2021年09月19日

C／C++で微分を計算したい

C++で微分を実装してみたので忘備録として記録しておきます。

数値微分を実装する

f′(x)=f(x+Δx)−f(x)Δx

まずは典型的な上記の式の前進差分近似を使った方法で微分をしてみます。

#include <iostream>

double func(double x){
    return x*x;
}

double numericalDiff(double (*f)(double), double x, double eps=0.001){
    return (f(x + eps) - f(x)) / eps;
}

int main(void){
    double (*pfunc)(double);
    pfunc = func;
    printf("%lf", numericalDiff(pfunc, 2));
    return 0;
}

4.001000

多少は誤差があるものの微分ができました。

関数ポインタを使ってnumericalDiffに微分したい関数を渡しているため、他の式に対しても微分を行うことが可能です。

また、引数epsの値を小さくすることでより精度の高い微分を多なうことができます。

誤差の少ない数値微分

前進差分近似を使うよりも中心差分近似を使った微分の方が誤差が少なくなるみたいですのでそちらも実装していきます。

先ほどのコードからnumericalDiff関数だけ以下の式に合わせて変更していきます。

f′(x)=f(x+Δx)−f(x － Δx)2Δx

double numericalDiff(double (*f)(double), double x, double eps=0.001){
    return (f(x + eps) - f(x - eps)) / (2*eps);
}

4.000000

中心差分近似を使うことで上記のサンプルに対しては誤差なく微分を行うことができました。

2021年03月21日

C言語のコードからC++で作成したdllを利用する方法

本記事では、C言語からC++で作成したDLLを呼びだす方法の失敗例と成功例を紹介していきます。

結果だけが知りたいという人はC言語からC++のDLLを呼び出すの章を読むだけで大丈夫です。

【目次】
〇C++のDLLが呼び出せない例
〇C言語からC++のDLLを呼び出す
〇まとめ

C++のDLLが呼び出せない例

まず最初にCからC++のDLLの呼び出しが失敗する例を紹介します。

C++のDLLのコード

ヘッダファイル

#ifndef H_SAMPLE
#define H_SAMPLE

void PrintSample();

#endif // H_SAMPLE

ソースファイル

#include "sample.h"
#include <iostream>

void PrintSample(){
    std::cout << "Hello CPP!!" << std::endl;
}

C言語のコード

#include "sample.h"

int main(void){
    PrintSample();
    return 0;
}

上記のコードをコンパイルすると下記のエラーコードがでてコンパイルすることができません。

undefined reference to `PrintSample' collect2.exe: error: ld returned 1 exit status

C言語からC++のDLLを呼び出す

上記のコードからC++のDLLのヘッダファイルを修正するだけで、C言語からC++の関数を呼びだせるようになります。

修正内容はヘッダファイルにextern "C"を追加するだけです。

修正したコードを以下にのせます。DLLのヘッダファイル以外は先ほどの失敗例で紹介したものと同じです。

ヘッダファイル

#ifndef H_SAMPLE
#define H_SAMPLE

#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif /* __cplusplus */

    extern void PrintSample();

#ifdef __cplusplus
} 
#endif /* __cplusplus */
#endif // H_SAMPLE

ソースファイル

#include "sample.h"
#include <iostream>

void PrintSample(){
    std::cout << "Hello CPP!!" << std::endl;
}

C言語のコード

#include "sample.h"

int main(void){
    PrintSample();
    return 0;
}

実行結果

Hello CPP!!

まとめ

extern "C"をC++のDLLのヘッダファイルに追加するだけで、簡単にC言語からC++のDLLを利用することができました。

ちなみに今回作成したDLLはC++でもそのまま利用することができるので、C言語用とC++用でDLLを2つ作成するひつようもありません。

2020年10月16日

【C言語/C++】floatやdouble型に対してビット演算を行う方法

C言語でfloat型やdouble型に対してビット演算を行おうとしたところコンパイラに「error: invalid operands to binary & (have ‘float’ and ‘int’)」（要するにそんなことできないぞ）と怒られてしまいました。

そこで解決策を調べたので忘備録として記録しておきます。

【目次】
解決策
 floatにビット演算を行うサンプルコード
 double型にビット演算を行うサンプルコード

float型でbit演算を行うための解決策

まず結論からになりますが、共用体（union）を使用することでこの問題を解決することができました。

typedef union longfloat{
  long lnum;
  float fnum;
}longfloat;

上記のような共用体をしようすることでfloat型であるlongfloat.fnumに値を入れた後、longfloat.lnumに対してビット演算を行うことであたかもfloat型にbit演算を行ったかのように扱うことができます。

以下にサンプルコードを示します。

floatにビット演算を行うサンプルコード


#include 

typedef union longfloat{
  long lnum;
  float fnum;
}longfloat;

int main(void){
  longfloat lfnum = {0};
  lfnum.fnum = 1.2345;
  printf("fnum:%08lx\n", lfnum.lnum);

  lfnum.lnum = lfnum.lnum >> 8;
  printf("fnum:%08lx\n", lfnum.lnum);

  lfnum.lnum &= 0xFFFF0000;
  printf("fnum:%08lx\n", lfnum.lnum);

  return 0;
}

出力結果

fnum:3f9e0419
fnum:003f9e04
fnum:003f0000

double型にビット演算を行うサンプルコード

#include 

typedef union longlongdouble{
  long long llnum;
  double dnum;
}longlongdouble;

int main(void){
  longlongdouble lldnum = {0};
  lldnum.dnum = 1.2345;
  printf("fnum:%016llx\n", lldnum.llnum);

  lldnum.llnum = lldnum.llnum >> 8;
  printf("fnum:%016llx\n", lldnum.llnum);

  lldnum.llnum &= 0xFFFFFFFF00000000;
  printf("fnum:%016llx\n", lldnum.llnum);

  return 0;
}

出力結果

fnum:3ff3c083126e978d
fnum:003ff3c083126e97
fnum:003ff3c000000000

2020年10月11日

【C/C++】systemとpopenの違い

CやC++でコマンドを実行（サブプロセスを起動）する標準的な関数としてsystemとpopenがあります。

これらの関数を使っているコードを読んでいるとどういった基準で使い分けをしているのか分からなかったため、今回はsystemとpopenの使い分け方について調べてみました。

【目次】
まずは結論
 system関数でコマンドを実行するサンプル
 system関数のメリットとデメリット
 popen関数でコマンドを実行するサンプル
 popen関数のメリットとデメリット
 最後に

まずは結論

まずは結論です。

コマンドを実行したいだけなら「system」を使うべき。

コマンドの実行結果を取得したい場合は「popen」を使うのが有効。

以下にsystemとpopenを使用してコマンドを実行するサンプルコードとそれぞれのメリット、デメリットを記していきます。

system関数でコマンドを実行するサンプル

#include 
#include 

int main(void){
    int ret = 0;
    
    ret = system("rm -f test.txt");
    if (ret == -1){
        printf("ERROR\n");
    }

    return 0;
}

system関数のメリットとデメリット

メリット

popenと比べてコードが簡易的なため書き間違いを防ぎやすい

デメリット

実行結果を取得するためには実行結果を一度ファイルに出力するなど工夫が必要
popen(コマンド, "w")のように標準入力にデータを与えることができない

popen関数でコマンドを実行するサンプル

#include 
#include 

#define BUF 256

int main(void){
    FILE *fp;
    char buf[BUF];

    fp = popen("pwd", "r");
    if (fp == NULL){
        printf("ERROR");
        return -1;
    }
    
    while(fgets(buf, BUF, fp) != NULL){
        fputs(buf, stdout);
    }
    pclose(fp);

    printf("buf = %s\n", buf);

    return 0;
}

popen関数のメリットとデメリット

メリット

実行結果の取得がファイル読み込みの操作と同じ要領でできる
system関数と違い標準入力にデータを与えることが可能

デメリット

ploseの書き忘れによりメモリリークの恐れがある

最後に

もしこの記事を読んだ人の中でsystemとpopenに他にもメリットやデメリットがあるということを知っている方がいれば、コメントで教えていただければ幸いです。

2020年09月12日

【C言語/C++】覚えておきたいbit演算の便利な使い方

C言語やC++でbit演算を使うときに最低限これだけは覚えておいた方が良いという基本的な使い方をまとめました。

【目次】
AND演算子でマスクする
 OR演算子でセットする
 XOR演算子でbitを反転する
 特定のbitの値を取り出す
 明後日の天気

AND演算子でマスクする

マスクは特定のbitを強制的に0にしたい場合に使用します。

以下に01010101に対して下位4bitをマスクするサンプルコードを示します。

#include 

#define EVENT 0b11110000

int main(void){
    unsigned char sample = 0b01010101;

    sample &=  EVENT;

	return 0;
}

OR演算子でセットする

セットはマスクとは逆の操作で特定のbitを強制的に1にしたい場合にしようします。

以下に01010101に対して上位4bitをセットするサンプルコードを示します。

#include 

#define EVENT 0b11110000

int main(void){
    unsigned char sample = 0b01010101;

    sample |=  EVENT;

	return 0;
}

XOR演算子でbitを反転する

bit操作を行っているとbitを反転したい場面によく遭遇します。

そういうときは、XOR演算子を使いましょう。

以下に01010101の全てのbitを反転するサンプルコードを示します。

#include 

#define EVENT 0b11111111

int main(void){
    unsigned char sample = 0b01010101;

    sample ^=  EVENT;

	return 0;
}

特定のbitの値を取り出す

"N"bit目を取り出したいというときは、シフト演算子を使えば楽に実装することができます。

以下に01010101の4bit目を取り出すサンプルコードを示します。

#include 

int main(void){
    unsigned char sample = 0b01010101;
    int N =4;
    int nBitNum;

    nBitNum = (sample >> N) & 1;
    printf("%d\n", nBitNum);

	return 0;
}

最後に

bit演算子の使い方について簡単にまとめましたが、随時便利な使い方を見つけ次第記事を更新していきます。

Arabic	Hebrew	Polish
Bulgarian	Hindi	Portuguese
Catalan	Hmong Daw	Romanian
Chinese Simplified	Hungarian	Russian
Chinese Traditional	Indonesian	Slovak
Czech	Italian	Slovenian
Danish	Japanese	Spanish
Dutch	Klingon	Swedish
English	Korean	Thai
Estonian	Latvian	Turkish
Finnish	Lithuanian	Ukrainian
French	Malay	Urdu
German	Maltese	Vietnamese
Greek	Norwegian	Welsh
Haitian Creole	Persian

としおの読書生活

タグ：C

C／C++で微分を計算したい

数値微分を実装する

誤差の少ない数値微分

C言語のコードからC++で作成したdllを利用する方法

C++のDLLが呼び出せない例

C++のDLLのコード

ヘッダファイル

ソースファイル

C言語のコード

C言語からC++のDLLを呼び出す

ヘッダファイル

ソースファイル

C言語のコード

実行結果

まとめ

【C言語/C++】floatやdouble型に対してビット演算を行う方法

float型でbit演算を行うための解決策

floatにビット演算を行うサンプルコード

double型にビット演算を行うサンプルコード

【C/C++】systemとpopenの違い

まずは結論

system関数でコマンドを実行するサンプル

system関数のメリットとデメリット

メリット

デメリット

popen関数でコマンドを実行するサンプル

popen関数のメリットとデメリット

メリット

デメリット

最後に

【C言語/C++】覚えておきたいbit演算の便利な使い方

AND演算子でマスクする

OR演算子でセットする

XOR演算子でbitを反転する

特定のbitの値を取り出す

最後に