はじめに
C言語の基本的な関数の一つであるgets関数について、初心者に向けた詳細な解説を行います。
この記事では、gets関数の使い方、サンプルコード、注意点、対処法、カスタマイズ方法について徹底的に説明していきます。
それにより、gets関数を使いこなすことができるようになります。
●C言語とは
C言語は、高度な計算機科学とプログラミングの世界で最も基本的でありながらも強力な言語の一つです。
その強力さと一貫性は、それが生まれた1970年代から現在まで広く使われ続けている理由です。
○C言語の特徴
C言語にはいくつかの特徴があります。
まず、手続き型のプログラミング言語であるという点です。
これは、C言語がプログラムを一連の手続きや関数として考えることを助けるということを意味します。
さらに、C言語は汎用性が高く、ハードウェアに近いレベルで操作することができます。
これにより、システムソフトウェアや組み込みシステムの開発に非常に適しています。
また、ポインタの使用が可能で、直接メモリにアクセスすることができます。
●gets関数の基本
gets関数は、C言語の標準ライブラリの一部であり、ユーザーからの文字列入力を受け取るために使われます。
○gets関数とは
gets関数は、標準入力（通常はキーボード）からの文字列を読み込み、終端の改行文字を除いて指定された文字配列に格納します。
具体的な関数の形式は次の通りです。
char *gets(char *str);○gets関数の使い方
gets関数の使い方は非常にシンプルです。文字列を保存するための変数を引数として関数に渡すだけです。
#include <stdio.h>
int main() {
char str[100];
printf("文字列を入力してください：");
gets(str);
printf("あなたが入力した文字列：%s", str);
return 0;
}このコードでは、まずstrという名前のchar型の配列を定義しています。
次に、gets関数を用いてユーザーからの入力をこの配列に保存しています。
最後に、printf関数を用いて保存した文字列を出力しています。
●gets関数のサンプルコード
次に、gets関数の使用例をいくつか具体的に見ていきましょう。
これらのサンプルコードを通じて、gets関数の使用方法とその応用を理解することができます。
○サンプルコード1：基本的な文字列の取得
上記で表した基本的な文字列の取得例を再度紹介します。
#include <stdio.h>
int main() {
char str[100];
printf("文字列を入力してください：");
gets(str);
printf("あなたが入力した文字列：%s", str);
return 0;
}このコードを実行すると、まず”文字列を入力してください：”と表示され、ユーザーが文字列を入力します。
その後、”あなたが入力した文字列：”に続いてユーザーが入力した文字列が表示されます。
○サンプルコード2：複数行の文字列の取得
次に、複数行の文字列を取得する例を紹介します。
#include <stdio.h>
int main() {
char str[100];
int i;
for (i = 0; i < 3; i++) {
printf("%d行目の文字列を入力してください：", i + 1);
gets(str);
printf("%d行目にあなたが入力した文字列：%s\n", i + 1, str);
}
return 0;
}このコードでは、forループを用いて3回、ユーザーからの入力を受け付けています。
それぞれの入力はstrに格納され、直後にその内容が表示されます。
このようにして、複数行の文字列を取得することができます。
このコードを実行すると、”1行目の文字列を入力してください：”、”2行目の文字列を入力してください：”、”3行目の文字列を入力してください：”と表示され、ユーザーが各行の文字列を入力します。
それぞれの入力後には、その行で入力された文字列が表示されます。
○サンプルコード3：条件による文字列の取得
次のサンプルコードでは、gets関数を使用して条件に合致する文字列を取得します。
入力された文字列が指定した条件を満たすまで、繰り返し入力を要求するというコードになります。
具体的には、「yes」または「no」と入力されるまで繰り返し質問を出すというものです。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char answer[10];
do {
printf("yesかnoを入力してください: ");
gets(answer);
} while (strcmp(answer, "yes") != 0 && strcmp(answer, "no") != 0);
printf("あなたの回答は %s です。\n", answer);
return 0;
}このコードでは、do-whileループを使って繰り返し質問を出す処理を行っています。
「yesかnoを入力してください」というメッセージとともに、gets関数でanswer配列に文字列を読み込みます。
この後にstrcmp関数でanswerの値が「yes」または「no」であるか確認しています。
strcmp関数は2つの文字列が同じであれば0を返すため、answerが「yes」でも「no」でもない限り、ループは続きます。
最終的に入力された回答は「あなたの回答は %s です」と表示されます。
このコードを実行すると、次のような結果が得られます。
yesかnoを入力してください: maybe
yesかnoを入力してください: sure
yesかnoを入力してください: yes
あなたの回答は yes です。上記の出力からわかるように、”yes”または”no”が入力されるまで質問が繰り返されます。
このようにgets関数を使用して特定の条件を満たす文字列を取得することが可能です。
○サンプルコード4:配列と組み合わせた使用例
C言語でのプログラミング作業を進めていく中で、配列とgets関数の組み合わせは頻繁に利用されます。それでは、具体的なコードを示しながらその使い方を解説しましょう。
#include <stdio.h>
int main() {
char str[3][10];
for (int i = 0; i < 3; i++) {
gets(str[i]);
}
for (int i = 0; i < 3; i++) {
printf("%s\n", str[i]);
}
return 0;
}上記のサンプルコードでは、gets関数と配列を使ってユーザーからの入力を取得し、その結果を表示するプログラムを示しています。まず、3つの10文字の文字列を格納できる二次元配列strを宣言しています。
その後、forループを使用して3つの文字列をユーザーから取得し、配列strに格納します。このとき、gets関数はユーザーの入力を取得し、指定された配列に保存します。
最後に、もう一つのforループを使用して、取得した文字列を順に出力します。このとき、printf関数は配列の各要素を文字列として出力します。
実行すると、ユーザーは3つの文字列を入力するよう求められ、それぞれの文字列は改行で区切られて出力されます。
○サンプルコード5：ポインタと組み合わせた使用例
次に、gets関数をポインタと組み合わせて使用する方法を解説します。
ポインタは変数のメモリアドレスを格納し、そのアドレスを通じて変数の値にアクセスすることが可能です。
下記のコードでは、gets関数を使用してポインタを通じて文字列を取得する方法を表しています。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
char *str;
str = (char *)malloc(sizeof(char) * 10);
gets(str);
printf("%s\n", str);
free(str);
return 0;
}このコードでは、最初にchar型のポインタstrを宣言しています。
次に、malloc関数を使って10文字分のメモリを動的に確保し、そのアドレスをstrに代入しています。
このように動的メモリ確保を行うと、プログラム実行中に必要なメモリ領域を柔軟に確保することが可能になります。
その後、gets関数を使用してユーザーからの入力を取得し、動的に確保したメモリ領域に保存します。
その結果をprintf関数で出力した後、free関数を用いて確保したメモリ領域を解放します。
このように、gets関数とポインタを組み合わせることで、動的にメモリを確保しながら入力を取得することが可能になります。
○サンプルコード6：関数内での使用例
最後に、gets関数を関数内で使用する例を見てみましょう。
この使用例では、関数内でgets関数を使用し、取得した文字列を関数の呼び出し元に戻す方法を表しています。
#include <stdio.h>
void getString(char *str) {
gets(str);
}
int main() {
char str[10];
getString(str);
printf("%s\n", str);
return 0;
}このコードでは、まずgetStringという関数を定義しています。
この関数はchar型のポインタを引数に取り、そのポインタが指す場所にユーザーからの入力を保存します。
gets関数は、このように関数の引数として渡されたメモリアドレスに直接入力を保存することができます。
そして、main関数内でgetString関数を呼び出し、取得した文字列を出力しています。
このように、gets関数を他の関数内で使用することで、コードの構造をより整理し、読みやすくすることができます。
○サンプルコード7：ループ内での使用例
ループ処理と組み合わせることで、複数の文字列を連続して取得することも可能になります。
この使用例では、whileループを使ってユーザーからの入力を繰り返し取得するコードを表します。
#include <stdio.h>
int main() {
char str[100];
int i = 0;
// 最大10回までループ
while (i < 10) {
printf("文字列を入力してください（%d回目）: ", i+1);
gets(str);
printf("入力された文字列: %s\n", str);
i++;
}
return 0;
}このコードでは、10回までユーザーからの入力を受け付け、それぞれの入力ごとに入力された文字列を出力します。
while (i < 10)で10回繰り返すループを作成し、その中でgets(str)を使用してユーザーからの入力を取得しています。
このコードを実行すると、ユーザーが入力した文字列がその都度出力され、それが10回繰り返されます。
これにより、ユーザーが複数回にわたって異なる文字列を入力するという状況を模擬することができます。
さて、次に進む前に、ループ処理と組み合わせたgets関数の使用における注意点を説明します。
ループ内でgets関数を使う場合、バッファオーバーフローの危険性が増大します。
なぜなら、一度のループで取得する文字列の量が想定以上になると、次のループでバッファがオーバーフローしてしまう可能性があるからです。
これを防ぐためには、ループ内で取得する文字列の長さを適切に制御することが重要となります。
また、一部の環境ではループの繰り返し数が多いと、プログラムのパフォーマンスに影響を与える可能性もあります。
そのため、ループの繰り返し回数は必要最小限に抑えるようにしましょう。
ここでは繰り返し回数を10に設定しましたが、これはあくまで一例です。
繰り返し回数はプログラムの要件によりますので、適切な数値を設定することが重要です。
ループ処理を活用すれば、例えばユーザーの連続した質問に答えるチャットボットの作成や、複数のデータを一度に取得するデータベースの入力処理など、より複雑なプログラムを作成することも可能になります。
このように、ループ処理とgets関数の組み合わせは、C言語プログラミングにおける強力なツールとなり得ます。
○サンプルコード8：エラーハンドリングの例
プログラミングでは、予期しないエラーが発生する可能性が常にあります。
エラーハンドリングは、このような予期せぬエラーが発生したときに、適切に対応するための方法です。
このコードでは、エラーハンドリングを実施するための例を紹介します。
具体的には、入力がNULLの場合、すなわち何も入力されなかった場合に対する処理を行います。
#include <stdio.h>
#define SIZE 256
int main(void) {
char buf[SIZE];
printf("何か文字を入力してください: ");
if (gets(buf) == NULL) {
printf("何も入力されませんでした。\n");
} else {
printf("入力された文字は: %s\n", buf);
}
return 0;
}このコードは、ユーザーからの入力を受け付け、その入力がNULL（何もない）場合と、何かが入力された場合で異なる出力をするものです。
ここでgets関数の返り値がNULLかどうかをチェックすることで、入力が存在しない場合のエラーハンドリングを行っています。
このコードを実行すると、まず”何か文字を入力してください: “と表示され、ユーザーに入力を促します。
何も入力せずにエンターキーを押すと、”何も入力されませんでした。”と表示されます。
一方、何か文字を入力すると、その文字がそのまま出力されます。
○サンプルコード9：ユーザー入力との組み合わせ例
ユーザーからの入力を取得するために、gets関数を使用するケースも多々あります。
このセクションでは、ユーザーからの直接の入力をgets関数で受け取るという実践的な使い方をご紹介します。
なお、このコード例は、ユーザーが入力した文字列を受け取り、その内容を画面に表示するというものです。
#include <stdio.h>
int main(void) {
char str[100];
printf("文字列を入力してください: ");
gets(str); // ユーザーからの入力を受け取る
printf("あなたが入力した文字列: %s\n", str);
return 0;
}このコードでは、まず100文字分の領域を持つ文字列strを定義しています。
次に、ユーザーに入力を促すメッセージを表示します。
その後、gets関数を使用してユーザーからの入力をstrに格納します。
最後に、受け取った入力をprintf関数で出力します。
このコードを実行すると、次のような実行結果になります。
文字列を入力してください: Hello, World!
あなたが入力した文字列: Hello, World!ユーザーが”Hello, World!”と入力した場合、その内容がそのまま画面に表示されます。これはgets関数が標準入力から直接文字列を取得できるためです。
次に進む前に、ここでの注意点を一つ挙げておきましょう。
gets関数は、入力の長さをチェックしないため、配列のサイズを超える入力があった場合、バッファオーバーフローを引き起こす可能性があります。
この問題に対する対処法については、後ほど詳しく説明します。
○サンプルコード10：ファイル入力との組み合わせ例
gets関数は標準入力から文字列を取得しますが、ファイルからの入力を取得するためにも使うことができます。
ただし、その場合には標準入力をファイルにリダイレクトする必要があります。
下記のコードは、ファイルからの入力をgets関数で読み込む例です。
#include <stdio.h>
int main(void) {
char str[100];
while (gets(str) != NULL) { // ファイルからの入力を受け取る
printf("%s\n", str);
}
return 0;
}このコードでは、gets関数を使用してファイルから一行ずつ文字列を読み込み、その内容を画面に出力しています。
gets関数は入力が終了するとNULLを返すため、このNULLが返るまで読み込みを続けるというループを形成しています。
このコードをファイル入力と組み合わせて実行すると、例えば次のようになります。
$ echo -e "Hello\nWorld" > input.txt
$ ./a.out < input.txt
Hello
World先頭のechoコマンドで、”Hello”と”World”を含むinput.txtというファイルを作成します。
次に、このinput.txtをa.outの標準入力にリダイレクトしています。
その結果、ファイルの各行が順に出力されます。
ただし、ファイル入力を使う際にもバッファオーバーフローの問題は依然として存在します。
ファイルから大量の文字を一度に読み込むと、配列の範囲を超える可能性があるためです。
この問題の解決法については、次のセクションで詳しく説明します。
●gets関数の注意点と対処法
これまでに見てきたように、gets関数はC言語で文字列を簡単に取り扱う方法の一つです。
しかし、使用にあたっては注意すべき点がいくつかあります。
ここでは、それらの問題とその対処法について説明します。
○バッファオーバーフローの問題
バッファオーバーフローとは、メモリの許容範囲を超えてデータを書き込むことによって生じる問題です。
gets関数は入力される文字列の長さを事前に制限しないため、予め確保したバッファのサイズを超える長さの文字列が入力されると、バッファオーバーフローが発生します。
これは、意図しない動作を引き起こす可能性があるため、深刻なセキュリティリスクを含んでいます。
バッファオーバーフローの問題を回避するための一つの方法として、fgets関数を使うことがあります。
fgets関数は読み込む文字列の長さを指定できるため、バッファオーバーフローを防ぐことができます。
次のサンプルコードでは、fgets関数を使って、文字列の長さを制限しながらユーザからの入力を取得する例を表しています。
この例では、fgets関数を使って最大100文字までの入力を受け取ります。
#include<stdio.h>
int main() {
char buf[101]; // ヌル文字を含めた最大101文字まで格納可能な配列を宣言
printf("文字列を入力してください: ");
fgets(buf, 101, stdin); // 標準入力から最大100文字を読み込み
printf("入力された文字列: %s\n", buf);
return 0;
}このコードを実行すると、「文字列を入力してください: 」というプロンプトが表示されます。
ここで文字列を入力すると、その文字列が出力されます。
ただし、入力できる文字数は最大100文字までとなっています。
○エラーハンドリング
gets関数はエラーが発生した場合やEOF（End Of File）に到達した場合に、NULLを返します。
しかし、gets関数は読み込んだ文字列の長さを返さないため、エラーハンドリングを行うことが難しいです。
これに対し、fgets関数を使用すれば、エラーハンドリングを容易に行うことができます。
下記のサンプルコードは、fgets関数を使ってエラーハンドリングを行う例を表しています。
この例では、fgets関数がNULLを返した場合、エラーメッセージを表示します。
#include<stdio.h>
int main() {
char buf[101];
printf("文字列を入力してください: ");
if (fgets(buf, 101, stdin) == NULL) {
printf("エラーが発生しました。\n");
return 1;
}
printf("入力された文字列: %s\n", buf);
return 0;
}このコードを実行し、何も入力せずにEnterキーを押すと、「エラーが発生しました。」というメッセージが表示され、プログラムが終了します。
●gets関数のカスタマイズ方法
gets関数の使用にあたり、あなた自身のニーズに合わせてカスタマイズする方法を探求することは、あなたがより効果的でセキュアなコードを書くための一助となります。
特に、gets関数の代替手段として自作の入力チェック関数を作ることは有用なスキルとなります。
それでは、どのようにして入力チェック関数を作成すればよいのでしょうか。
○独自の入力チェック関数の作成
最初に考えるべきは、あなたが実現したいチェック機能の種類です。
例えば、特定の文字列パターンを避けたい、あるいは特定の文字数を超える入力を避けたい、などのチェックが考えられます。
このようなチェック機能を具現化するための一例を紹介します。
このコードでは、特定の文字数を超える入力を防ぐ独自の入力チェック関数を紹介しています。
この例では、配列のサイズを指定し、そのサイズを超える文字数が入力された場合には警告を出して再入力を求める仕組みを実装しています。
#include<stdio.h>
// 安全なgets関数の定義
char* safe_gets(char *str, int n, FILE *stream) {
char *result;
char *find;
result = fgets(str, n, stream);
// fgetsが失敗した場合
if (result == NULL) {
return NULL;
}
find = strchr(str, '\n');
// 改行文字が見つかった場合、その位置をヌル文字に置き換える
if (find) {
*find = '\0';
}
// 改行文字が見つからなかった場合、バッファ内の残りを読み込む
else {
while (getchar() != '\n')
continue;
}
return result;
}
int main(void) {
char buffer[10];
printf("10文字以下の文字列を入力してください: ");
while (safe_gets(buffer, sizeof(buffer), stdin) == NULL) {
printf("入力エラーです。再度、10文字以下の文字列を入力してください: ");
}
printf("入力された文字列: %s\n", buffer);
return 0;
}このコードは、fgets関数を使用して文字列を取得し、fgets関数が失敗した場合やバッファのサイズを超える入力があった場合に警告を出す機能を持っています。
また、fgets関数はgets関数と違い、バッファのサイズを超える入力があった場合でも、それを安全に処理することができます。
このコードを実行すると、10文字以下の文字列の入力を求められます。
これに対して10文字を超える文字列を入力すると、エラーメッセージが表示され、再度入力を求められます。
適切な文字数の入力があった場合には、その文字列が正しく表示されます。
このように、自分で入力チェック関数を作成することで、gets関数の持つバッファオーバーフローというリスクを回避しながら、安全に文字列の取得を行うことができます。
まとめ
以上が、C言語のgets関数に関する詳細な解説と使用例、注意点、そしてカスタマイズ方法になります。
gets関数は単純な機能を持つ一方で、その使用には注意が必要です。
特にバッファオーバーフローという深刻な問題を引き起こす可能性があることを理解し、適切な対策を取ることが重要です。
この記事が、あなたがgets関数を使いこなし、更には自身で入力チェック関数を作る一助となれば幸いです。
プログラミングは絶えず学び続け、経験を積み重ねることでスキルが磨かれます。
これからもC言語を用いて、さまざまなプログラムを作成してみてください。