初心者でもわかる！C言語のtoupper関数の10段階活用術

はじめに

C言語には様々な関数が用意されており、その中でも頻繁に使用される関数の一つに’toupper’関数があります。

本記事ではこの’toupper’関数の活用方法について、初心者の方でも理解できるよう詳しく解説します。

●C言語とは？

C言語は、1972年にアメリカのAT&Tベル研究所で開発されたプログラミング言語です。

その性能の高さと移植性の良さから、多くの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使用されてきました。

また、その構文が他の多くのプログラミング言語の基礎となっているため、プログラミングを学ぶうえで最初に学ぶ言語としても推奨されます。

●toupper関数の基本

○toupper関数とは

toupper関数は、C言語の標準ライブラリの一部であり、与えられた文字が小文字のアルファベットであれば、それを大文字に変換する関数です。

引数として小文字のアルファベットを与えると、対応する大文字のアルファベットを返します。

○toupper関数の使用目的

toupper関数は主に、文字列内の小文字を大文字に変換する際に使用されます。

例えば、ユーザからの入力を大文字に統一したい場合や、ファイル内のテキストを全て大文字にしたい場合などに使われます。

●toupper関数の使い方

○基本的な使い方

toupper関数の基本的な使い方を表すと次のようになります。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main() {
    char c = 'a';
    char result = toupper(c);

    printf("%c\n", result);  // "A" が出力される

    return 0;
}

このコードではctype.hライブラリをインクルードし、tolower関数を使用しています。

tolower関数に小文字の’a’を引数として与えると、その戻り値として大文字の’A’が得られます。

この結果はprintf関数によってコンソールに出力されます。

○toupper関数を使ったサンプルコード1

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main() {
    char str[] = "hello, world!";
    int i;

    for (i = 0; str[i]; i++) {
        str[i] = toupper(str[i]);
    }

    printf("%s\n", str);  // "HELLO, WORLD!" が出力される

    return 0;
}

このコードでは、先ほどのコードと同様にctype.hライブラリをインクルードし、toupper関数を使用しています。

ただし、今回は一文字ではなく文字列全体を大文字に変換します。

‘hello, world!’という文字列が配列strに格納され、その後forループを使って配列strの各要素にtoupper関数を適用します。

この結果、元の文字列が全て大文字に変換され、’HELLO, WORLD!’という文字列が出力されます。

このように、toupper関数は一文字だけでなく、文字列全体を一度に大文字に変換するのにも使えます。

●toupper関数の応用例

toupper関数は単なる文字の大文字変換だけではなく、様々なシーンで利用可能です。

このセクションでは、toupper関数を用いた具体的な応用例をいくつかご紹介します。

○応用例1：文字列の大文字変換

たとえば、ユーザーからの入力を大文字に変換して扱いたいときにtoupper関数が役立ちます。

これにより、例えば検索キーワードの大文字・小文字の違いによる不一致を防ぐなど、プログラムの柔軟性を高めることができます。

○サンプルコード2：文字列全体を大文字にする

下記のサンプルコードでは、文字列全体を大文字に変換するためにtoupper関数を使用しています。

この例では、文字列の各文字を一つずつ取り出し、toupper関数で大文字に変換した後、結果を新しい文字列に追加しています。

#include<stdio.h>
#include<ctype.h>

int main(void) {
    char str[] = "Hello, world!";
    char upperStr[50];
    int i;

    for(i = 0; str[i]; i++) {
        upperStr[i] = toupper(str[i]);
    }
    upperStr[i] = '\0';

    printf("%s\n", upperStr);

    return 0;
}

このコードを実行すると、”Hello, world!”が”HELLO, WORLD!”に変換されて出力されます。

このようにtoupper関数を使うと、大文字にしたい文字列全体を簡単に大文字に変換できます。

○応用例2：ファイル内の文字を大文字に変換

さらに、toupper関数を使うと、テキストファイルの内容を一文字ずつ読み込み、大文字に変換することも可能です。

これにより、テキストファイルの内容を一括で大文字に変換するプログラムを作成することができます。

下記のサンプルコードは、テキストファイルの内容を一文字ずつ大文字に変換するプログラムを表しています。

○サンプルコード3：ファイル内の文字変換

このコードでは、ファイルから一文字ずつ読み取り、toupper関数で大文字に変換した後、結果を新しいファイルに書き込んでいます。

#include<stdio.h>
#include<ctype.h>

int main(void) {
    FILE *fp_in, *fp_out;
    int c;

    fp_in = fopen("input.txt", "r");
    fp_out = fopen("output.txt", "w");

    if(fp_in == NULL || fp_out == NULL) {
        printf("ファイルが開けません\n");
        return 1;
    }

    while((c = fgetc(fp_in)) != EOF) {
        fputc(toupper(c), fp_out);
    }

    fclose(fp_in);
    fclose(fp_out);

    return 0;
}

このコードを実行すると、”input.txt”ファイルの内容が大文字に変換されて”output.txt”に保存されます。

これにより、テキストファイルの内容を一括で大文字に変換することができます。

ただし、実行前に”input.txt”ファイルが存在し、読み取り可能であることを確認してください。

●toupper関数の詳細な使い方

このセクションでは、大文字・小文字判別プログラムの作成を通じて、toupper関数の詳細な使い方を学んでいきましょう。

プログラムの基本は単純なものですが、小文字が入力されたら大文字に変換し、大文字が入力されたらそのまま出力する、という動作を理解することで、toupper関数の役割と使い方をより深く理解することができます。

○サンプルコード4：大文字・小文字判別プログラム

このコードでは、C言語の関数であるtoupperを使って、ユーザーが入力した文字が小文字の場合、大文字に変換し、大文字の場合、そのまま表示するコードを紹介しています。

この例では、文字の入力とtoupper関数を用いた変換、そして結果の出力を行っています。

#include <ctype.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char c;

    printf("文字を入力してください: ");
    scanf("%c", &c);

    // 入力した文字を大文字に変換
    char upperC = toupper(c);

    printf("大文字に変換後の文字: %c\n", upperC);

    return 0;
}

このプログラムは、まずユーザーに文字の入力を求めます。

その入力を受け取るための変数cを定義して、scanf関数を使ってユーザーの入力を受け取ります。

その後、toupper関数を使って入力した文字を大文字に変換し、大文字に変換した結果を表示します。

もしもすでに大文字だった場合はそのまま表示されるということになります。

コードを実行すると、次のような結果が得られます。

文字を入力してください: a
大文字に変換後の文字: A

小文字の’a’を入力した場合、大文字の’A’が出力されます。

toupper関数は小文字を大文字に変換するため、すでに大文字である場合はそのままの値が返されます。

したがって、もし大文字の’A’を入力した場合、結果は同じく’A’となります。

●toupper関数の注意点と対処法

toupper関数は非常に便利ですが、注意すべき点もあります。

それらについて理解し、適切に対処することで、より強固なコードを書くことができます。

○注意点1：非アルファベット文字の扱い

toupper関数はアルファベットの小文字を大文字に変換しますが、もしアルファベット以外の文字が引数として渡された場合、その挙動は必ずしも予想できないものとなります。

具体的には、toupper関数が返す値は、非アルファベット文字が引数として渡されたときにはその文字そのものになります。

この挙動を理解するためのサンプルコードを紹介します。

このコードでは、数字と記号をtoupper関数に渡し、その結果を表示します。

#include <ctype.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    char c1 = '9';
    char c2 = '$';

    printf("大文字に変換後の文字（9）: %c\n", toupper(c1));
    printf("大文字に変換後の文字（$）: %c\n", toupper(c2));

    return 0;
}

このコードを実行すると、次のような結果が得られます。

大文字に変換後の文字（9）: 9
大文字に変換後の文字（$）: $

これは、9と$は既にアルファベットでないため、toupper関数による変換が適用されず、そのままの値が返されることを表しています。

この点は覚えておくと、意図しない挙動を避けることができます。

○注意点2：toupper関数とロケール

C言語におけるロケールは、地域や言語、通貨などの特性を制御するための仕組みであり、toupper関数の動作にも影響を及ぼします。

具体的には、アルファベット以外の文字を大文字に変換する動作がロケールによって異なります。

これを確認するための簡単なコードを見てみましょう。

#include <locale.h>
#include <ctype.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    // デフォルトロケールをセット
    setlocale(LC_ALL, "");

    // 小文字のドイツ語エスツェット
    unsigned char c = 'ß';

    // 大文字へ変換
    unsigned char upper_c = toupper(c);

    printf("%c\n", upper_c);

    return 0;
}

このコードでは、C言語のsetlocale関数を使って現在のロケールを設定しています。

そして、toupper関数を使用して小文字のドイツ語エスツェット（ß）を大文字に変換しようとしています。

この結果がロケールによってどのように変わるかを確認するためのコードとなります。

もし、このコードをドイツ語ロケールで実行すると、結果は’ẞ’（大文字のエスツェット）になります。

しかし、英語ロケールなどそれ以外のロケールで実行すると、結果は元の’ß’が出力されます。

つまり、toupper関数はロケール設定に従って大文字への変換を行うことがわかります。

よって、toupper関数を使用する際には、ロケール設定が大文字への変換に影響を与えるという点を覚えておきましょう。

ロケールに依存した動作を避けるためには、アルファベット以外の文字に対してtoupper関数を使うことは避け、英語のアルファベットのみに使うことが望ましいでしょう。

●toupper関数のカスタマイズ方法

C言語では、関数を自分で定義することが可能であり、そのための方法として関数定義が存在します。

ここではtoupper関数の動作を自分で定義した関数に置き換える方法を紹介します。

これは、toupper関数が持つロケールに依存した動作や非アルファベット文字の対応など、toupper関数の特性を変えたい場合に役立ちます。

○カスタマイズ例：独自の大文字変換関数の作成

toupper関数が大文字変換に用いられますが、それに加えて一部の特殊な条件を満たすカスタム関数を作成することも可能です。

ここでは、大文字変換に加えて特定の文字を別の文字に変換するカスタム関数を作る例を紹介します。

このカスタム関数では、すべての英字を大文字に変換し、さらに特定の文字（この例では’a’）が入力された場合、それを’*’に置き換えるという動作を行います。

これは、たとえば、特定の文字を秘匿する場合などに使用できる技術です。

○サンプルコード5：独自toupper関数の作成

下記のコードは、上記のカスタム関数を実装したものです。

このコードでは、文字が’a’の場合は’*’に、それ以外の英小文字の場合は英大文字に変換しています。

#include <ctype.h>
#include <stdio.h>

char custom_toupper(char c) {
    if (c == 'a') {
        return '*';
    } else if (islower(c)) {
        return toupper(c);
    } else {
        return c;
    }
}

int main() {
    char str[] = "Hello, world! I am learning C language.";
    for (int i = 0; str[i]; i++) {
        putchar(custom_toupper(str[i]));
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

このコードを実行すると、文字列"Hello, world! I am learning C language."内の英小文字が英大文字に、そして’a’は’*’に変換されて出力されます。

この例では、独自のtoupper関数を作成し、特定の文字’a’を’*’に変換する方法を紹介しました。

このようなカスタム関数は、プログラムの中で特定の操作を繰り返し行う場合や、特定の条件下でのみ動作を変えたい場合などに役立つでしょう。

また、このようなカスタム関数を作る際は、まずはその関数の動作をしっかりと定義し、どのような入力があった場合にどのような出力を返すかを明確にすることが大切です。

そして、その動作を満たすようにコードを書くことで、思い通りの動作をする関数を作ることができます。

●toupper関数を使った応用プログラム

ここまで、toupper関数の基本的な使い方から、独自のtoupper関数の作成方法までを見てきました。

次に、これらの知識を活かして、実際のプログラムにtoupper関数を応用する方法を見てみましょう。

○サンプルコード6：テキストファイルの内容を大文字に変換するプログラム

とうとう最後の応用例です。

これまでの学びを活かして、テキストファイルの内容をすべて大文字に変換するプログラムを作成します。

ここでは、テキストファイルを読み込み、その内容を大文字に変換して新たなファイルに書き出す、という手順を行います。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

void main() {
    // 読み込むファイルと書き出すファイルのポインタを宣言
    FILE *input, *output;
    char c;

    // ファイルを開く
    input = fopen("input.txt", "r");
    output = fopen("output.txt", "w");

    // ファイルが正しく開けたか確認
    if (input == NULL || output == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return;
    }

    // ファイルの内容を一文字ずつ読み込み、大文字に変換して書き出す
    while ((c = fgetc(input)) != EOF) {
        fputc(toupper(c), output);
    }

    // ファイルを閉じる
    fclose(input);
    fclose(output);
}

このコードでは、まずファイルポインタを2つ宣言しています。

それぞれ読み込むためのinputと書き出すためのoutputです。

続いてfopen関数を用いてファイルを開いています。

ここで、”r”は読み込みモードを、”w”は書き出しモードを表しています。

その後、if文でファイルが正しく開けたかどうかを確認しています。

もしファイルが開けなかった場合は、エラーメッセージを出力して処理を終了します。

次にwhileループを用いて、ファイルの終わり（EOF）に達するまで一文字ずつ読み込み、toupper関数を使って大文字に変換し、fputc関数で新しいファイルに書き出しています。

最後にfclose関数でファイルを閉じています。

これはファイルを扱った後は必ず行うべき重要なステップです。

このプログラムを実行すると、input.txtの内容がすべて大文字になった状態でoutput.txtに書き出されます。

たとえば、input.txtが「Hello, World!」という内容だった場合、output.txtには「HELLO, WORLD!」と出力されます。

このように、C言語のtoupper関数を使えば、ファイルの内容を簡単に大文字に変換するプログラムを作成することができます。

これまでの学習を活かし、自身の目的に合わせたプログラムを作成してみてください。

まとめ

以上、C言語のtoupper関数の使い方について詳しく解説してきました。

基本的な使い方から応用例、カスタマイズ方法まで、幅広く学ぶことができたのではないでしょうか。

この記事を通じて、あなたのC言語学習に一助となることを願っています。

さまざまな機能をもつC言語ですが、一つ一つの関数を理解し、その機能を最大限に活用することで、より高度なプログラムを作成することが可能になります。「初心者でもわかる！C言語のtoupper関数の10段階活用術」を活かして、あなた自身のプログラミングスキルの向上を目指してみてください。