初心者が習得するためのC言語でトランプゲーム作成の10ステップ

はじめに

プログラミングの世界は広大で、様々な言語とアプリケーションが存在します。

その中でも、C言語はそのパフォーマンスの高さと汎用性から広く利用されています。

今回はC言語を使った楽しいプロジェクトとして、簡単なトランプゲームの作成を通じてプログラミングの基本を解説していきます。

この記事は、C言語初心者向けにステップバイステップでゲームの作成方法を解説していきます。

●C言語について：基本的な知識と環境設定

C言語は、1970年代にAT&Tベル研究所で開発されたプログラミング言語で、その後の多くのプログラミング言語の基礎となりました。

C言語は非常に効率的な低レベル操作が可能であり、パフォーマンスが重要なシステム開発や組み込みシステムの開発に広く利用されています。

C言語でプログラミングを行うためには、まず開発環境を整える必要があります。

Windowsの場合、”MinGW”や”Visual Studio”などのCコンパイラを利用できます。

また、Macの場合は”Xcode”を、Linuxの場合は”gcc”をインストールすることで開発環境を整えることができます。

開発環境が整ったら、エディタを開き、C言語のプログラムを書き始めることができます。

しかし、ゲームを作成する前に、C言語の基本的な文法や関数、変数の使い方などを学ぶことが大切です。

●トランプゲームのルールとフローチャート

今回作成するトランプゲームは「ブラックジャック」と呼ばれるゲームで、プレイヤーはディーラーと対戦します。

各プレイヤーは2枚のカードを受け取り、その合計が21を超えない範囲でカードを追加していきます。

目標はカードの合計が21に近く、かつディーラーよりも高い数にすることです。

これをプログラムに落とし込むためには、ゲームの進行を理解し、それをフローチャートに落とし込むことが有効です。

フローチャートはプログラムの流れを視覚化するツールで、各ステップを箱で表現し、それぞれの箱が次のステップへどのようにつながるかを矢印で表します。

このフローチャートをもとにプログラムを作成していきます。

●Step1：トランプデッキの生成とシャッフル

ゲームを始める前に、まずはトランプデッキを生成しましょう。トランプデッキは通常52枚のカードからなり、各カードはスート（ハート、ダイヤ、クラブ、スペード）とランク（AからK）で表現されます。

これをC言語で表現するためには、構造体を利用します。

○サンプルコード1：デッキの生成

C言語では、異なるデータ型の変数を1つにまとめるために「構造体」を使用します。

構造体を用いてカードのスートとランクを定義し、それを使用してデッキを生成します。

typedef struct {
    int suit;
    int rank;
} Card;

Card deck[52];

このコードでは、Cardという名前の構造体を定義しています。

この例では、各カードはスート（suit）とランク（rank）で構成されています。

その後、52枚のカードからなるデッキを表すために、Card型の配列deckを定義しています。

次に、シャッフルの処理を行います。これはデッキをランダムに並べ替えるためのものです。

C言語には直接的なシャッフル関数はありませんが、rand()関数を利用して自作することが可能です。

○サンプルコード2：デッキのシャッフル

for(int i = 0; i < 52; i++){
    int j = rand() % 52;
    Card temp = deck[i];
    deck[i] = deck[j];
    deck[j] = temp;
}

このコードでは、52枚のカードすべてに対してランダムな位置と交換する操作を行っています。

これにより、デッキのシャッフルが実現されます。

●Step2：プレイヤーとディーラーの初期化

トランプゲームでは、プレイヤーとディーラーが参加します。

これらの初期化は、それぞれがどのカードを持っているのかを保存するための配列と、その配列の現在の位置を追跡するためのインデックスを定義することで実現できます。

○サンプルコード3：プレイヤーとディーラーの初期化

Card player[10], dealer[10];
int player_index = 0, dealer_index = 0;

このコードでは、プレイヤーとディーラーが手に持つカードを格納する配列を定義し、その配列のインデックスを初期化しています。

これにより、どのカードが配られたかを追跡することが可能になります。

●Step3：カードの配布

ゲームが始まったら、プレイヤーとディーラーに対してカードを配る必要があります。

ブラックジャックでは、最初にそれぞれに2枚のカードが配られます。

このプロセスは、デッキからカードを一枚ずつ取り出し、プレイヤーとディーラーの手札に加えていくことで実現します。

○サンプルコード4：カードの配布

int deck_index = 0;

player[player_index++] = deck[deck_index++];
dealer[dealer_index++] = deck[deck_index++];
player[player_index++] = deck[deck_index++];
dealer[dealer_index++] = deck[deck_index++];

このコードではdeck_indexを使ってデッキからカードを一枚ずつ取り出し、プレイヤーとディーラーに配っています。

プレイヤーとディーラーそれぞれの手札は配列で表現されており、player_indexとdealer_indexはその配列内の次にカードを追加する位置を追跡しています。

以上のコードを実行すると、デッキの最初の4枚のカードがプレイヤーとディーラーに交互に配られます。

この結果、各プレイヤーは2枚のカードを持ち、ゲームが開始できる状態になります。

注意点として、このコードでは配列の範囲外にアクセスしないように、deck_indexが52未満であることを常に確認する必要があります。

これは、C言語では配列の範囲外にアクセスすると未定義の動作を引き起こす可能性があるためです。

また、このゲームをカスタマイズする場合、プレイヤーとディーラーが最初に受け取るカードの枚数を変更したり、カードを配る順番を変えたりすることが可能です。

例えば、3枚のカードを最初に配るようにしたり、ディーラーから先にカードを配るようにしたりすることができます。

このような変更は、deck_index, player_index, dealer_indexを適切に操作することで実現できます。

●Step4：プレイヤーの行動選択

トランプゲームの興奮の一部は、プレイヤーが次に何をするかを決める瞬間です。

ここでは、プレイヤーが自身のカードを見て行動を選択するプロセスをC言語で実装する方法を説明します。

○サンプルコード5：プレイヤーの行動選択

次のコードは、プレイヤーの行動を決定するための関数を表しています。

この関数では、プレイヤーが取りうる行動（例えば、「ヒット」または「スタンド」）を選択するようにプロンプトを表示します。

選択された行動はその後ゲームの進行に影響を与えます。

void playerTurn(Player* player, Deck* deck) {
    char choice[10];
    while (player->score < 21) {
        printf("ヒットしますか？ それともスタンドしますか？ (hit/stand): ");
        scanf("%s", choice);
        if (strcmp(choice, "hit") == 0) {
            hit(player, deck);
            printScore(player);
        } else if (strcmp(choice, "stand") == 0) {
            break;
        } else {
            printf("不適切な選択です。再度選択してください。\n");
        }
    }
}

このコードでは、「hit」または「stand」のいずれかを選択することを求めるプロンプトを表示します。

プレイヤーが「hit」を選択すると、新たなカードが配られ、プレイヤーのスコアが更新されます。

一方、「stand」を選択すると、プレイヤーのターンが終了し、ディーラーのターンに移ります。

「hit」または「stand」以外の選択がされた場合、再度プロンプトが表示されます。

実行結果としては、「ヒットしますか？ それともスタンドしますか？ (hit/stand):」というプロンプトが表示され、プレイヤーが「hit」または「stand」を選択すると、それに応じた結果が得られます。

具体的には、「hit」を選択すると新しいカードが配られ、「stand」を選択するとプレイヤーのターンが終了します。

●Step5：ディーラーの行動選択

プレイヤーのターンが終わった後は、ディーラーのターンに移ります。ディーラーの行動は通常自動的に決定されます。

一般的なトランプゲームでは、ディーラーは自分のスコアが一定の値（通常は17）に達するまでヒットを続け、それ以降はスタンドします。

○サンプルコード6：ディーラーの行動選択

次のコードは、ディーラーの行動を決定するための関数を示しています。

この関数では、ディーラーのスコアが17に達するまでヒットを続け、17以上になった時点でスタンドします。

void dealerTurn(Dealer* dealer, Deck* deck) {
    while (dealer->score < 17) {
        hit(dealer, deck);
    }
    printScore(dealer);
}

このコードでは、ディーラーが新たなカードを引くかどうかを自動的に決定します。

スコアが17に達するまで新たなカードを引き続けます。

スコアが17以上になると、ディーラーのターンは自動的に終了します。

このコードを実行すると、ディーラーのスコアが17に達するまでカードが自動的に引かれます。

スコアが17以上になったときには、ディーラーの行動が自動的に終了します。

●Step6：勝敗の判定

これまでのステップでプレイヤーとディーラーがそれぞれのターンで行動を終えた後、次は勝敗の判定です。

トランプゲームの結果はカードの合計値により決まります。

具体的には、プレイヤーとディーラーのカードの合計値を比較し、21に近い方が勝者となります。

ただし、21を超えるとバースト（負け）となります。

○サンプルコード7：勝敗の判定

// 勝敗を判定する関数
void judge(int player, int dealer) {
    printf("あなたの合計：%d\n", player);
    printf("ディーラーの合計：%d\n", dealer);

    if(player > 21){
        if(dealer > 21){
            printf("両方バーストしました。引き分けです。\n");
        }else{
            printf("あなたはバーストしました。あなたの負けです。\n");
        }
    }else if(dealer > 21){
        printf("ディーラーがバーストしました。あなたの勝ちです。\n");
    }else if(player > dealer){
        printf("あなたの勝ちです！\n");
    }else if(player < dealer){
        printf("あなたの負けです。\n");
    }else{
        printf("引き分けです。\n");
    }
}

このコードではjudge関数を使ってプレイヤーとディーラーの勝敗を判定しています。

この例では、引数としてプレイヤーとディーラーの点数を受け取り、21を超えた場合（バースト）、点数が高い場合、同じ場合など、それぞれのケースに応じて結果を表示しています。

この関数を実行すると、プレイヤーとディーラーの合計値が表示され、それに基づいて勝敗結果が表示されます。

たとえば、プレイヤーの合計が20、ディーラーの合計が18だった場合、”あなたの勝ちです！”と表示されます。

しかし、プレイヤーの合計が22（バースト）でディーラーの合計が20だった場合は、”あなたはバーストしました。あなたの負けです。”と表示されます。

この関数を適切に使うことで、ゲームの進行において勝敗判定が可能となります。

これにより、プレイヤーやディーラーがゲームの進行状況を把握しやすくなります。

●Step7: 結果の表示

ゲームの結果を適切に表示することは、ゲームの完成度を高めるために不可欠です。プレイヤーやディーラーのスコアと比較した結果に基づいて、以下のようにゲームの結果を表示することができます。

○サンプルコード8: 結果の表示

#include <stdio.h>

void showResult(int playerScore, int dealerScore) {
    printf("プレイヤーのスコア: %d\n", playerScore);
    printf("ディーラーのスコア: %d\n", dealerScore);

    if (playerScore > 21) {
        if (dealerScore > 21) {
            printf("両者ともにバースト。引き分けです。\n");
        } else {
            printf("プレイヤーのバースト。ディーラーの勝利です。\n");
        }
    } else if (dealerScore > 21) {
        printf("ディーラーのバースト。プレイヤーの勝利です。\n");
    } else if (playerScore > dealerScore) {
        printf("プレイヤーの勝利です。\n");
    } else if (playerScore < dealerScore) {
        printf("ディーラーの勝利です。\n");
    } else {
        printf("引き分けです。\n");
    }
}

このコードでは、showResultという関数を使ってプレイヤーとディーラーのスコアを表示し、その結果に基づいて勝敗を表示しています。この例では、スコアが21を超えた場合（バースト）と、両者のスコアが21以下で比較した場合について、それぞれ勝敗を判定しています。

このコードを実行すると、まずプレイヤーとディーラーのスコアが表示され、その後で勝敗が表示されます。この結果の表示は、プレイヤーが行動を終え、ディーラーが行動を終えた後に行われます。

●Step8：ゲームのループ

ゲームを一度だけではなく、プレイヤーが望む限り何度でも遊べるようにするためには、ゲームのループが必要です。

これは全体を包む大きなループで、プレイヤーが終了を選択するまでゲームを繰り返します。

○サンプルコード9：ゲームのループ

#include <stdio.h>

int main() {
    char continueGame = 'Y';

    while (continueGame == 'Y' || continueGame == 'y') {
        // 以前のステップで説明したゲームの処理をここに書く

        printf("ゲームを続けますか？(Y/N): ");
        scanf(" %c", &continueGame);
    }

    return 0;
}

このコードでは、continueGameという変数を使ってゲームを続けるかどうかを管理しています。

この変数が’Y’または’y’である限り、ゲームは続けられます。それ以外の値が入力されると、ゲームは終了します。

注意すべき点は、scanf関数で入力を受け取る際、" %c"とスペースを入れています。

このスペースは、前の入力で残った改行文字を無視するために必要です。

このコードを実行すると、ゲームはプレイヤーが’N’または’n’を入力するまで繰り返し実行されます。

●Step8：ゲームのループ

ゲームは通常、ユーザーが終了するまで何度も繰り返されます。

このような繰り返しの構造を「ループ」と呼びます。

C言語では、’while’や’for’といったループ制御文を使ってゲームのループを作ることができます。

トランプゲームにおけるゲームのループは、基本的にプレイヤーがゲームを終了するか、またはデッキのカードがなくなるまで続けられます。

○サンプルコード9：ゲームのループ

#include <stdio.h>
#define MAX_GAMES 100

int main(void) {
  for(int i=0; i<MAX_GAMES; i++){
    // ゲームの各種処理（デッキの生成、シャッフル、プレイヤーの行動選択など）
    // 省略...

    char answer;
    printf("もう一度プレイしますか？(Y/N): ");
    scanf(" %c", &answer);
    if (answer == 'N' || answer == 'n') {
      break;
    }
  }
  return 0;
}

このサンプルコードでは、まず最大ゲーム回数を定義しています。

ここでは100回としています。’for’ループを使用して、最大ゲーム回数までの間、ゲームの各種処理（デッキの生成、シャッフル、プレイヤーとディーラーの行動選択など）を繰り返します。

各ゲームが終了するたびに、プレイヤーにもう一度ゲームをプレイするかどうかを尋ねます。

プレイヤーが’N’または’n’を入力すると、’break’文が実行され、ループが終了します。

これによりゲームが終了します。

このように、ループ制御文を使用することで、ゲームの繰り返しを実現することができます。

C言語には他にも’while’や’do-while’などのループ制御文がありますので、用途に応じて適切なものを選んで使用してください。

●Step9：コードの最適化

プログラムが正しく動作することを確認したら、次のステップはコードの最適化です。

この工程では、プログラムの速度を向上させるために、不必要な処理を省略したり、コードの構造を改善したりします。

トランプゲームのプログラムを最適化する際に考慮すべき一つの要素は、ゲームの状態（プレイヤーの手札、ディーラーの手札、デッキの状態など）を管理する方法です。

これらの状態を効率的に管理するためには、適切なデータ構造を使用することが重要です。

また、同じコードを何度も書くのではなく、関数を使用してコードを再利用することも重要な最適化手法です。

例えば、カードを配る処理、カードの合計値を計算する処理などは、プレイヤーとディーラーで共通しているため、これらの処理を関数として定義すると、コードの見通しが良くなり、保守も容易になります。

○サンプルコード10：コードの最適化

#include <stdio.h>

// カードを配る関数
void deal(int *deck, int *hand, int *index) {
  hand[*index] = deck[*index];
  (*index)++;
}

int main(void) {
  // 省略...
  // プレイヤーとディーラーの手札を初期化
  int player[10] = {0}, dealer[10] = {0};
  int index = 0;

  // プレイヤーとディーラーにカードを配る
  deal(deck, player, &index);
  deal(deck, dealer, &index);

  // 省略...
  return 0;
}

このサンプルコードでは、まずdealという名前の関数を定義しています。

この関数は、デッキから手札にカードを配り、次に配るカードのインデックスを進める役割を果たしています。

関数を使用することで、カードを配る処理を一箇所にまとめ、プログラム全体の見通しを良くすることができます。

●注意点と対処法

C言語でトランプゲームを作成する際には、多くの問題に遭遇する可能性があります。

ここではよく出会うトラブルとその対処法をいくつか挙げてみましょう。

○問題1：メモリリーク

C言語では、動的メモリ確保（mallocやcallocの使用）とそれに続く適切なメモリ解放（freeの使用）が必要です。

これを怠るとメモリリークという問題が発生します。

この問題を回避するには、mallocやcallocで確保したメモリは必ずfreeで解放することを心掛けましょう。

○問題2：セグメンテーション違反（セグフォ）

これは、無効なメモリ領域を参照したときに発生します。

ポインタを利用する際には、そのポインタが指す領域が適切であることを確認することが重要です。

また、配列のインデックスが配列のサイズを超えないように注意しましょう。

○問題3：変数のスコープと生存期間

C言語では変数のスコープ（有効範囲）と生存期間（生成から消滅までの期間）に注意が必要です。

関数内で生成した変数はその関数の終了とともに消滅します。

そのため、関数外からその変数を参照するとエラーになります。

これを回避するには、変数のスコープを適切に設定し、必要に応じてグローバル変数や静的変数を使用することが有効です。

以上のように、C言語でのプログラミングは注意点が多いですが、これらのポイントを押さえておけば、初心者でも効率よく安全なコードを書くことができます。

問題解決の一環として、エラーメッセージをよく読み、エラーが発生したコードの位置を確認し、それが何を意味するのか理解することが大切です。

そして、必要であれば、デバッガを使用してコードをステップバイステップで実行し、問題の原因を特定します。

次に、これらの問題点と対処法を明確にするための一例を紹介します。

このコードでは、mallocを使ってメモリを確保していますが、freeを使ってメモリを解放していません。

これがメモリリークの原因です。

int* createArray(int size) {
    int* arr = (int*) malloc(size * sizeof(int));
    return arr;
}

解決策としては、mallocで確保したメモリを適切なタイミングでfreeで解放することです。

int* createArray(int size) {
    int* arr = (int*) malloc(size * sizeof(int));
    return arr;
}

void deleteArray(int* arr) {
    free(arr);
}

この例では、createArray関数で確保したメモリをdeleteArray関数で解放しています。

このようにメモリの管理を適切に行うことで、メモリリークの問題を防ぐことができます。

以上がC言語でのプログラミングトラブルシューティングの一例です。

プログラミングは試行錯誤の連続ですが、エラーとその解決策を理解していくことで、より高度なコードを書くことができるようになります。

失敗を恐れず、挑戦し続けてください。

まとめ

これまでの内容を振り返りますと、C言語を用いてトランプゲームを作成する10の詳細な手順について学んできました。

それぞれのステップに対するサンプルコードとその詳細な説明を通じて、プログラミングの基本的な流れと構造を理解することができたことと思います。

また、C言語でのプログラミングにおけるよく遭遇する問題点とその対処法についても触れました。

初めてのプログラミング、そしてゲーム作成は容易なものではありませんが、一つ一つのステップを踏んで進めていくことで、必ずや理解が深まり、自分だけのゲームを作り上げる喜びを感じることができるでしょう。

この記事が、あなたのC言語によるゲーム作成の旅の始まりになれば幸いです。

そしてこれからも、新たな挑戦を恐れずに、プログラミングの世界を楽しんでください。