ポインタをループ変数として使用する

Question

いつもお世話になっています。c言語初心者で、勉強中です。ポインタについて質問させて頂きます。課題で、N個（マクロで5と定義してある）の浮動小数データを入力すると 小さい順に並び換えて表示する（ソート）プログラムを作りたいのですが、i,jを使わず、ポインタをループ変数として使用させる方法が分かりません。よろしくお願いします。以下がコードです。

コード
```#include <stdio.h>

#define N 5

int main()
{
 double arr[N];
  double tmp;
  double *p,*q,*minptr;
  printf("Please input %d double numbers\n", N);
  for(i= 0; i< N; i++)
ここのiを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
    scanf("%lf", &arr[i]);

  for(i = 0; i < N - 1; i++){
ここのiを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
    minidx = i;
    for(j = i + 1; j < N; j++){
ここのi,jを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
      if(arr[j] < arr[minidx]) minidx = j;
    }
    tmp = arr[i];
    arr[i] = arr[minidx];
    arr[minidx] = tmp;
  }

  printf("Sorted data\n");
  for(i = 0; i < N; i++) {
ここのiを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
    printf("%f\n", arr[i]);
  }
  return 0;
}

Answer 1

こんにちは。

ポインタの中身は「アドレス」が入っていますが、アドレスは単なる数値です。
そのように考えると、原理的にはint型を使う場合と同じ操作でできます。
double型のサイズが8バイトの場合、例えば下記のようになります。（実際のアドレスとは異なります。）

変数 先頭アドレス
arr[0] 0x40000200
arr[1] 0x40000208
arr[2] 0x40000210
arr[3] 0x40000218
arr[4] 0x40000220

ならば、最初にarr[0]のアドレスを設定し、+8しつつ、arr[4]のアドレスを越えない間ループを継続すれば良いです。
そして、C言語のポインタはそれが指し示している先の「型」の情報も持っています。
今回の場合double型ですので8バイトあることをコンパイラは把握しています。
ですので、「ポインタを１つ進める」という自然な書き方で+8してくれます。
arr[0]のアドレスは&arr[0]で取り出せることは既にご存知ではないかと思います。
以上を纏めるとfor(i= 0; i< N; i++)は下記のように書けます。（自分がコンピュータになってつもりで、上記のアドレスを1つ1つ当てはめて動きを考えてみて下さい。）

double *p;
double *end=arr+N;
for(p=&arr[0]; p < end; p++) 

他も同じ考え方でポインタへ変換できますので、頑張ってみて下さい。

Comments

[ikuo-biyori]

アドレスでループを回していくということですね、分かりました。ありがとうございます。

Answer 2

ｆｏｒ文とポインタのみで作成してみました。
改良してみました。minidxが使えませんでしたが。。。

#include <stdio.h>
#define N 5

int main()
{
    double arr[N];
    double tmp;
    double *p,*q,*minidx;
    printf("Please input %d double numbers\n", N);

    for (p=arr; p - arr < N; p++ ){
        scanf("%lf",p);

        for (q=arr; p - q > 0; q++){
            if (*p < *q){
                tmp = *q;
                *q = *p;
                *p = tmp;
            }
        }
    }

    printf("Sorted data\n");
    p=arr;
    for (p=arr; p - arr < N; p++ ){
        printf("%f\n", *p);
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#define N 5

int main()
{
    double arr[N];
    double tmp;
    double *p,*q,*minidx;
    printf("Please input %d double numbers\n", N);

    for (p=arr; p - arr < N; p++ ){
        scanf("%lf",p);
    }

    for (p=arr; p - arr < N - 1; p++){
        for (q = arr + N - 1; q > p; q--) {
            minidx=q-1;
            if (*minidx > *q){
                tmp = *q;
                *q = *minidx;
                *minidx = tmp;
            }
        }
    }

    printf("Sorted data\n");
    p=arr;
    for (p=arr; p - arr < N; p++ ){
        printf("%f\n", *p);
    }
    return 0;
}

---

ポインターのみで作成すると言う事は、多分ポインターの課題だと思い作成しました。

for (p=arr; p - arr < N - 1; p++){
    for (q = arr + N - 1; q > p; q--) {
        minidx=q-1;
        if (*minidx > *q){
           tmp = *q;
           *q = *minidx;
           *minidx = tmp;
        }
    }
}

double arr[N];

double tmp;
double *p,*q,*minidx;

arrは、doubleの配列です、この場合doubleが5個並んで存在している事になります。
同様に他のポインター（*p,*q,*minidx）もdoubleで定義しています。
意味はp,q,minidxは、ダブルの値を持つアドレスを示すポインターです。

for (p=arr; p - arr < N - 1; p++){

p=arr;
&arr[0]（アドレス）がforの最初、p=arr;で配列arrの先頭アドレスを p にセットします。

p++
先にp++の説明ですが、ポインターをインクレメント（＋１）すると次のdouble分の長さの分のアドレスがセットされます。p++するとarr[1]を指す事になります。これで配列arr[0],[1]...と順番に差します。

例として char c = "abcd"; とした場合ポインターｃは'a'のアドレスを指します。
c++すると'b'が指せますし、或いは(c+1)とも表現できます。

p - arr < N - 1;
pはfor分の中でarrの配列を0,1,2,3と順番に差していき、最終の4になったら終了させたいので
pのアドレスが配列[3]を指したら抜けて為にp - arr < 4　と指定しています。
中はバブルソートなので4個までで終了です。（この辺は大丈夫と思いますが）

p - arr
ポインターを引き算だとアドレスの差が答えでは？と思いますが、ポインターの引き算は
p++;と同様な0,1,2,3,4のアドレスの差でなくポインターの差が得られます。

for (q = arr + N - 1; q > p; q--) {

昇順で並べると言う事なので極一般的バブルソートロジックを採用しています。（ググルとでます）
多くのサンプルは配列[i]で表現していますが、これをポインターに置き換えただけです。
今回は少ない回数で行う方法ですので、他の方法でも可能です。

つたない説明ですので、ご質問にてカバーさせていただきます。

付録

/* バブルソートを行う */
int BubSort(int x[ ], int n)
{
    int i, j, temp;

    for (i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (j = n - 1; j > i; j--) {
            if (x[j - 1] > x[j]) {  /* 前の要素の方が大きかったら */
                temp = x[j];        /* 交換する */
                x[j] = x[j - 1];
                x[j - 1]= temp;
            }
        }	
        /* ソートの途中経過を表示 */
        ShowData(x, NUM_DATA);
    }
}

int main(void) {
    double arr[5];
    double *p,*q;
    p=arr;
    q=&arr[4];
    printf("Pointer q-p:%d",q - p );
    return 0;
}

Comments

[ikuo-biyori]

for (p=arr; p - arr < N - 1; p++){
for (q = arr + N - 1; q > p; q--) {
minidx=q-1;
if (*minidx > *q){
tmp = *q;
*q = *minidx;
*minidx = tmp;
}
}
}
すいません、ここのコードのところが何をしているかわかりません。教えてください。

[ikuo-biyori]

くわしい説明をしていただきありがとうございます。ポインタのことが以前より分かるようになりました。

[A.Ichi]

多分、修正した最初のソースが課題に近い形と思われます。

[ikuo-biyori]

その件に関してですが、おかげさまで解決できました。以下が答えでした。
#include <stdio.h>
#define N 5

int main()
{
double arr[N];
double tmp;
double *p,*q,*minidx;
printf("Please input %d double numbers\n", N);

for (p=arr; p < arr+N; p++ ){
scanf("%lf",p);
}

for (p=arr; p < arr+N - 1; p++){/*(アドレスのループ)比較するのは２つの数だからarr+N-2回ループが回ればいい。*/
minidx=p;/*最小値アドレス指定*/
for(q=p+1;q<arr+N;q++){/*pの次のアドレスから最小値を決めるアドレスのループ*/
if(*q<*minidx)/*pとqの値比較*/
minidx=q;/*最小値アドレス変更*/
}
tmp=*p;/*一時的な変数*/
*p=*minidx;/*最小値をpに代入*/
*minidx=tmp;/*最小値アドレス変更*/

// for (t=arr; t < arr+N; t++ ){
// printf(" %f :", *t);
// }
// printf("\n\n");
}

printf("Sorted data\n");
//p=arr;
for (p=arr; p < arr+N; p++ ){
printf("%f\n", *p);
}
return 0;
}

[A.Ichi]

ご自身で解決されたんですね良かったです。

Answer 3

変数等は全て定義されているものを使い、i,jを使わずに書き直しました。
多分、これが答えです。
ただし、コンパイル等はしていませんのでその辺りはご了承下さい。

int main()
{
    double arr[N];
    double tmp;
    double *p,*q,*minptr;

    q = arr + N;

    printf("Please input %d double numbers\n", N);

    for(p = arr; p < (arr + N); p++)
    {
        // ここのiを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
        scanf("%lf", p);
    }

    for(p = arr; p < (arr + N) - 1; p++)
    {
        // ここのiを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
        minptr = p;
        for(q = p + 1; p < (arr + N); q++)
        {
            // ここのi,jを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
            if(*q < *minptr)
            {
                minptr = q;
            }
        }
        tmp = *p;
        *p = *minptr;
        *minptr = tmp;
    }

    printf("Sorted data\n");
    for(p = arr; p < (arr + N); p++)
    {
        // ここのiを使わず、ループを回す方法を教えて下さい。
        printf("%f\n", *p);
    }
    
    return 0;
}

Answer 4

学生のようなので、まずは下記のURLからソート考えたかたを

http://www.ics.kagoshima-u.ac.jp/~fuchida/edu/algorithm/sort-algorithm/

ソート関数を利用した場合：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int compare_int(const void *a, const void *b)
{
    return  *(float *)a - *(float *)b ;
}

main()
{
    float  data[] = {4.0, 2.0, 3.0, 6.0, 3.0, 2.0, 1.0, 3.0, 5.0, 7.0};
    int i;

    qsort(data, 10, sizeof(int), compare_int);
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d, %3f\n", i, data[i]);
    }
    printf("\n");
}

Answer 5

難しい課題です。i, j等の新たなint型変数を使わずにN回ループを回すという一般的な方法が無いからです。ということで、null終端文字列のようにnan終端double配列というものを考えてみました。null終端文字列がnullだったら終わりと判断するように、nan終端double配列はnanだったら終わりと判断します。scanfでnanが入力されることもありますが、nanはそもそも大きさが定義できずソートの対象にできないため、nanの入力は単純に無視することにしました。

#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define N 5

// nan 未対応
inline static int double_compare(const void *a, const void *b)
{
	double ad = *(const double *)a;
	double bd = *(const double *)b;
	return (ad > bd) - (ad < bd);
}

int main(void)
{
	double arr[N + 1] = {0}; // 全部 0 で初期化 N + 1 個にすること。
	arr[N] = NAN;		 // 終端を nan にする。

	printf("Please input %d double numbers\n", N);
	// あらかじめ入っている nan まで
	for (double *p = arr; !isnan(*p);) {
		switch (scanf("%lf", p)) {
		case 1:
			if (isnan(*p)) {
				// nan ならもう一回
				*p = 0;
			} else {
				p++;
			}
			break;
		case 0:
			scanf("%*c"); // バッファを捨てる
			break;
		default:
			fprintf(stderr, "stdin is end of file.");
			return 1;
		}
	}

	// qsort を使う。
	qsort(arr, N, sizeof(double), double_compare);

	printf("Sorted data\n");
	// nan まで
	for (double *p = arr; !isnan(*p); p++) {
		printf("%f\n", *p);
	}
	return 0;
}

ソート部分は面倒だったのでqsortを使っています。