の誤入力でエラーになったり、動作が不安定になったりします。つまり、プログラミングにおける最大の敵は、ヒューマンエラーなのです。あらかじめ用意されている関数を使えば、ケアレスミスによるヒューマンエラーを防止できます。

今回はC言語をベースにご紹介しましたが、プログラミング言語ごとにStandard Libraryが用意されています。無論、ライブラリを呼び出す定義方法や、関数名なども違うため、言語単位でStandard Libraryへの知識を深める必要があるでしょう。

まとめ

Standard Libraryとはいわば、プログラミング・コンポーネントのテンプレート集です。ケースバイケースで関数を使い分けることで、プログラミングスピードの向上やヒューマンエラー防止に繋がります。現在プログラミングを学習している方は、対象言語のStandard Libraryについて詳しく調べてみてください。

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