行列(ベクトル)

[C言語] 入力した行列を画面に表示する

2025-01-18更新日: 2025-01-18

C言語で行列を入力し、画面に表示する方法について解説します。

行列は二次元配列として表現され、ユーザーからの入力を受け取る際には、scanf関数を用いて各要素を取得します。

その後、printf関数を使用して、行列の各要素を整形して出力します。

このプロセスにより、ユーザーは行列の内容を視覚的に確認することができます。

行列のサイズや要素の型に応じて、コードを適切に調整することが重要です。

目次から探す

行列の入力方法
行列の表示方法
行列表示の実装例
応用例
まとめ

行列の入力方法

行列をC言語で扱う際には、まず行列のデータをどのように入力するかが重要です。

ここでは、標準入力、ファイルからの入力、そしてユーザー定義関数を用いた入力方法について解説します。

標準入力からの行列入力

標準入力を用いて行列を入力する方法は、最も基本的な方法です。

scanf関数を使用して、ユーザーから行列の要素を入力します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int rows, cols;
    printf("行数と列数を入力してください: ");
    scanf("%d %d", &rows, &cols);
    int matrix[rows][cols];
    printf("行列の要素を入力してください:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            scanf("%d", &matrix[i][j]);
        }
    }
    printf("入力された行列:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

行数と列数を入力してください: 2 3
行列の要素を入力してください:
1 2 3
4 5 6
入力された行列:
1 2 3
4 5 6

このプログラムでは、まず行数と列数をユーザーから入力し、その後に行列の各要素を入力します。

最後に、入力された行列を表示します。

ファイルからの行列入力

ファイルから行列を入力する方法は、データが大きい場合や複数回の入力が必要な場合に便利です。

fscanf関数を使用して、ファイルから行列の要素を読み込みます。

#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *file = fopen("matrix.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        printf("ファイルを開けませんでした。\n");
        return 1;
    }
    int rows, cols;
    fscanf(file, "%d %d", &rows, &cols);
    int matrix[rows][cols];
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            fscanf(file, "%d", &matrix[i][j]);
        }
    }
    fclose(file);
    printf("ファイルから読み込んだ行列:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

ファイルから読み込んだ行列:
1 2 3
4 5 6

このプログラムでは、matrix.txtというファイルから行列のデータを読み込みます。

ファイルが開けない場合はエラーメッセージを表示します。

ユーザー定義関数を用いた入力

ユーザー定義関数を用いることで、行列の入力処理を再利用可能にし、コードの可読性を向上させることができます。

#include <stdio.h>
void inputMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols]) {
    printf("行列の要素を入力してください:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            scanf("%d", &matrix[i][j]);
        }
    }
}
int main() {
    int rows, cols;
    printf("行数と列数を入力してください: ");
    scanf("%d %d", &rows, &cols);
    int matrix[rows][cols];
    inputMatrix(rows, cols, matrix);
    printf("入力された行列:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

行数と列数を入力してください: 2 3
行列の要素を入力してください:
1 2 3
4 5 6
入力された行列:
1 2 3
4 5 6

このプログラムでは、inputMatrixという関数を定義し、行列の入力処理をその中にまとめています。

これにより、行列の入力処理を簡潔に再利用できます。

行列の表示方法

行列をC言語で表示する際には、標準出力を用いるのが一般的です。

ここでは、標準出力への基本的な表示方法、フォーマットを指定した表示方法、そして表示における注意点について解説します。

標準出力への行列表示

標準出力を用いて行列を表示する方法は、printf関数を使用して行列の各要素を順に出力します。

#include <stdio.h>
void displayMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols]) {
    printf("行列の内容:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    displayMatrix(2, 3, matrix);
    return 0;
}

行列の内容:
1 2 3
4 5 6

このプログラムでは、displayMatrix関数を用いて行列の内容を標準出力に表示しています。

各行の要素をスペースで区切り、行の終わりには改行を入れています。

フォーマットを指定した表示

行列の表示を見やすくするために、フォーマットを指定することができます。

printf関数のフォーマット指定子を用いて、各要素の表示幅を調整します。

#include <stdio.h>
void displayFormattedMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols]) {
    printf("フォーマットを指定した行列の内容:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%4d", matrix[i][j]);  // 各要素を4桁幅で表示
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    displayFormattedMatrix(2, 3, matrix);
    return 0;
}

フォーマットを指定した行列の内容:
   1   2   3
   4   5   6

このプログラムでは、%4dを使用して各要素を4桁幅で表示しています。

これにより、行列の各列が揃い、見やすくなります。

行列の表示における注意点

行列を表示する際には、いくつかの注意点があります。

要素の幅を揃える: 行列の各列が揃うように、フォーマット指定子を用いて表示幅を調整することが重要です。

これにより、行列の構造が視覚的に明確になります。

大きな行列の表示: 行列が大きい場合、全てを一度に表示すると見づらくなることがあります。

必要に応じて、部分的に表示するか、スクロール可能な形式で表示することを検討してください。

データ型の一致: 行列の要素のデータ型とprintfのフォーマット指定子が一致していることを確認してください。

例えば、int型の要素を表示する際には%dを使用します。

これらのポイントを押さえることで、行列の表示をより効果的に行うことができます。

行列表示の実装例

行列を表示するプログラムを実装する際には、基本的な方法から動的メモリを使用する方法、エラーチェックを含む方法まで様々なアプローチがあります。

ここでは、それぞれの実装例を紹介します。

基本的な行列表示プログラム

基本的な行列表示プログラムでは、固定サイズの配列を用いて行列を表示します。

#include <stdio.h>
void displayMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols]) {
    printf("行列の内容:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    displayMatrix(2, 3, matrix);
    return 0;
}

行列の内容:
1 2 3
4 5 6

このプログラムは、固定サイズの2×3行列を表示します。

displayMatrix関数を用いて、行列の内容を標準出力に表示しています。

動的メモリを使用した行列表示

動的メモリを使用することで、実行時に行列のサイズを決定し、柔軟に行列を扱うことができます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void displayMatrix(int rows, int cols, int **matrix) {
    printf("動的メモリを使用した行列の内容:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int rows = 2, cols = 3;
    int **matrix = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // 行列の初期化
    int count = 1;
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = count++;
        }
    }
    displayMatrix(rows, cols, matrix);
    // メモリの解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    return 0;
}

動的メモリを使用した行列の内容:
1 2 3
4 5 6

このプログラムでは、mallocを用いて動的にメモリを確保し、行列を表示しています。

使用後はfreeを用いてメモリを解放することが重要です。

エラーチェックを含む行列表示

エラーチェックを含む行列表示プログラムでは、入力やメモリ確保の際にエラーが発生した場合に適切に対処します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void displayMatrix(int rows, int cols, int **matrix) {
    printf("エラーチェックを含む行列の内容:\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int rows = 2, cols = 3;
    int **matrix = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
    if (matrix == NULL) {
        printf("メモリの確保に失敗しました。\n");
        return 1;
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));
        if (matrix[i] == NULL) {
            printf("メモリの確保に失敗しました。\n");
            return 1;
        }
    }
    // 行列の初期化
    int count = 1;
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = count++;
        }
    }
    displayMatrix(rows, cols, matrix);
    // メモリの解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    return 0;
}

エラーチェックを含む行列の内容:
1 2 3
4 5 6

このプログラムでは、メモリ確保時にNULLチェックを行い、エラーが発生した場合にはメッセージを表示してプログラムを終了します。

これにより、メモリ不足などのエラーに対処できます。

応用例

行列の基本的な表示方法を学んだ後は、行列の操作を行い、その結果を表示する応用例を見ていきましょう。

ここでは、行列の転置、加算、乗算の各操作を行い、その結果を表示する方法を紹介します。

行列の転置と表示

行列の転置とは、行と列を入れ替える操作です。

以下のプログラムでは、行列を転置して表示します。

#include <stdio.h>
void transposeMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols], int transposed[cols][rows]) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            transposed[j][i] = matrix[i][j];
        }
    }
}
void displayMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols]) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    int transposed[3][2];
    transposeMatrix(2, 3, matrix, transposed);
    printf("転置された行列:\n");
    displayMatrix(3, 2, transposed);
    return 0;
}

転置された行列:
1 4
2 5
3 6

このプログラムでは、transposeMatrix関数を用いて行列を転置し、displayMatrix関数で結果を表示しています。

行列の加算と表示

行列の加算は、同じサイズの行列同士の対応する要素を加算する操作です。

以下のプログラムでは、2つの行列を加算して表示します。

#include <stdio.h>
void addMatrices(int rows, int cols, int matrix1[rows][cols], int matrix2[rows][cols], int result[rows][cols]) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            result[i][j] = matrix1[i][j] + matrix2[i][j];
        }
    }
}
void displayMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols]) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int matrix1[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    int matrix2[2][3] = {{7, 8, 9}, {10, 11, 12}};
    int result[2][3];
    addMatrices(2, 3, matrix1, matrix2, result);
    printf("加算された行列:\n");
    displayMatrix(2, 3, result);
    return 0;
}

加算された行列:
8 10 12
14 16 18

このプログラムでは、addMatrices関数を用いて2つの行列を加算し、displayMatrix関数で結果を表示しています。

行列の乗算と表示

行列の乗算は、行列の行と列を掛け合わせる操作です。

以下のプログラムでは、2つの行列を乗算して表示します。

#include <stdio.h>
void multiplyMatrices(int rows1, int cols1, int matrix1[rows1][cols1], int rows2, int cols2, int matrix2[rows2][cols2], int result[rows1][cols2]) {
    for (int i = 0; i < rows1; i++) {
        for (int j = 0; j < cols2; j++) {
            result[i][j] = 0;
            for (int k = 0; k < cols1; k++) {
                result[i][j] += matrix1[i][k] * matrix2[k][j];
            }
        }
    }
}
void displayMatrix(int rows, int cols, int matrix[rows][cols]) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int matrix1[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    int matrix2[3][2] = {{7, 8}, {9, 10}, {11, 12}};
    int result[2][2];
    multiplyMatrices(2, 3, matrix1, 3, 2, matrix2, result);
    printf("乗算された行列:\n");
    displayMatrix(2, 2, result);
    return 0;
}