アルゴリズム

[C言語] ファイルから読み込んだデータを線形探索する方法を解説

2025-01-18更新日: 2025-01-18

C言語でファイルからデータを読み込み、線形探索を行う方法について解説します。

まず、ファイルを開くためにfopen関数を使用し、データを読み込むためにfscanfやfgetsを用います。

読み込んだデータは配列やリストに格納し、線形探索を行うためにforループを使用します。

探索対象のデータと一致するかをif文で確認し、一致した場合はそのインデックスや値を返します。

この方法はデータが少ない場合に有効で、シンプルな実装が可能です。

目次から探す

C言語でのファイル読み込み
C言語での線形探索実装
ファイルから読み込んだデータの線形探索
応用例
まとめ

C言語でのファイル読み込み

ファイル操作はC言語プログラミングにおいて重要なスキルです。

ここでは、ファイルを開く方法やデータを読み込む方法、ファイルの終端を確認する方法について解説します。

fopen関数の使い方

fopen関数は、ファイルを開くために使用されます。

この関数は、ファイル名とモード(読み込み、書き込み、追加など)を指定してファイルを開きます。

#include <stdio.h>
int main() {
    // ファイルを読み込みモードで開く
    FILE *file = fopen("example.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        // ファイルが開けなかった場合のエラーメッセージ
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return 1;
    }
    // ファイルを閉じる
    fclose(file);
    return 0;
}

この例では、example.txtというファイルを読み込みモードで開いています。

ファイルが存在しない場合や開けない場合には、エラーメッセージを表示します。

fscanfとfgetsの違い

fscanfとfgetsは、ファイルからデータを読み込むための関数ですが、それぞれ異なる用途があります。

関数名	用途
`fscanf`	フォーマットに従ってデータを読み込む
`fgets`	1行ずつ文字列としてデータを読み込む

fscanfは、指定したフォーマットに従ってデータを読み込むため、数値や特定の形式のデータを扱うのに適しています。
fgetsは、1行ずつ文字列としてデータを読み込むため、テキストデータをそのまま扱うのに適しています。

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return 1;
    }
    char line[100];
    // fgetsを使って1行ずつ読み込む
    while (fgets(line, sizeof(line), file) != NULL) {
        printf("%s", line);
    }
    fclose(file);
    return 0;
}

この例では、fgetsを使ってファイルから1行ずつ読み込み、コンソールに出力しています。

ファイルの終端を確認する方法

ファイルの終端を確認するには、feof関数を使用します。

feofは、ファイルの終端に達したかどうかを判定するための関数です。

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file = fopen("example.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return 1;
    }
    int c;
    // ファイルの終端まで1文字ずつ読み込む
    while ((c = fgetc(file)) != EOF) {
        putchar(c);
    }
    if (feof(file)) {
        printf("\nファイルの終端に達しました。\n");
    }
    fclose(file);
    return 0;
}

この例では、fgetcを使って1文字ずつ読み込み、ファイルの終端に達したかどうかをfeofで確認しています。

ファイルの終端に達すると、メッセージが表示されます。

C言語での線形探索実装

線形探索は、データ構造内の要素を順番にチェックして目的の要素を見つける基本的なアルゴリズムです。

ここでは、配列、構造体、ポインタを用いた線形探索の実装方法を解説します。

配列を用いた線形探索

配列を用いた線形探索は、最も基本的な方法です。

配列の各要素を順番にチェックして、目的の値を探します。

#include <stdio.h>
int linearSearch(int arr[], int size, int target) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (arr[i] == target) {
            return i; // 目的の値が見つかった場合、そのインデックスを返す
        }
    }
    return -1; // 見つからなかった場合は-1を返す
}
int main() {
    int data[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int target = 30;
    int index = linearSearch(data, 5, target);
    if (index != -1) {
        printf("値 %d はインデックス %d にあります。\n", target, index);
    } else {
        printf("値 %d は見つかりませんでした。\n", target);
    }
    return 0;
}

この例では、linearSearch関数を使って配列内の目的の値を探し、そのインデックスを返します。

見つからなかった場合は-1を返します。

構造体を用いた線形探索

構造体を用いた線形探索では、構造体のメンバを基に目的の要素を探します。

これは、複雑なデータを扱う場合に有効です。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
typedef struct {
    int id;
    char name[20];
} Person;
int searchByName(Person people[], int size, const char *targetName) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (strcmp(people[i].name, targetName) == 0) {
            return i; // 名前が一致した場合、そのインデックスを返す
        }
    }
    return -1; // 見つからなかった場合は-1を返す
}
int main() {
    Person people[] = {
        {1, "Alice"},
        {2, "Bob"},
        {3, "Charlie"}
    };
    const char *targetName = "Bob";
    int index = searchByName(people, 3, targetName);
    if (index != -1) {
        printf("名前 %s はインデックス %d にあります。\n", targetName, index);
    } else {
        printf("名前 %s は見つかりませんでした。\n", targetName);
    }
    return 0;
}

この例では、searchByName関数を使って構造体配列内の名前を基に目的の要素を探します。

ポインタを用いた線形探索

ポインタを用いた線形探索は、配列の要素をポインタで指し示しながら探索を行います。

これは、メモリ効率を考慮した実装に役立ちます。

#include <stdio.h>
int linearSearchPointer(int *arr, int size, int target) {
    for (int *ptr = arr; ptr < arr + size; ptr++) {
        if (*ptr == target) {
            return ptr - arr; // 目的の値が見つかった場合、そのインデックスを返す
        }
    }
    return -1; // 見つからなかった場合は-1を返す
}
int main() {
    int data[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int target = 40;
    int index = linearSearchPointer(data, 5, target);
    if (index != -1) {
        printf("値 %d はインデックス %d にあります。\n", target, index);
    } else {
        printf("値 %d は見つかりませんでした。\n", target);
    }
    return 0;
}

この例では、ポインタを使って配列内の目的の値を探し、そのインデックスを返します。

ポインタを用いることで、配列の要素を直接操作することができます。

ファイルから読み込んだデータの線形探索

ファイルからデータを読み込み、それを線形探索する方法について解説します。

ここでは、データの読み込みから配列への格納、線形探索の実施、そして検索結果の出力方法を順に説明します。

データの読み込みと配列への格納

まず、ファイルからデータを読み込み、配列に格納します。

ここでは、数値データが改行区切りで保存されているファイルを想定します。

#include <stdio.h>
#define MAX_SIZE 100
int readDataFromFile(const char *filename, int arr[]) {
    FILE *file = fopen(filename, "r");
    if (file == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return -1;
    }
    int i = 0;
    while (fscanf(file, "%d", &arr[i]) != EOF && i < MAX_SIZE) {
        i++;
    }
    fclose(file);
    return i; // 読み込んだデータの数を返す
}
int main() {
    int data[MAX_SIZE];
    int size = readDataFromFile("data.txt", data);
    if (size == -1) {
        return 1; // エラーが発生した場合
    }
    printf("データを %d 件読み込みました。\n", size);
    return 0;
}

この例では、readDataFromFile関数を使ってファイルから数値データを読み込み、配列に格納しています。

読み込んだデータの数を返すことで、後の処理で利用できます。

読み込んだデータの線形探索

次に、読み込んだデータに対して線形探索を行います。

目的の値を探し、そのインデックスを取得します。

int linearSearch(int arr[], int size, int target) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (arr[i] == target) {
            return i; // 目的の値が見つかった場合、そのインデックスを返す
        }
    }
    return -1; // 見つからなかった場合は-1を返す
}
int main() {
    int data[MAX_SIZE];
    int size = readDataFromFile("data.txt", data);
    if (size == -1) {
        return 1; // エラーが発生した場合
    }
    int target = 25; // 探索する値
    int index = linearSearch(data, size, target);
    if (index != -1) {
        printf("値 %d はインデックス %d にあります。\n", target, index);
    } else {
        printf("値 %d は見つかりませんでした。\n", target);
    }
    return 0;
}

この例では、linearSearch関数を使って配列内の目的の値を探し、そのインデックスを取得しています。

検索結果の出力方法

最後に、線形探索の結果を出力します。

見つかった場合はインデックスを、見つからなかった場合はその旨を表示します。

int main() {
    int data[MAX_SIZE];
    int size = readDataFromFile("data.txt", data);
    if (size == -1) {
        return 1; // エラーが発生した場合
    }
    int target = 25; // 探索する値
    int index = linearSearch(data, size, target);
    if (index != -1) {
        printf("値 %d はインデックス %d にあります。\n", target, index);
    } else {
        printf("値 %d は見つかりませんでした。\n", target);
    }
    return 0;
}

この例では、線形探索の結果をコンソールに出力しています。

目的の値が見つかった場合はそのインデックスを、見つからなかった場合は「見つかりませんでした」と表示します。

これにより、ユーザーは探索結果を簡単に確認できます。

応用例

線形探索は基本的なアルゴリズムですが、応用することでさまざまな場面で活用できます。

ここでは、大量データの効率的な検索、構造体を用いた複雑なデータ検索、ファイルの更新と再検索について解説します。

大量データの効率的な検索

大量のデータを効率的に検索するためには、線形探索の基本を応用し、データの特性を活かした工夫が必要です。

例えば、データがソートされている場合は、線形探索よりもバイナリサーチ(2分探索)を用いることで効率を上げることができます。

#include <stdio.h>
int binarySearch(int arr[], int size, int target) {
    int left = 0;
    int right = size - 1;
    while (left <= right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if (arr[mid] == target) {
            return mid; // 目的の値が見つかった場合、そのインデックスを返す
        }
        if (arr[mid] < target) {
            left = mid + 1;
        } else {
            right = mid - 1;
        }
    }
    return -1; // 見つからなかった場合は-1を返す
}

この例では、バイナリサーチを用いてソートされた配列内の目的の値を効率的に探しています。

線形探索に比べて、計算量が大幅に削減されます。

構造体を用いた複雑なデータ検索

構造体を用いることで、複雑なデータを扱うことができます。

例えば、複数の属性を持つデータを検索する場合、特定の条件に基づいて検索を行うことが可能です。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
typedef struct {
    int id;
    char name[20];
    int age;
} Person;
int searchByAge(Person people[], int size, int targetAge) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (people[i].age == targetAge) {
            return i; // 年齢が一致した場合、そのインデックスを返す
        }
    }
    return -1; // 見つからなかった場合は-1を返す
}
int main() {
    Person people[] = {
        {1, "Alice", 30},
        {2, "Bob", 25},
        {3, "Charlie", 35}
    };
    int targetAge = 25;
    int index = searchByAge(people, 3, targetAge);
    if (index != -1) {
        printf("年齢 %d の人はインデックス %d にあります。\n", targetAge, index);
    } else {
        printf("年齢 %d の人は見つかりませんでした。\n", targetAge);
    }
    return 0;
}

この例では、searchByAge関数を使って構造体配列内の年齢を基に目的の要素を探しています。

ファイルの更新と再検索

ファイルのデータを更新し、その後再検索を行う場合、ファイルの読み込みと書き込みを組み合わせる必要があります。

データを更新した後、再度ファイルを読み込んで検索を行います。

#include <stdio.h>
void updateDataInFile(const char *filename, int newData[], int size) {
    FILE *file = fopen(filename, "w");
    if (file == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return;
    }
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        fprintf(file, "%d\n", newData[i]);
    }
    fclose(file);
}
int main() {
    int newData[] = {60, 70, 80, 90, 100};
    updateDataInFile("data.txt", newData, 5);
    int data[MAX_SIZE];
    int size = readDataFromFile("data.txt", data);
    if (size == -1) {
        return 1; // エラーが発生した場合
    }
    int target = 80;
    int index = linearSearch(data, size, target);
    if (index != -1) {
        printf("値 %d はインデックス %d にあります。\n", target, index);
    } else {
        printf("値 %d は見つかりませんでした。\n", target);
    }
    return 0;
}

この例では、updateDataInFile関数を使ってファイルのデータを更新し、その後再度ファイルを読み込んで線形探索を行っています。

これにより、最新のデータに基づいた検索が可能になります。