C++の基本ガイド

変数

C++では、プログラム内でデータを扱うためにさまざまな種類の変数を使用します。それぞれのデータ型には固有の特徴があり、用途に応じて使い分けます。

• char : 文字型（1バイト）。文字を格納するために使います。例えば、アルファベット一文字などです。char型は、文字の操作や表示に多く使用され、C++の基本的な文字列処理でも活躍します。
• short : 整数型（2バイト）。比較的小さな数値を扱うのに適しています。リソースの節約が求められる場合やメモリの制約がある環境で使用することが多いです。
• int : 整数型（4バイト）。最も一般的に使用される整数型で、多くの算術演算に使用されます。ゲーム開発や科学計算など、さまざまな場面でよく使用される基本型です。
• long : 整数型（4バイトまたは8バイト、環境による）。intよりも大きな範囲の整数を扱いたい場合に使用します。非常に大きな数値を扱う必要がある場合に便利です。
• float : 浮動小数点型（4バイト）。小数を扱う際に使用されます。科学的な計算など、精度を要する計算に便利です。リソースの効率を考慮しながら、ある程度の精度を保つ場合に最適です。
• double : 浮動小数点型（8バイト）。floatよりも高精度な小数の計算が必要な場合に使用されます。科学計算や金融計算など、高い精度が求められるシナリオに適しています。
• bool : 真偽値（false または true）。条件分岐や論理的な判断に使います。プログラム内で条件に基づく分岐を行う際に重要な役割を果たします。

演算

C++ではさまざまな演算子を使って計算や論理的な処理を行います。それぞれの演算子には特定の用途があり、適切に使いこなすことが重要です。演算子はプログラムの流れを制御したり、データの加工に使用されます。

算術演算

算術演算は基本的な計算を行うために使用します。足し算や引き算、掛け算、割り算などが含まれます。これらは数値の操作において最も頻繁に使用されます。

• + : 加算。2つの値を加えます。例えば、a + bはaとbの合計を返します。
• - : 減算。1つの値からもう1つの値を引きます。例えば、a - bはaからbを引いた値を返します。
• * : 乗算。2つの値を掛けます。例えば、a * bはaとbの積を返します。
• / : 除算。1つの値を別の値で割ります。整数同士の除算では余りが切り捨てられることに注意が必要です。
• % : 剰余。2つの値の割り算の余りを求めます。%は整数の割り算の余りを取得するのに使用されます。

ビット演算

ビット演算は、ビット単位での操作を行うための演算子です。これにより、数値をより低レベルで効率的に操作できます。ビット演算は効率的な計算を行いたい場合や、特定のビットを制御したい場合に使用されます。

• & : AND（かつ）。2つのビットの両方が1の場合に1になります。例えば、a & bはaとbの各ビットのAND結果を返します。
• | : OR（または）。どちらか一方のビットが1の場合に1になります。例えば、a | bは各ビットのOR結果を返します。
• ~ : NOT（否定）。ビットを反転します。例えば、~aはaの各ビットを反転した結果を返します。
• ^ : XOR（排他的論理和）。2つのビットが異なる場合に1になります。a ^ bはaとbの各ビットが異なる場合に1を返します。
• << : 左シフト。ビットを左に移動し、右端に0を追加します。a << nはaのビットを左にn回シフトします。
• >> : 右シフト。ビットを右に移動し、左端に0または1を追加します（符号に依存）。a >> nはaのビットを右にn回シフトします。

比較演算

比較演算は、2つの値を比較し、結果として真（true）または偽（false）を返します。条件分岐において頻繁に使用される演算子です。

• == : 等価。2つの値が等しいかどうかを判定します。a == bはaとbが等しい場合にtrueを返します。
• != : 非等価。2つの値が等しくないかどうかを判定します。a != bはaとbが異なる場合にtrueを返します。
• > : より大きい。左の値が右の値より大きいかどうかを判定します。a > bはaがbより大きい場合にtrueを返します。
• >= : 以上。左の値が右の値以上かどうかを判定します。a >= bはaがb以上の場合にtrueを返します。
• < : より小さい。左の値が右の値より小さいかどうかを判定します。a < bはaがbより小さい場合にtrueを返します。
• <= : 以下。左の値が右の値以下かどうかを判定します。a <= bはaがb以下の場合にtrueを返します。

論理演算

論理演算は、条件式の結果を組み合わせて新しい条件を作成する際に使用します。条件分岐を複雑にする場合に役立ちます。

• && : AND（かつ）。両方の条件がtrueの場合にtrueを返します。例えば、(a > b) && (c > d)は両方の条件が真である場合にのみtrueになります。
• || : OR（または）。いずれかの条件がtrueの場合にtrueを返します。(a > b) || (c > d)はどちらか一方が真であればtrueになります。
• ! : NOT（否定）。条件を反転します。trueをfalseに、falseをtrueにします。例えば、!(a > b)はaがbより小さいか等しい場合にtrueになります。

その他

• = : 代入。右辺の値を左辺の変数に代入します。代入はプログラム内で変数に新しい値を設定する際に非常に頻繁に使用されます。

配列

配列は、同じデータ型の複数の値を格納するためのデータ構造です。[]を使用して宣言し、各要素にアクセスします。配列を使用することで、同じ種類のデータをまとめて扱うことができます。

• int arr[5] : 整数型の配列を宣言し、5つの要素を格納します。この場合、arrには5つの整数が格納され、それぞれの要素にはインデックスを使ってアクセスできます。
• 配列の各要素にはインデックスを使ってアクセスできます（例：arr[0]は配列の最初の要素にアクセスします）。インデックスは0から始まることに注意が必要です。

配列はループと組み合わせて使用されることが多く、同じ操作を複数の要素に対して繰り返し行うのに便利です。

アドレスとポインタ

ポインタは、メモリ上のアドレスを格納するための変数です。これにより、メモリを直接操作することが可能になります。ポインタを使用することで、メモリ管理や動的なデータ構造の操作が可能になります。

• & : 変数のアドレスを取得します（例：&xはxのアドレスを取得）。これはポインタに値を代入する際によく使われます。
• * : ポインタを参照し、そのアドレスに格納されている値にアクセスします。例えば、int *p = &x; とした場合、*pはxの値にアクセスします。

ポインタはC++における非常に強力な機能で、効率的なメモリ操作や動的メモリ割り当て、参照渡しの実現に使われます。

制御構文

プログラムの流れを制御するための構文です。制御構文を使用することで、特定の条件に基づいた処理の実行や、繰り返し処理を行うことができます。

条件分岐

条件分岐を使用して、条件に応じた異なる処理を行います。条件分岐はプログラムが異なる動作をするための重要な仕組みです。

• if : 条件を満たす場合に処理を実行します。例えば、if (a > b) { /* 処理 */ }はaがbより大きい場合に処理を実行します。
• else : ifの条件を満たさない場合に実行する処理を指定します。ifの条件が偽の場合にelseのブロックが実行されます。
• else if : 複数の条件を順にチェックし、それに応じて処理を行います。例えば、else if (a == b) { /* 処理 */ }と記述することで、追加の条件をチェックできます。

繰り返し

繰り返し構文を使って、条件が満たされる間、あるいは特定の回数だけ処理を繰り返します。繰り返し処理は、同じ操作を複数回実行する場合に非常に便利です。

• for : 繰り返し処理を行う際に、ループ回数が決まっている場合に使用します。例えば、for (int i = 0; i < 10; i++) { /* 処理 */ }は10回処理を繰り返します。
• while : 条件が真である間、処理を繰り返します。例えば、while (a < b) { /* 処理 */ }はaがbより小さい間、処理を繰り返します。
• do while : 少なくとも1回は処理を行い、その後条件をチェックします。例えば、do { /* 処理 */ } while (a < b);は、条件が満たされていなくても少なくとも1回は処理を行います。

関数

関数を用いることで、コードの再利用性と可読性を高めることができます。関数は特定の処理をまとめて定義し、必要なときに呼び出して使用できます。これにより、プログラムが整理され、理解しやすくなります。

• void関数は戻り値を持たない関数です。例えば、void printHello() { cout << "Hello"; }は単に文字列を出力するだけで、戻り値を持ちません。
• 関数には引数を渡すことができ、必要に応じて計算結果を返すことができます。例えば、int add(int a, int b) { return a + b; }は2つの引数を受け取り、その合計を返します。

関数を使うことで、同じ処理を複数箇所で使用したい場合に効率よくプログラムを作成することができます。

構造体

構造体は関連するデータをまとめて扱うことができます。複数の異なるデータ型を一つにまとめることで、データの管理が容易になります。構造体はカスタムデータ型を作成するために使用されます。

• 例：struct Person { char name[50]; int age; }; はPersonという名前の構造体を定義し、nameとageを格納します。これにより、一つの変数で名前と年齢を扱うことが可能です。
• 構造体のメンバにはドット演算子（.）を使ってアクセスします。例えば、Person p; p.age = 30;のようにしてアクセスします。

構造体はデータを論理的にまとめ、プログラムの可読性と保守性を向上させるのに役立ちます。

クラス

クラスはオブジェクト指向プログラミングの基盤となる要素です。クラスを使うことで、データとその操作を一つの単位としてまとめ、再利用しやすくすることができます。クラスは構造体と似ていますが、より多くの機能（アクセス修飾子、メソッドなど）を持っています。

• クラス内にはデータメンバー（属性）とメンバ関数（メソッド）を定義できます。例えば、class Car { public: int speed; void accelerate() { speed += 10; } };のように、属性とその操作をまとめます。
• インスタンスを作成して、クラスを元にオブジェクトを生成します。例えば、Car myCar; myCar.accelerate();のように使います。

クラスを使うことで、コードの再利用性が高まり、プログラムの構造を整理することが容易になります。オブジェクト指向プログラミングの基礎を理解するために、クラスは非常に重要です。

string

stringは文字列を扱うためのデータ型です。C++標準ライブラリで提供されており、文字列操作が非常に簡単になります。stringを使うことで、文字列の操作や管理が容易になります。

• 文字列の連結には+演算子を使います（例：string fullName = firstName + " " + lastName;）。文字列を簡単に結合し、新しい文字列を作成することができます。
• 標準入力から文字列を取得する際はgetline関数を使います。例えば、getline(cin, name);は空白を含む入力を取得するのに便利です。
• stringクラスには多くの便利なメソッドが用意されています。例えば、length()メソッドで文字列の長さを取得したり、find()メソッドで特定の文字列を検索したりすることができます。

文字列を扱う上で、stringクラスを使用することで、多くの作業を簡略化し、より安全に文字列を操作できます。

コンテナ

コンテナは、データを効率的に格納・操作するためのクラスです。標準テンプレートライブラリ（STL）にはさまざまなコンテナが用意されています。これらを使うことで、データ構造の管理が簡単になります。

• vector : 動的配列として使用できる便利なコンテナです。要素数が変動する場合に便利です。例えば、vector<int> v; v.push_back(10);のように要素を追加できます。
• map : キーと値のペアを格納するための連想配列です。例えば、map<string, int> m; m["age"] = 30;のようにキーと値を関連付けて格納します。
• set : 重複しない要素を格納するコンテナで、集合演算を行うのに適しています。set<int> s; s.insert(5);のように使います。
• list : 双方向リンクリストとして使用できるコンテナです。要素の挿入や削除が効率的に行えます。

各コンテナは特定の用途に応じた機能を提供しており、目的に応じて使い分けることが重要です。STLを使うことで、多くのデータ構造を簡単に実装でき、プログラムの開発効率が向上します。

コンテナを活用することで、プログラムの柔軟性が高まり、より効率的で保守性の高いコードを書くことが可能になります。