段階的詳細化からコードへの変換¶

課題プログラムの理解(3) : 段階的詳細化とコードへの変換¶

トップダウンとボトムアップ¶

プログラムを構成する方法として，大きく分けて，以下の2通りがあります．

段階的詳細化 (トップダウン): プログラム全体の流れを記述し，次第に内部を詳細化していく手法．
ボトムアップ: プログラムに必要な部品から組み立てていく手法．

通常は，どちらかの手法だけでプログラムを作るのではなく，両方向からのアプローチをバランスよく実践する必要があります．なぜなら，どちらを採っても，以下の不安があるからです．

ボトムアップでは，作成初期段階で必要なプログラム部品を推測するのは難しい．
トップダウンでは，ある程度先の段階まで動作するプログラムを作れないので，完成が危険な賭けになる．

そこで，両者の切替えをどう見切るかが，プログラマの手腕を発揮する部分であるともいえます．本演習では，段階的詳細化によって，プログラムの流れをある程度整理できたら，流れを細かい支流に整理して，支流毎に1つプログラムを書いてみて，動作の確認をしていきます．そうして，プログラムの流れと部品の整備を漸進的に進めていきます．

プログラム全体の流れを書いてみよう¶

プログラム全体の流れを段階的詳細化を使って記述してみよう．

まずは，メインの処理から．

/*** main ***/

while (標準入力から1行読み込む → 成功) {
    読み込んだ行を処理をする;
} // 繰り返し

かなり曖昧な感じですね．どの程度詳細に(あるいは，抽象的に)書けばいいのでしょうか．1つの指針として，流れを書く場合は，制御構造 (if/switch, while/for)を入れて「支流」を数個作ることを意識します．詳細化が進み，支流が細くなってきた時点で，短い関数として実装できそうか判断します．

では，もう一段階詳細化してみます．ここでは，処理の粒度が大きそうな，読み込んだ行を処理をする;について詳細化してみましょう．

/**** 読み込んだ行を処理する ****/

if (行頭が '%' ではじまっているなら) {
  入力文字列をコマンド入力として処理する
} else {
  入力文字列をCSV形式の名簿データとして処理する;
}

さらに，もう一段階詳細化してみます．

/***** 入力文字列をコマンド入力として処理する *****/

2文字目のコマンド文字と4文字目以降の引数を取り出す;
コマンド文字と引数で示された処理を実行;

/***** 入力文字列をCSV形式の名簿データとして処理する *****/

行をコンマで5つの文字列に分割;
5つの文字列を項目毎に構造体や配列に保存;

どちらも似たような構成です．

文字列を解釈できるデータとして準備する
準備されたデータを利用してさらなる処理をする

という流れですね．

さて，詳細化の過程で実際のコード(プログラム)に書けそうな所があったら，コードを記述して，動作の確認をしてみるとよいでしょう．既に，

行をコンマで5つの文字列に分割;
標準入力から1行読み込む;

は，前回の練習課題として書いた関数が使えそうです．文字列分割関数split()と，1行入力関数get_line()ですね．

なお，上記の手順を踏まないで，「CSVを使うんだから，コンマで行を分割するんだろうな，だったら，split()から作って実験するか．」と発想して作ってみるのが，ボトムアップ的発想です．

カンが良ければ，結果は同じかもしれません．

段階的詳細化をコードに変換してみよう¶

ここまでで，段階的詳細化によってプログラムの流れを整理しました．c言語のコードとして書き直しながら，さらに洗練させていきましょう．

以下，再掲です．

/*** main ***/
while (標準入力から1行読み込む → 成功) { // → get_line()
    読み込んだ行を処理をする;
} // 繰り返し

/**** 読み込んだ行を処理する ****/
if (行頭が '%' ではじまっているなら) {
  文字列をコマンド入力として処理する
} else {
  文字列をCSV形式の名簿データとして処理する;
}

/***** 文字列をコマンド入力として処理する *****/
2文字目のコマンド文字と4文字目以降の引数を取り出す;
コマンド文字と引数で示された処理を実行;

/***** 文字列をCSV形式の名簿データとして処理する *****/
行をコンマで5つの文字列に分割; // → split()
5つの文字列を項目毎に構造体や配列に保存;

各処理を関数と見立てて，Cらしく書き直してみましょう．以下のように名前を決めてみます．

項番

処理名称

関数名

1

main

main()

2

標準入力から1行読み込む

get_line()

3

読み込んだ行を処理をする

parse_line()

4

文字列をコマンド入力として処理する

parse_command()

5

文字列をCSV形式の名簿データとして処理する

parse_csv()

6

コマンド文字と引数で示された処理を実行

exec_command()

7

5つの文字列を項目毎に構造体や配列に保存

new_profile()

8

行をコンマで5つの文字列に分割

split()を利用

parseは，日本語で「構文解析」といいます．（参考：parse - 英辞郎 on the WEB）

構文解析とは，文字列を解析して，文法に合致するかチェックすることです．本課題のプログラムでいえば，文法とは，仕様に合致したCSV書式や%コマンドの書式ですね．

ここでは，parse_???によって，構文解析と同時に，「内部構造（構造体や配列）への代入」や，「各コマンド（%Qや%P）への引数の中継」も担うことが期待される関数としています．

項番	処理名称	関数名
1	main	`main()`
2	標準入力から1行読み込む	`get_line()`
3	読み込んだ行を処理をする	`parse_line()`
4	文字列をコマンド入力として処理する	`parse_command()`
5	文字列をCSV形式の名簿データとして処理する	`parse_csv()`
6	コマンド文字と引数で示された処理を実行	`exec_command()`
7	5つの文字列を項目毎に構造体や配列に保存	`new_profile()`
8	行をコンマで5つの文字列に分割	`split()`を利用

これで概形はできました．もう少し，関数の関係を見直しつつ，推敲してみましょう．

[項番4, 6]parse_command()が成すべき処理のほとんどは，exec_command()が司ることになりそうです．parse_command()相当の処理はparse_line()の中で実装してしまうことにしましょう．

[項番5, 7, 8]parse_csv()がなすべき処理は，new_profile()による構造体への代入そのものに見えます．parse_csv()とnew_profile()をまとめて，1つの関数new_profile()にしてしまいましょう．

parse_csv()の意味を残して，new_profile_fromcsv()という名前のほうがよかったかもしれませんが，今のところCSV以外からstruct profileを作る機能がないので，new_profile()としておきます．

注釈

考察の参考ここでは，やや相反するポリシーでparse_???の実装を考えているように見えます．レポートBの執筆に取り掛かるころに，考察を通して振り返ってみると，考察の取っ掛かりがあるかもしれません．

以下は，上記命名に基づいて，プログラムの流れをCらしく書き直した結果です．各関数間で受け渡すべき引数は，今のところ考慮に入れていません．

Listing 7 名簿管理プログラムの流れ ver.1¶

exec_command()
{
  /* コマンド文字と引数で示された処理を実行 */
}

new_profile()
{
  split();   // (splitを利用して) 行をコンマで5つの文字列に分割
  /* 5つの文字列を項目毎に構造体や配列に保存 */
}

parse_line()
{
  if (/* 行頭が '%' ではじまっているなら */) {
    /* parse_command : 文字列をコマンド入力として処理する */
    ;                // 2文字目のコマンド文字と4文字目以降の引数を取り出す
    exec_command();  // コマンド文字と引数で示された処理を実行
  } else {
    /* parse_csv : 文字列をCSV形式の名簿データとして処理する */
    new_profile();
  }
}

main()
{
  while (get_line()) {  // get_line() == 1 や get_line() != 0 でも良い
      parse_line();
  } // 繰り返し
}

main()について，実際に実装例を考えてみましょう．これまでの実装を思い出せば，およそ，以下のような関数として書くことになりそうです．

int main()
{
  char line[MAX_LINE_LEN + 1];

  while (get_line(line)) {
    parse_line(line);
  }
  return 0;
}

parse_line()には，get_line()で読取った行lineが必要ですから，そのまま引数としています．

なお，複数の関数を呼び出す際には，定義をする順序に注意が必要です．ぱっと注意点が思いつかない人は，教科書K&R（例えば，p.32 や p.88）を読んで，復習してください．