C 言語での円の面積計算プログラム | 円の面積と円周を計算する

はじめに

この実験では、円の面積と円周を計算する C プログラムを作成します。このシンプルなプログラムは、変数宣言、ユーザー入力の処理、数学的な計算、および書式付き出力の表示など、いくつかの基本的なプログラミング概念を示しています。

以下の数学的な公式を使用します。

円の面積 = π × 半径²
円の円周 = 2 × π × 半径

この実験の終わりまでに、ユーザー入力を受け取り、これらの公式を使用して計算を行う完全な C プログラムを作成することができるようになります。

Skills Graph

%%%%{init: {'theme':'neutral'}}%%%% flowchart RL c(("C")) -.-> c/UserInteractionGroup(["User Interaction"]) c(("C")) -.-> c/BasicsGroup(["Basics"]) c(("C")) -.-> c/FileHandlingGroup(["File Handling"]) c/BasicsGroup -.-> c/variables("Variables") c/BasicsGroup -.-> c/data_types("Data Types") c/BasicsGroup -.-> c/constants("Constants") c/BasicsGroup -.-> c/operators("Operators") c/FileHandlingGroup -.-> c/create_files("Create Files") c/UserInteractionGroup -.-> c/user_input("User Input") c/UserInteractionGroup -.-> c/output("Output") subgraph Lab Skills c/variables -.-> lab-123197{{"C 言語での円の面積と円周の計算"}} c/data_types -.-> lab-123197{{"C 言語での円の面積と円周の計算"}} c/constants -.-> lab-123197{{"C 言語での円の面積と円周の計算"}} c/operators -.-> lab-123197{{"C 言語での円の面積と円周の計算"}} c/create_files -.-> lab-123197{{"C 言語での円の面積と円周の計算"}} c/user_input -.-> lab-123197{{"C 言語での円の面積と円周の計算"}} c/output -.-> lab-123197{{"C 言語での円の面積と円周の計算"}} end

プログラムファイルの作成と基本構造

まず、C プログラムファイルを作成し、基本構造を設定しましょう。~/project/circle_program ディレクトリに circle.c という名前のファイルを作成します。

プロジェクトディレクトリに移動します。
```
cd ~/project/circle_program
```
WebIDE エディタを使用して、circle.c という名前の新しいファイルを作成します。WebIDE の上部にある「File」メニューをクリックし、「New File」を選択します。または、ファイルエクスプローラーパネルで右クリックし、「New File」を選択することもできます。
ファイル名を circle.c とし、~/project/circle_program ディレクトリに保存します。
次に、C プログラムの基本構造をファイルに追加しましょう。
```
#include <stdio.h>

int main() {
    // We will add our code here

    return 0;
}
```

上記のコードでは、

#include <stdio.h> は、コンパイラに標準入出力ライブラリ（printf() や scanf() などの関数を提供する）をインクルードするように指示するプリプロセッサディレクティブです。
int main() は、すべての C プログラムのエントリポイントであるメイン関数を定義します。
中括弧 { } は、メイン関数の本体の開始と終了を示します。
return 0; は、プログラムが正常に実行されたことを示します。

Ctrl+S を押すか、「File」メニューを使用して「Save」を選択して、ファイルを保存します。

変数と定数の宣言

基本的なプログラム構造ができたので、計算に必要な変数と定数を追加しましょう。

エディタで circle.c ファイルを開きます（まだ開いていない場合）。
いくつかの変数が必要になります。
- 円の半径を格納する変数
- π（パイ）の値を格納する定数
- 計算された面積と円周を格納する変数

コードを以下のように更新します。

#include <stdio.h>

int main() {
    // Declare variables and constants
    float radius;         // to store the radius of the circle
    const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
    float area;           // to store the calculated area
    float circumference;  // to store the calculated circumference

    return 0;
}

変数宣言について理解しましょう。

float radius; - 半径は小数になる可能性があるため、float データ型を使用します。
const float PI = 3.14159; - プログラムの実行中に値が変わらないように、PI を定数として定義します。const キーワードがこれを保証します。
float area; と float circumference; - これらの変数は計算結果を格納しますが、結果は小数になる可能性があります。

C プログラミングでは、通常、関数の冒頭ですべての変数を宣言します。このやり方により、プログラムがより整理され、理解しやすくなります。

ファイルを保存します（Ctrl+S）。

ユーザー入力の取得

次に、ユーザーに円の半径を入力してもらい、その入力を読み取るコードを追加しましょう。

エディタで circle.c ファイルを開きます（まだ開いていない場合）。

ユーザーに入力を促し、その入力を読み取るコードを追加します。

#include <stdio.h>

int main() {
    // Declare variables and constants
    float radius;         // to store the radius of the circle
    const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
    float area;           // to store the calculated area
    float circumference;  // to store the calculated circumference

    // Prompt user for radius
    printf("Please enter the radius of the circle: ");

    // Read the radius value from user input
    scanf("%f", &radius);

    // Validate input (optional but good practice)
    if (radius <= 0) {
        printf("Error: Radius must be a positive number\n");
        return 1;  // Exit with error code
    }

    return 0;
}

追加した部分を理解しましょう。

printf("Please enter the radius of the circle: "); - これは、ユーザーに半径を入力するように促すメッセージを表示します。
scanf("%f", &radius); - これは、ユーザーから浮動小数点数値を読み取り、それを radius 変数に格納します。
- %f は浮動小数点数の書式指定子です。
- &radius は radius 変数のメモリアドレスを渡し、scanf() がその値を変更できるようにします。
円の半径はゼロまたは負の値にはできないため、半径が正の値であることを確認する簡単なバリデーションチェックを追加しました。

scanf() 関数は、標準入力（キーボード）から書式付き入力を読み取るために使用されます。正しい書式指定子（浮動小数点数の場合は %f）を使用し、& 演算子を使って変数のアドレスを渡すことが重要です。

ファイルを保存します（Ctrl+S）。

面積と円周の計算

半径がわかったので、公式を使って円の面積と円周を計算することができます。

エディタで circle.c ファイルを開きます（まだ開いていない場合）。

計算コードを追加します。

#include <stdio.h>

int main() {
    // Declare variables and constants
    float radius;         // to store the radius of the circle
    const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
    float area;           // to store the calculated area
    float circumference;  // to store the calculated circumference

    // Prompt user for radius
    printf("Please enter the radius of the circle: ");

    // Read the radius value from user input
    scanf("%f", &radius);

    // Validate input
    if (radius <= 0) {
        printf("Error: Radius must be a positive number\n");
        return 1;  // Exit with error code
    }

    // Calculate the area of the circle
    area = PI * radius * radius;

    // Calculate the circumference of the circle
    circumference = 2 * PI * radius;

    return 0;
}

計算部分を理解しましょう。

area = PI * radius * radius; - これは、公式 π × r²（r は半径）を使って面積を計算します。
circumference = 2 * PI * radius; - これは、公式 2 × π × r を使って円周を計算します。

C 言語では、乗算演算子は * です。r² を計算するには、単に半径をそれ自身と掛け算します（radius * radius）。より複雑な数学的な演算を行う場合は、math.h ライブラリの関数を使いますが、今回の計算はそれを使わずに十分簡単です。

ファイルを保存します（Ctrl+S）。

結果の表示とプログラムのテスト

結果を表示するコードを追加してプログラムを完成させ、コンパイルして実行し、正しく動作するか確認しましょう。

エディタで circle.c ファイルを開きます（まだ開いていない場合）。

結果を表示するコードを追加します。

#include <stdio.h>

int main() {
    // Declare variables and constants
    float radius;         // to store the radius of the circle
    const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
    float area;           // to store the calculated area
    float circumference;  // to store the calculated circumference

    // Prompt user for radius
    printf("Please enter the radius of the circle: ");

    // Read the radius value from user input
    scanf("%f", &radius);

    // Validate input
    if (radius <= 0) {
        printf("Error: Radius must be a positive number\n");
        return 1;  // Exit with error code
    }

    // Calculate the area of the circle
    area = PI * radius * radius;

    // Calculate the circumference of the circle
    circumference = 2 * PI * radius;

    // Display the results
    printf("\nResults for a circle with radius %.2f units:\n", radius);
    printf("Area: %.2f square units\n", area);
    printf("Circumference: %.2f units\n", circumference);

    return 0;
}

出力コードを理解しましょう。

printf("\nResults for a circle with radius %.2f units:\n", radius); - これは、半径を小数点以下 2 桁で表示します。
printf("Area: %.2f square units\n", area); - これは、計算された面積を小数点以下 2 桁で表示します。
printf("Circumference: %.2f units\n", circumference); - これは、計算された円周を小数点以下 2 桁で表示します。

%.2f 書式指定子は、printf() に浮動小数点数を小数点以下 2 桁で表示するよう指示し、出力をより読みやすくします。

ファイルを保存します（Ctrl+S）。
次に、プログラムをコンパイルしましょう。ターミナルでプロジェクトディレクトリに移動し、gcc コンパイラを使用します。
```
cd ~/project/circle_program
gcc circle.c -o circle
```
-o circle オプションは、コンパイラに circle という名前の実行可能ファイルを作成するよう指示します。
コンパイルが成功したら、次のコマンドでプログラムを実行できます。
```
./circle
```
入力を求められたら、半径の値（例えば 5）を入力し、Enter キーを押します。次のような出力が表示されるはずです。
```
Please enter the radius of the circle: 5

Results for a circle with radius 5.00 units:
Area: 78.54 square units
Circumference: 31.42 units
```
異なる半径の値でプログラムを再度実行し、正しく動作することを確認してみましょう。

おめでとうございます！ユーザーの入力に基づいて円の面積と円周を計算して表示する C プログラムを正常に作成しました。

まとめ

この実験では、以下の機能を持つ C プログラムを正常に作成しました。

ユーザーに円の半径の入力を促す
ユーザーの入力を読み取り、検証する
公式 π × r² を使用して円の面積を計算する
公式 2 × π × r を使用して円の円周を計算する
計算結果を適切な書式で表示する

この過程で、いくつかの重要な C プログラミングの概念を学びました。

#include を使用してヘッダーファイルをインクルードする
変数と定数を定義し、使用する
scanf() を使用してユーザー入力を読み取る
数学的な計算を行う
printf() を使用して書式付きの出力を表示する
C プログラムをコンパイルし、実行する

これらの基本的なスキルは、より複雑な C プログラムの基礎を形成します。この知識を拡張して、ユーザーとの対話や数学的な計算を含む、より高度なアプリケーションを作成することができます。