#アオイマルシェのイベントに行ってみた

手作り雑貨、お菓子、コーヒー、キッチンカーなどで、
普段はネットで販売中心の作者さんたちの
合同販売会という感じのイベントでした。
主催団体は#アオイマルシェ


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今日の会場は富山市水橋会館多目的ホール。
パッと見た感じけっこう大きな神社の社務所かと思った。
この中に、ホールと児童館がある。


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こういうイベント、けっこう好きです。
次は3/25~26イオンタウン金沢示野。富山は
4/1~3砺波のチューリップ四季彩館だそうです。
また行きたいな。

【第14章】関数とサブルーチン

【関数】

 今まで何回かこの言葉を使ってきましたが、命令との違いについて説明してきませんでした。ここまでのレベルのプログラムではこの違いがわからなくてもとくに支障はありませんでしたが、コンピュータのコンピュータらしいプログラムを作るには、知っておいた方がいいことなのでここで勉強しましょう。


図14_1.数学の関数
図14-1.数学の関数

 図14-1.は中学校でも習う一次関数のグラフです。数学でいう関数とは伴って変わる数という意味です。プログラミング言語における関数はこの意味もありますがどちらかというと「マジシャンの箱」のようなものと考えてください。

図14_2.プログラミング言語の関数
図14-2.プログラミング言語の関数

 マジシャンの箱はステッキで触れると中から鳩や万国旗が出てきますが(ネタ古っ)もちろんタネも仕掛けもあるわけです。プログラミング言語の関数とは、何か材料を入れると加工されて完成品が出てくる箱だと思ってください。この箱に入れる材料のことを引数(ひきすう)、箱から出てくる完成品を戻り値(もどりち)といいます。筆者の亡父が高校(旧制中学)の時使っていた数学の教科書では関数は「函数」と書かれていましたが、プログラミング言語の関数は函数と書く方が適切なような気がします。
 Tiny Basic for Windowsの関数では引数が不要なものもあります。今まで出てきたサンプルプログラム中にもすでに登場している関数もあります。

[Tiny Basic for Windowsの便利な関数](一部)

SQR(正の数)      平方根を求める
INT(数)       数の小数点以下を切り捨てて整数化する
ROUND(数)      数の小数点以下を四捨五入して整数化する
RND        0以上1未満の乱数を得る(*1)
PI                       円周率 3.14159265358979324 を得る(*2)
SIN(数)       正弦を得る(*3)
COS(数)       余弦を得る(*3)
TAN(数)       正接を得る(*3)
MAX(数1,数2)    数1と数2の大きい方を得る
MIN(数1,数2)     数1と数2の小さい方を得る

図13_5.弧度法(ラジアン)
図14-3弧度法(ラジアン)span>

(*1)正式な書き方はRND(数)。普通に乱数を発生させる場合、数は正の数。省略した場合は正の数が指定されたものとみなす。
(*2)関数というよりプログラミング言語が提供する定数(予約変数)。
(*3)数は弧度法(ラジアン、図14-3)で与える。

                 A=5
                 B=SQR(A)
                 C=INT(B)
                 PRINT B,C
                 R=10
                 S=PI*R^2
                 PRINT S
                 END

                 2.2360679774997897 2
                 314.159265358979324

                   図14-4.数値関数のサンプルプログラムと実行結果

 これらは戻り値が数値の関数なので数値関数とか数学関数とよばれます。プログラミング言語の関数には戻り値がストリングのストリング関数もあります。
DATE$                                       現在の日付を yyyy/mm/dd形式で得る
TIME$                                       現在時刻を hh:mm:ss形式で得る
LEFT$(ストリング,自然数)              ストリングの左から(自然数)分文字の文字を得る
RIGHT$(ストリング,自然数)           ストリングの右から(自然数)分文字の文字を得る
LEN(ストリング)                           ストリングの文字数を得る(戻り値は数値)
MID$(ストリング,自然数1,自然数2) ストリングの左から(自然数1)文字目から(自然数2)文字分の文字を得る

                 NOW$=DATE$+" "+ TIME$
                 L=LEN(NOW$)
                 Y$=LEFT$(DATE$,4)
                 M$=MID$(DATE$,6,2)
                 D$=RIGHT$(DATE$,2)
                 PRINT NOW$,L
                 PRINT "今年は";Y$;"年です"
                 PRINT "今日は";M$;"月";D$;"日です"
                 END

                 2023/04/26 11:37:30 19
                 今年は2023年です
                 今日は04月26日です

                    図14-5.ストリング関数のサンプルプログラムと実行結果

 これらの関数はプログラミング言語が提供しているものなので組込関数とよばれることもあります。

【ストリングの長さ】

 ※この節は昔のBASICをやったことのない方には???かもしれません。今のTiny Basicのプログラミングだけ覚えたい、という方は今は読み飛ばしていただいてかまいません。

            1:STRG1$="ABCDE"
            2:STRG2$="東京大阪福岡"
            3:PRINT STRG1$,STRG2$
            4:PRINT
            5:L1=LEN(STRG1$)
            6:L2=LEN(STRG2$)
            7:PRINT L1,L2
            8:PRINT
            9:C1$=MID$(STRG1$,3,2)
          10:C2$=MID$(STRG2$,3,2)
          11:PRINT C1$,C2$
          12:END

                          図14-6.Tiny Basicのストリング長を調べるプログラム

図14-7.ストリング長を調べる
図14-7.ストリング長を調べる


 図14-6のプログラムの実行結果は図14-7のようになります。Tiny Basicでは日本語(全角文字)も含めて「見える1文字」は1文字と数えます。同じプログラムを昔のBASICで実行すると図14-8のようになります。

図14-8.昔のBASICでのストリング長
図14-8.昔のBASICでのストリング長


 昔のBASICでは半角英数字・記号・カタカナは1文字1バイト、日本語(全角文字)は1文字で2文字と数えます。昔のBASICから今のTiny Basicに乗り換える場合、注意が必要なところです。

【サブルーチン】

 コンピュータの得意技のひとつがデータの保存と再利用でした。同じように処理の再利用もできます。図14-8のプログラムの10~13行目はサブルーチンとよばれ、プログラムの他の箇所から呼び出されて使われます。13行目のRETURN呼び出し元に戻る命令です。サブルーチンは何度でも呼び出して使えます。サブルーチンを呼び出して使う側(図14-6のプログラムなら1~9行目)をサブルーチンに対しメインルーチンと呼びます。制御文ブロックが構成できるTiny Basicでこの程度のプログラムではこのような単純なサブルーチンを使う意味はほとんどありませんが、ある制御文ブロック中の処理を別のブロックで使いたい時には使います。Tiny Basicでサブルーチンをサブルーチンらしく使う場面は、関数を自作する場合です(当カテゴリーでは扱いません)。

         1:RESTORE *EKIMEI
         2:EKI$=""
         3:WHILE EKI$<>"//"
         4:    READ EKI$,SHA$,SEN$
         5:    IF EKI$<>"//" THEN
         6:       GOSUB *DISP
         7:    END IF
         8:WEND
         9:END
       10:*DISP
       11:TXT$=EKI$+"駅は"+SHA$+SEN$+"の駅です"
       12:PRINT TXT$
       13:RETURN
       14:*EKIMEI
       15:DATA "厚岸","JR北海道","根室本線"
       16:DATA "谷田川","JR東日本","水郡線"
       17:DATA "合格","大井川鉄道","大井川本線"
       18:DATA "教会前","JR四国","鳴門線"
       19:DATA "東新庄","富山地方鉄道","宇奈月本線"
       20:DATA "//","",""

       厚岸駅はJR北海道根室本線の駅です
       谷田川駅はJR東日本水郡線の駅です
       合格駅は大井川鉄道大井川本線の駅です
       教会前駅はJR四国鳴門線の駅です
       東新庄駅は富山地方鉄道宇奈月本線の駅です

                 図14-8.サブルーチンを用いたプログラム例と実行結果

【サブルーチンのネスティングと変数の値引継ぎ】

           1:A=0
           2:PRINT "メインルーチンスタート"
           3:GOSUB *SUB_1
           4:GOSUB *SUB_2
           5:PRINT "A=";A,"B=";B
           6:PRINT "プログラム終了"
           7:END
           8:
           9:*SUB_1
          10:A=A+1
          11:PRINT "サブルーチン1を実行しました";I
          12:RETURN
          13:
          14:*SUB_2
          15:A=A+10
          16:B=5
          17:GOSUB *SUB_1
          18:PRINT "サブルーチン2を実行しました";I
          19:RETURN

                       図14-9.サブルーチン間で変数を引継ぐプログラム

 図14-9のプログラムでは、メインルーチンの3行目まできたところでサブルーチンへ飛びます(この例では*SUB_1以後)。サブルーチン内の12行目まできたところでRETURNなのでメインルーチンに戻ります。戻り先はこのサブルーチンを呼び出した次の行です(ここでは4行目)。4行目はまたサブルーチンへのジャンブ(今度は*sub_2以後)です。サブルーチンの17行目までくると、またサブルーチン(*sub_1以後)へジャンプします。12行目のRETURNですが、今度は戻り先が18行目になります。サブルーチンもFOR制御文、WHILE制御文のようにネスティングができます。実行結果は図14-10のようになります。

図14-10.サブルーチン間で変数を引継ぐプログラム
図14-10.サブルーチン間での変数引継ぎ


 ところで、実行結果を見ていただければおわかりと思いますが、変数Aの値はメインルーチンからサブルーチン、また別のサブルーチンへ引き継がれていることがわかります。また変数Bは2つ目のサブルーチン内で初めて出てきたものですが、その値はメインルーチンに戻っても引き継がれます。普通のサブルーチンの使い方では変数の値はメインルーチンとすべてのサブルーチン間で引き継がれます。このようにプログラム中のすべての場所で値が引き継がれる変数をグローバル変数といいます。引き継がれるということは、たとえばサブルーチン内でメインルーチン内で使用している変数を誤って使ってしまうと、変数の値を壊してしまうことになります。これに対し特定の範囲でのみ有効な変数をローカル変数といいます。Tiny Basicや昔のBASICでは、自作の関数内で使用する変数以外はすべてグローバル変数になります。

【昔はよかったなぁ】

 今のTiny Basicではあまり出番のないサブルーチンですが、(IFブロックがなかった)昔のBASICではなくてはならないものでした。図14-9のプログラムは第12章の図12-7のプログラムをサブルーチンを使うよう書き換えたものです。IFブロックが使えない昔のBASICでは、条件が成立したとき(またはしなかったとき)の処理が数十行に及んだり、その中にまた別の制御文が入ったりするときは、サブルーチンを使わなければ事実上プログラミングは不可能でした(プログラムの1行が255文字以内という制限があったため)。

図14_9.サブルーチンを使ったプログラム例
図14_9サブルーチンを使ったプログラム例span>

 この最初の行(行番号10)のGOTO 1000を見て「懐かしい」と思われた方、昭和プログラマ同窓会やりましょう🍺🍶🍣。
 冗談はさておき、このプログラムは行番号1000~1200がメインルーチン、100~320行目がサブルーチン群です。最初の行のGOTO 1000がないと、プログラムは行番号100からメインルーチンとして開始されます。そして行番号190にきたところで「RETURN?ってどこへ帰ればいいんだ?」となり、コンピュータは止まってしまいます。これを避けるために、プログラム開始直後にサブルーチン群を飛ばしてメインルーチンの頭から実行するように、先頭にGOTO命令が置かれます。昔はなんでこんな面倒なプログラムの書き方をしたのかというと、昔のBASICではこのようにサブルーチンを最初に、メインルーチンを後ろに置いた方がメモリ節約になったからです。メモリが32Kのパソコンでまともなプログラムを書くには必須テクニックでした。GOTO命令はたしかにあまり使いたくない命令なのですが、サブルーチンが多いプログラムではなくてはならない命令だったのです。

【この章のまとめ】

材料(引数)を渡して完成品(戻り値)が出てくる箱を関数という。

プログラム中で何回も出てくる処理はサブルーチンにして呼び出して使うことができる。

サブルーチンはネスティングできる。

プログラム中のどこでも値が引き継がれる変数をグローバル変数、特定の範囲でのみ有効な変数をローカル変数という。

【第13章】ゲームを作ろう(乱数の魔術)

 今まで堅苦しいプログラムばかり作ってきましたが、ちょっと楽しいプログラムを作ってみましょう。そう、ゲームのプログラムです。コンピュータゲームというと「ゲームばかりやってないで勉強しなさい」とお父さんお母さんに叱られたとかオンラインゲームで課金し過ぎてお金がなくなったとかあまりいい話を聞きませんがそれはゲームで遊ぶ側の話です。そのゲームのプログラムを作るということになると話は違ってきます。ゲームのプログラム1つ作る過程でプログラミングの高度なテクニックや様々なアルゴリズムを学ぶことができます。筆者はゲームを作りながらプログラミングの勉強をすることは否定しません。ということでこのカテゴリーでも実際にゲームのプログラムを作ってみたいと思います。とはいっても 残念ながらTiny BASIC for Windowsでテキスト画面のみでは、画面いっぱいに敵戦闘機が飛び回るとか、クエストクリアしたら美少女が微笑むようなゲームは無理ですが、ストリングと計算式のみでも知育ゲームやアドベンチャーゲームのようなものはできます(なんか美少女のたとえが多くね?・・・汗)。

[乱数]


  ゲームで必須なものは乱数です。乱数とは、規則性のない数の並びのことです。たとえば2、3、4、6なら12の約数を小さい順に並べたものとわかりますが、4、7、2、9だとまったく規則性がありません。ゲームでは敵がどこから襲ってくるかわからない、どこに何が隠れているかわからないなど、ランダムに何かが出てくるという場があります。これを実現かるのが乱数であり、Tiny BASICにはこの乱数を発生させる機能があります。それが次のRND(*)です。次のプログラムを実行してみてください。


  FOR I=0 TO 10
   R=RND
   PRINT R
  NEXT I


 実行結果は図13-1のようになります。


図13_1.乱数を発生する
図13_1.乱数を発生する


 RNDは0以上1未満の乱数を発生する関数(後述)です。ただしひとつ注意することがあります。上のプログラムを何回か実行してみてください。おわかりと思いますが乱数とはいってもコンピュータで発生させる場合ある計算式にしたがって発生させるので、同じプログラムを繰り返し実行すると、発生する数の順番はいつも同じになってしまいます。これではたとえばシューティングゲームに使うにしても、敵が出てくる場所と順番がいつも同じになってしまい、面白みが半減ですね。これを回避するには、次のようにRANDOMIZE(*)という一文をRNDの前に入れます。これはコンピュータの内部時計を用いて、乱数発生の計算式の初期化を行なうものです。

  RANDOMIZE
  FOR I=0 TO 10
   R=RND
   PRINT R
  NEXT I

 これで数回実行してみましょう。今度は発生する数の順番はバラバラになったはずです。では、これで1から10までの整数をランダムに発生させる方法を考えてみましょう。RNDで発生する数は0以上1未満ですから

  RANDOMIZE
  R=RND*10+1

で 1 から 10 までの数がランダムで得られます。さらに

  RANDOMIZE
  R=INT(RND*10)+1

とすると、発生した数の小数点以下が切り捨てられ1から10までの整数がランダムで得られます。INTはInteger(整数の意味)の省略形でINT(数値)で( )内の数値の小数点以下を切り捨てて整数化する関数です。次のプログラムで試してみてください。結果は図13_2のようになります。

  RANDOMIZE
  FOR I=1 TO 10
   R=INT(RND*10+1)
   PRINT R
  NEXT I
  END


図13_2.1から10の整数をランダムに発生させる
図13_2.1から10の整数をランダムに発生させる

(*)RANDOMIZEとRNDの正式な書き方は

          RANDOMIZE 整数(-32768~32767の範囲)
          RND(整数)

ですが、Tiny Basicでは、どちらも整数は省略可です。省略しても不規則な数を発生します(図13-3)。普通のゲームプログラムならこれで問題ないと思います。

図13_3.1から100の整数をランダムに発生させる
図13_3.1から100の整数をランダムに発生させる


[数当てゲームのプログラム] 

 それでは、ここまでの知識を使って簡単なゲームを作ってみましょう。コンピュータが隠した 1 から 100 までの整数を当てるゲームです。図13-4のプログラムを見てください。

     1:CLS ' 画面をクリア
     2:RANDOMIZE    ' 乱数系列の初期化
     3:PRINT "***** 数当てゲーム *****"
     4:PRINT "今からコンピュータが隠した数を当ててください"
     5:PRINT "数は 1 から 100 の整数のみです"
     6:' 乱数を発生させる
     7:R=INT(RND*100)+1
     8:' 数を当てる
     9:' 正解が出るまで以下の処理を繰り返す
   10:DATAOK=0
   11:WHILE DATAOK=0
   12:   PRINT
   13:' 1~100の整数が入力されるまで繰り返す
   14:   NUMOK=0
   15:   WHILE NUMOK=0
   16:      INPUT " 1~100で数を当ててください",NUM
   17:      PRINT
   18:      IF NUM=>1 AND NUM<=100 THEN
   19:         NUMOK=1
   20:      END IF
   21:   WEND ' 1~100の整数が入力されるまで繰り返しここまで

   22:
   23:' 正解判定
   24:   IF NUM=R THEN
   25:' 正解のとき
   26:      PRINT "正解です。おめでとうございます"
   27:      DATAOK=1
   28:   ELSE
   29:' 正解ではないとき
   30:      IF NUM
   31:' 小さすぎるとき
   32:         PRINT "小さすぎます"
   33:      ELSE
   34:' 大きすぎるとき
   35:         PRINT "大きすぎます"
   36:      END IF
   37:   END IF
   38:WEND ' 正解が出るまでの繰り返しここまで
   39:END


                               図13-4.数当てゲームのプログラム


 プログラムスタート部分の1行目のCLSはCLear Screenの省略形で実行画面をすべて消去する命令です。表示が消去されるだけで記憶されているプログラムやデータが消去されるわけではありません(黒板消しのようなものです)。
 2行目は今、説明した乱数の初期化です。3~5行目はプログラムと遊び方の説明です。
 7行目がコンピュータが隠す数を発生させるところですが、ここでは1から100までの数を発生させることにします。
 プログラム全体の流れとしては、最初にコンピュータが数を隠した後、正解が出るまで答えの入力を繰り返し実行されるようになっています。そしてプレイヤーが答えた数が1~100以外の数以外のときは入力がやり直しになるようになっています。それは11、38行目のWWHILE~WENDと15行、20行目のWHILE~WENDのネスティングで実現しています。この手法は実務プログラムではオペレータの入力ミスを防ぐ対策としてよく使われるものです。覚えておいて損はありません。
 19、29行目のIF~END IFは正解不正解の判定です。正解ならこのプログラムを終了するように、不正解なら回答した数が大き過ぎか小さ過ぎかを表示するようにしています。


図13_5.数当てゲームの実行画面
図13_5.数当てゲームの実行画面


【いろいろなエラー】

 ここまでいろいろなプログラムを作ってきた皆さんは、いろいろなエラーを出してきたと思います。エラー(error)とは「誤り」とか「失敗」という意味です。何回もエラーを出して「俺にはプログラミングの才能なんてないんだ」と落ち込んでいる人はいませんか。気にする必要はありません。勉強中はむしろどんどんエラーを出してください(*)。筆者の経験で言えば、エラーを出してそれを修正してゆく中で学べるものはたくさんあります。

(*)Perl、PHP、C言語、アセンブリ言語などハードウェア、サーバーを直接操作するプログラミング言語の場合、パソコンをローカル環境(ネットワークから切り離したスタンド・アローンな状態)にして勉強してください。

 プログラミングで発生するエラーは大別すると次の3つになります。


文法エラー(Syntax error)

 文法エラーというより構文エラー(書き方の誤り)です。たとえば次のプログラムを実行しようとすると、図14-6のような状態でコンピュータは止まってしまいます。

     1:GOKEI=0
     2:NINZU=0
     3:BANGO$=""
     4:WHILE BANGO$<>"//"
     5:READ BANGO$,NAMAE$
     6: IF BANGO$<>"//" THEN
     7:      PRIMT BANGO$;" ";NAMAE$;" ";
     8:      INPUT "得点="・,TEN
     9:      GOKEI=GOKEI+TEN
   10:      NINZU=NINZU+1
   11: END IF
   12:WEND
   13:NINZU=NINZU-1
   14:HEIKIN=GOKEI/NIN
   15:PRINT USING "受験者 ##人";NINZU
   16:PRINT USING "平均点###.#";HEIKIN
   17:END
   18:DATA "001","相沢 恭平"
   19:DATA "002","小川 順子"
 (中略)
   54:DATA "037","渡部 浩司"
   55:DATA "//",""

図13-6.文法エラー
図13-6.文法エラー


プログラムの7行目を見ると、PRINTと書くべきところがPRIMTになっています。Tiny Basicにこんな命令はないので(変数とみなされてしまうため)、その後に続く内容と矛盾が生じてしまい、コンピュータが???状態になってしまったわけです。

実行エラー(execute error/running error)

 文法(書き方)の誤りはなくても、プログラム実行中に発生するエラーがあります。次の例は処理不可能なデータに当たってしまったコンピュータが「こんなのやってらんねぇ」となってしまった例です。
 上のプログラムを修正して次のようになりました。これを実行してみたところ図13-7のようになりました。
     1:GOKEI=0
     2:NINZU=0
     3:BANGO$=""
     4:WHILE BANGO$<>"//"
     5:READ BANGO$,NAMAE$
     6: IF BANGO$<>"//" THEN
     7:      PRINT BANGO$;" ";NAMAE$;" ";
     8:      INPUT "点数 ",TEN
     9:      GOKEI=GOKEI+TEN
   10:      NINZU=NINZU+1
   11: END IF
   12:WEND
   13:NINZU=NINZU-1
   14:HEIKIN=GOKEI/NIN
   15:PRINT USING "受験者 ##人";NINZU
   16:PRINT USING "平均点###.#";HEIKIN
   17:END
   18:DATA "001","相沢 恭平"
   19:DATA "002","小川 順子"
 (中略)
   54:DATA "037","渡部 浩司"
   55:DATA "//",""

図13-7.文法エラー
図13-7.実行エラー


 プログラム14行目は得点の合計を受験者数で割って平均点を計算するところですが、除数になる変数名がNINZUであるべきところNINになっています。この場合、プログラムの書き方としては誤っていないので文法エラーにはならずプログラムは実行開始されます。しかし変数NINの値は 0 なので14行目で処理不可能となり止まってしまいました(除数が0の割り算は不可能なのは算数でもコンピュータでも同じです)。

論理エラー(logical error)

 プログラムの文法上の誤りも入ってくるデータにも誤りはないのに、処理内容の誤りにより正しい処理結果が得られないエラーです。簡単な例で説明します。
 次の例はキーボードから単価と売上個数を入力し売上金額を計算するプログラムなのですが、単価100円、個数5と入力したところ金額が500円となるところが105円になってしまいました。

1:INPUT "単価=",TANKA
2:INPUT "個数=",KOSU
3:KINGAKU=TANKA+KOSU
4:PRINT "金額=";KINGAKU
5:END

図13-8.論理エラー
図13-8.論理エラー


 誤り箇所はプログラム3行目です。
    KINGAKU=TANKA*KOSU
 とするべきところが
            KINGAKU=TANKA+KOSU
になっています。この場合、プログラムの書き方に誤りはなく、データも変数TANKAの値が500、変数KOSUの値が5なので、KINGAKU=TANKA+KOSUの計算は問題なくできます。なのでプログラムは途中で止まらず最後まで実行されます。しかし得られた結果は求めているものではない、ということになります。
 このように論理エラーは途中でコンピュータが止まってしまうことがないので発見と修正が最もやっかいなエラーといえます。ゆえにこのような誤りのことを、みつけにくいという意味でバグ(bug、ダニのような小さな虫)、バグをみつけて修正することをデバッグといいます。

 コンピュータはたとえて言えば「忠実だけど融通がきかない部下」です。
「課長、この指示はこれでいいんですか?」
「おぅ、ありがとう。ここは間違い、こうしてくれ」
とはなりません。指示書が間違っていようが渡されたデータに誤りがあろうが、そのとおりに実行しようとします。たとえその結果、会社が倒産(システムがダウン)するとしてもです。コンピュータの計算(処理結果)が正確なのは正しいプログラムとデータが与えられていれば、の話です。

【この章のまとめ】

ゲームの主役は乱数である。

RNDは乱数を発生する関数である。

RANDOMIZEは乱数系列を初期化する。

プログラミング上のエラーには文法エラー実行エラー、論理エラーがある。

プログラムのミスをバグ、バグをみつけて修正することをデバッグという。

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