C言語 関数の練習問題7問｜引数・戻り値・スコープを固める

この記事は、C言語ドリルの5本目として関数を練習する記事です。処理に名前をつけて部品化する書き方を身につけると、長くなったプログラムが一気に読みやすくなります。

関数の定義・引数・戻り値からスコープ（変数の見える範囲）までを7問の練習問題（基礎5問＋発展2問）で手を動かして固めるドリルです。解答と解説は各問題の「＋」を押すと開きます。まず自分で書いてみて、それから答え合わせをしてください。実は、ここまで使ってきた printf も関数です（C言語に最初から用意されている標準ライブラリの関数）。今回は、それを自分で作る側に回ります。

＜自己紹介＞
筆者は現役の組込みエンジニアです。未経験向けのC言語練習問題を通じて最低限の言語知識を身につけ、最終的にはArduinoでマイコンプログラムを自作できるようになるのをゴールとして、このシリーズを作成しています。

このテーマの要点

関数を覚えると、プログラムを「大きな1本の処理」から「小さな部品の組み合わせ」に変えられます。読みやすくなるだけでなく、同じ処理を使い回せる・テストしやすいという利点があり、実務のコードは例外なく関数の集まりでできています。

前提知識：関数の形・プロトタイプ宣言・スコープ

① 関数の形（定義・引数・戻り値）

関数を作るときに決めるのは「名前」「受け取る値（引数）」「返す値（戻り値）」の3つです。

int add(int a, int b) {   // int＝戻り値の型、a,b＝引数
    return a + b;         // return＝結果を返す
}
// 使うとき add(3, 4) → 7 が返ってくる

結果を返さない関数は、戻り値の型を void にします（void hello() { ... }）。引数は「,」区切りでいくつでも並べられます。

② プロトタイプ宣言（先に「こんな関数がある」と教える）

C言語は上から順に読まれるので、mainより下に書いた関数を呼ぶと「そんな関数は知らない」と警告やエラーになることがあります。そこで、ファイルの先頭に「この形の関数が後で出てきます」と先に教えておくのがプロトタイプ宣言です。

#include <stdio.h>

int add(int a, int b);    // プロトタイプ宣言（形だけ・末尾に ; ）

int main(void) {
    printf("%d\n", add(3, 4));   // 下にある関数を呼べる
    return 0;
}

int add(int a, int b) {   // 本体はmainの下でOK
    return a + b;
}

形は簡単で、関数の1行目をコピーして末尾に ; を付けるだけです。関数をmainより上に書けば省略もできますが、関数が増えてくるとプロトタイプ宣言で整理するのが普通になります。

③ スコープ：変数の見える範囲と寿命

関数を覚えると、必ずセットで出てくるのがスコープ（変数の見える範囲）です。変数は「どこで宣言したか」で、見える範囲と値の寿命が決まります。

ポイントは「見える範囲」と「寿命」は別ものだということです。static変数は「見えるのは関数の中だけ、でも値は消えない」という中間の性質を持ちます。呼び出し回数を数えるカウンタなどに便利で、Q5で試します。

より正確な仕様は、cppreference（C言語リファレンス）で確認できます。

例題（まずは一緒に解いてみる）

練習問題に入る前に、簡単な例題を1つ、答えを見ながら流れを確認しましょう。

例題：2つの数を足して返す関数 add を作り、add(2, 3) の結果を表示してみましょう。

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main(void) {
    printf("%d\n", add(2, 3));
    return 0;
}

実行結果：5

解説：add は a と b を受け取り、a + b を return で返します。add(2, 3) と呼ぶと a=2, b=3 になり、5が返ってきます。値を渡して結果を受け取るのが関数です。

流れはつかめましたか？ ここからは、自分の手で解いてみましょう。

練習問題（基礎5＋発展2）

基礎5問は必ず解いてください。発展2問は余力があればで大丈夫です。まず自分で書いてから、各問題の「＋ 解答・解説を見る」を開いて答え合わせをしましょう。

#include <stdio.h>

void hello(void) {
    printf("Hello\n");
}

int main(void) {
    hello();     // 呼び出し
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main(void) {
    printf("%d\n", add(3, 4));
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int square(int x);        // プロトタイプ宣言

int main(void) {
    printf("%d\n", square(5));
    return 0;
}

int square(int x) {       // 本体はmainの下
    return x * x;
}

#include <stdio.h>

int count = 0;            // グローバル変数（関数の外）

void increment(void) {
    count++;             // どの関数からも見える
}

int main(void) {
    increment();
    increment();
    increment();
    printf("count=%d\n", count);
    return 0;
}

#include <stdio.h>

void counter(void) {
    static int calls = 0;   // static：初期化は最初の1回だけ
    calls++;
    printf("call %d\n", calls);
}

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

#include <stdio.h>

int sumArray(int data[], int size) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        sum += data[i];
    }
    return sum;
}

int main(void) {
    int score[5] = {60, 50, 40, 30, 20};
    printf("sum=%d\n", sumArray(score, 5));
    return 0;
}

#include <stdio.h>

void handleIdle(void) { printf("idle: waiting\n"); }
void handleRun(void)  { printf("run: working\n"); }
void handleStop(void) { printf("stop: halted\n"); }

int main(void) {
    int states[3] = {0, 1, 2};   // 0=idle, 1=run, 2=stop
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        switch (states[i]) {
        case 0:  handleIdle(); break;
        case 1:  handleRun();  break;
        default: handleStop(); break;
        }
    }
    return 0;
}

例：実務で実際に書くコード

組込みのプログラムは、「初期化の関数を最初に1回」「制御の関数を繰り返し」という形に整理されます。ループの記事で見た骨組みを、関数で書き直すとこうなります。

int main(void) {
    init_device();          // 初期化はこの1行に部品化

    while (1) {
        int value = read_sensor();   // 読む処理も
        int result = judge(value);   // 判断する処理も
        write_output(result);        // 出す処理も、全部関数
    }
}

mainを読むだけで「初期化して、読んで、判断して、出す」という流れが分かります。細かい中身は各関数に隠して、mainは流れだけを見せる。これが関数で部品化する狙いです。

最後につまずきポイントをおさらい

もう一つは 引数の型と順番です。add(int a, int b) に対して add(3.5, 4) のように違う型を渡すと、意図しない結果になることがあります。関数を呼ぶときは、定義した型・順番のとおりに値を渡しましょう。

よくある質問（FAQ）

関数はどれくらい細かく分ければいい？

最初は「1つの関数で1つのこと」を目安にしてください。処理が長くなってきたり、同じコードを2回書きそうになったら、関数に切り出すサインです。慣れてきたら、機能ごとにファイルを分ける段階に進みます。

グローバル変数は使わない方がいいと聞いた

むやみに増やすと「どこで書き換わったか分からない」状態になるので、「使いすぎない」のは正しいです。ただし組込みでは、状態や設定値の共有に必要な場面では普通に使います。まず「関数の中だけで済む値はローカルに、保持だけならstaticに」を試して、それでも共有が必要な値だけグローバルにするバランスがおすすめです。

関数マクロと関数は何が違う？

関数マクロ（#define）は、コンパイル前に文字を置き換える仕組みで、ごく短い処理を関数呼び出しの手間なく書けます。組込みでは速度のために使うことがあります。詳しくは#8 ビット演算で扱います。

次に読む

ここまでで超基本の5テーマは完了です。次からは組込みで使用されることが多い内容になります。まずは多くの人がつまずくポインタへ。

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