C言語で習得する、short型の理解と活用！手に取るように理解できる10選

はじめに

本日は、C言語で使用する「short型」について学びましょう。

初心者の方でも理解できるように、基本から解説し、10選の実践的なサンプルコードを用いて活用法をご紹介します。

プログラミングの知識を深め、より効果的なコーディングを目指しましょう。

●C言語とshort型の基本

○C言語とは

C言語は、1970年代に開発されたプログラミング言語で、オペレーティングシステムや組み込みシステムの開発に広く利用されています。

その特徴として、直感的なシンタックスと強力なメモリ管理機能があります。

C言語にはさまざまなデータ型がありますが、ここでは「short型」に焦点を当てます。

○short型とは

short型は、C言語の整数型の一つであり、通常は2バイトのメモリを使用します。

具体的な数値の範囲は、実装に依存しますが、多くのシステムでは-32768から32767の間の整数を扱うことができます。

●short型の詳細な使い方

○サンプルコード1：short型の宣言と初期化

C言語でshort型の変数を宣言し、初期化する基本的なコードは次の通りです。

short num = 1000;
printf("%d", num);

このコードでは、まずshort型の変数numを宣言し、初期値として1000を設定しています。次にprintf関数を使って、変数numの値を表示しています。

実行結果：1000

○サンプルコード2：short型の範囲とオーバーフロー

short型が取りうる範囲を超えた場合、オーバーフローという現象が発生します。

この現象を理解するためのサンプルコードは次の通りです。

short max = 32767;
max = max + 1;
printf("%d", max);

このコードでは、short型の最大値である32767を変数maxに設定し、その後1を加えています。

結果として、オーバーフローが発生し、変数maxの値は-32768になります。

実行結果：-32768

○サンプルコード3：short型での四則演算

short型では、通常の四則演算（足し算、引き算、掛け算、割り算）が可能です。

四則演算のサンプルコードは次の通りです。

short a = 10;
short b = 20;
printf("%d", a + b);

このコードでは、short型の変数aとbにそれぞれ10と20を設定し、それらの合計を表示しています。

実行結果：30

これまでの解説で、short型の基本的な使い方と注意点を理解しました。

次に、実際のコーディングで生じる問題への対処法について学びましょう。

●short型の詳細な対処法

○サンプルコード4：オーバーフローを避けるための対処法

short型でオーバーフローを避けるための一つの方法は、計算前にオーバーフローが起こる可能性があるかどうかを確認することです。

short x = 30000;
short y = 4000;
if(INT_MAX - x >= y){
    x = x + y;
    printf("%d", x);
} else {
    printf("Overflow will occur.");
}

このコードでは、変数xとyの合計がshort型の最大値INT_MAXを超えるかどうかをif文で確認しています。

オーバーフローが発生しない場合は、変数xとyの合計を表示します。

オーバーフローが発生する場合は、エラーメッセージを表示します。

実行結果：Overflow will occur.

●short型の詳細な注意点

次に進む前に、short型の扱いにおけるいくつかの注意点を考えてみましょう。

これらの情報は、あなたがC言語で独自のプログラムを作成する際に非常に役立つでしょう。

○サンプルコード5：short型と他のデータ型との型変換時の注意点

short型は他のデータ型と共存し、それらとの間で型変換が頻繁に行われます。

ここでは、short型から別の型への変換に関する一例を見てみましょう。

この例では、short型の変数をdouble型に変換しています。

#include<stdio.h>

int main(){
    short a = 30000;
    double b = a;

    printf("aの値は %d, bの値は %f\n", a, b);

    return 0;
}

このコードは、まずshort型の変数aを30000で初期化しています。

そして、変数bはaをdouble型に変換した結果を保持しています。

最後に、これらの変数の値を出力しています。

このコードを実行すると、”aの値は 30000, bの値は 30000.000000″という出力が得られます。

変数bの値はdouble型に変換されているため、小数点以下の数値が出力されています。

これは、short型からdouble型への型変換が正しく行われていることを示しています。

ただし、注意すべき点として、もし変換前のshort型の値が大きすぎると、double型への変換結果が正確でなくなる可能性があります。

これは、short型が表現できる数値の範囲がdouble型よりも狭いからです。

そのため、型変換を行う際には、変換前後の型の範囲を考慮することが重要です。

●short型の詳細なカスタマイズ

short型を使いこなすためには、それを自分の目的に合わせてカスタマイズする方法を理解することも重要です。

ここでは、関数の作成や配列の初期化について見ていきましょう。

○サンプルコード6：short型を用いた関数の作成

次に表すのは、short型を引数や戻り値として使用する関数の作成に関するサンプルコードです。

この例では、2つのshort型の数値を加算する関数を作成しています。

#include<stdio.h>

short add(short a, short b){
    return a + b;
}

int main(){
    short x = 100, y = 200;
    short result = add(x, y);

    printf("結果: %d\n", result);

    return 0;
}

このコードでは、addという名前の関数を作成しています。

この関数は2つのshort型の引数を受け取り、それらを加算した結果を戻り値として返します。

そして、main関数内で、このadd関数を使用しています。

このコードを実行すると、”結果: 300″という出力が得られます。

これは、add関数が引数の100と200を正しく加算し、その結果を戻り値として返したことを表しています。

○サンプルコード7：short型を用いた配列の宣言と初期化

配列はデータの集合体で、同じ型の変数を一括管理できる機能です。

配列を使用すると、繰り返し処理や大量のデータを取り扱うプログラムが簡単に記述できます。

それでは、C言語でshort型を用いた配列の宣言と初期化を行う方法を見てみましょう。

#include <stdio.h>

int main() {
    short num[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", num[i]);
    }

    return 0;
}

このコードでは、5つの要素を持つshort型の配列numを宣言し、初期化しています。

配列の各要素には、順に1から5までの数値が格納されています。そして、for文を使用して配列の全要素を順に表示しています。

この例では、num[i]の形式を使って配列のi番目の要素を指定しています。

実行結果としては、次のような結果が得られます。

1
2
3
4
5

以上のように、C言語では簡単にshort型の配列を作成し、初期化することが可能です。

これにより、多数のshort型データを一元管理し、効率的な処理が可能となります。

○サンプルコード8：short型を使った簡単なゲーム作成

次に、short型を使用した具体的な応用例として、簡単なゲームの作成について見ていきましょう。

このゲームは、ランダムに生成される0から10までの数値（正解値）を当てるというものです。

プレイヤーが入力した値と正解値が一致すれば勝ち、そうでなければ負けとなります。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main() {
    srand(time(NULL));
    short correct_num = rand() % 11;
    short player_num;

    printf("0から10までの数値を入力してください：");
    scanf("%hd", &player_num);

    if (player_num == correct_num) {
        printf("おめでとう！正解です！\n");
    } else {
        printf("残念、不正解です。正解は%dでした。\n", correct_num);
    }

    return 0;
}

このコードでは、rand関数と%演算子を使用して0から10までのランダムな数値を生成し、それをshort型の変数correct_numに格納しています。

その後、プレイヤーに数値の入力を求め、それをplayer_numに格納します。

そして、入力値と正解値を比較し、一致すれば勝ち、一致しなければ負けという結果を表示します。

この例では、short型がランダムな数値の生成やユーザー入力の取得など、実際のゲーム作成における様々な処理に活用されていることがわかります。

○サンプルコード9：short型を用いた画像処理

また、short型は画像処理にも利用できます。

例えば、RGB色空間を表現する際に各色チャンネルの値をshort型で管理することがあります。

それぞれの色チャンネル（赤、緑、青）は0から255の範囲の値を取るため、これを表現するにはshort型が適しています。

RGB色空間のピクセル値をshort型配列で管理するサンプルコードを紹介します。

※注：このコードは一部を抜粋したもので、画像データの入出力や各色チャンネルの操作等の詳細な処理は省略しています。

typedef struct {
    short red;
    short green;
    short blue;
} RGB;

int main() {
    RGB img[100][100];

    // 画像処理のコードは省略...

    return 0;
}

このコードでは、RGB色空間を表現するための構造体RGBを定義し、その構造体を要素とする2次元配列imgを宣言しています。

このimg配列は100×100ピクセルの画像データを表現するものとしています。

各ピクセルの色情報は、short型の赤・緑・青の3つの値によって表現されます。

○サンプルコード10：short型を用いたデータ圧縮

最後に、short型を用いたデータ圧縮の一例を見てみましょう。

この例では、一連の数値をその出現回数と共に記録し、データ量を節約するという基本的なランレングス符号化（RLE）というデータ圧縮法を実装しています。

#include <stdio.h>

typedef struct {
    short value;
    short count;
} RunLength;

int main() {
    short arr[10] = {1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3};
    RunLength rle[10];
    int rle_index = 0;

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        if (i == 0 || arr[i] != arr[i-1]) {
            rle[rle_index].value = arr[i];
            rle[rle_index].count = 1;
            rle_index++;
        } else {
            rle[rle_index-1].count++;
        }
    }

    for (int i = 0; i < rle_index; i++) {
        printf("%d: %d times\n", rle[i].value, rle[i].count);
    }

    return 0;
}

このコードでは、一連の数値が格納された配列arrからランレングス符号化を行っています。

具体的には、arrの要素を順に読み込み、その値と出現回数をRunLength構造体の配列rleに記録しています。

各要素が何回連続で出現するかをカウントし、新たな値が出現した時点で次のrle要素に移ります。

最終的に、各数値とその出現回数がrleに格納されます。

まとめ

以上、C言語でのshort型の理解と活用について詳しく解説しました。

short型はそのサイズと範囲の特性から、様々な場面で活用できます。

しかし、その範囲を超える値を扱うとオーバーフローが発生するため、注意が必要です。

本記事の内容を基に、ぜひshort型の理解を深め、あなたのコードに活用してみてください。