[C言語のはじめ方] Part5: 演算子（算術、論理、比較）

まずは、最も基本的な算術演算子である四則演算（加算、減算、乗算、除算）を見ていきましょう。これらは、私たちが普段使っている計算記号とほぼ同じです。

• + (加算): 2つの数値を足します。
• - (減算): 左の数値から右の数値を引きます。
• * (乗算): 2つの数値を掛けます。（記号が × ではなく * アスタリスクである点に注意！）
• / (除算): 左の数値を右の数値で割ります。（記号が ÷ ではなく / スラッシュである点に注意！）

実際のコード例を見てみましょう。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 10;
    int b = 3;
    int result;

    result = a + b; // 加算
    printf("a + b = %d\n", result); // 出力: a + b = 13

    result = a - b; // 減算
    printf("a - b = %d\n", result); // 出力: a - b = 7

    result = a * b; // 乗算
    printf("a * b = %d\n", result); // 出力: a * b = 30

    result = a / b; // 除算
    printf("a / b = %d\n", result); // 出力: a / b = 3

    return 0;
}

%（パーセント）記号は、剰余（じょうよ）、つまり割り算の「余り」を求める演算子です。これも整数に対して使われます。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 10;
    int y = 3;
    int remainder;

    remainder = x % y; // 10 を 3 で割った余り
    printf("10 %% 3 = %d\n", remainder); // 出力: 10 % 3 = 1
    // printfの中で % を表示したい場合は %% と書きます

    int num = 7;
    // 偶数か奇数かの判定によく使われます
    if (num % 2 == 0) {
        printf("%d は偶数です。\n", num);
    } else {
        printf("%d は奇数です。\n", num); // こちらが出力される
    }

    return 0;
}

剰余演算子は、ある数が特定の数の倍数かどうかを判定したり、上記のように偶数・奇数を判定したりする際によく利用されます。

プログラミングでは、変数の値を1だけ増やしたり減らしたりする操作が非常によく登場します。そのための便利な演算子がインクリメント演算子 ++ とデクリメント演算子 -- です。

• ++ (インクリメント): 変数の値を1増やします。
• -- (デクリメント): 変数の値を1減らします。

これらの演算子は、変数の前（前置）にも後ろ（後置）にも置くことができ、少し動作が異なります。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int count = 5;

    // インクリメント
    count++; // count = count + 1; と同じ意味
    printf("count++: %d\n", count); // 出力: count++: 6

    ++count; // count = count + 1; と同じ意味
    printf("++count: %d\n", count); // 出力: ++count: 7

    // デクリメント
    count--; // count = count - 1; と同じ意味
    printf("count--: %d\n", count); // 出力: count--: 6

    --count; // count = count - 1; と同じ意味
    printf("--count: %d\n", count); // 出力: --count: 5

    // 前置と後置の違い
    int x = 5;
    int y;

    y = ++x; // 前置: xをインクリメントしてからyに代入
    printf("y = ++x; -> x=%d, y=%d\n", x, y); // 出力: y = ++x; -> x=6, y=6

    x = 5; // xをリセット
    y = x++; // 後置: xの値をyに代入してからxをインクリメント
    printf("y = x++; -> x=%d, y=%d\n", x, y); // 出力: y = x++; -> x=6, y=5

    return 0;
}

変数に値を格納するために、すでに =（代入演算子）を使ってきましたね。C言語には、計算と代入を同時に行うための複合代入演算子もあります。

• = : 右辺の値を左辺の変数に代入する。
• += : 左辺の変数に右辺の値を加算し、その結果を左辺の変数に代入する (a += b は a = a + b と同じ)。
• -= : 左辺の変数から右辺の値を減算し、その結果を左辺の変数に代入する (a -= b は a = a - b と同じ)。
• *= : 左辺の変数に右辺の値を乗算し、その結果を左辺の変数に代入する (a *= b は a = a * b と同じ)。
• /= : 左辺の変数を右辺の値で除算し、その結果を左辺の変数に代入する (a /= b は a = a / b と同じ)。
• %= : 左辺の変数を右辺の値で割った余りを求め、その結果を左辺の変数に代入する (a %= b は a = a % b と同じ)。

コードが短く、読みやすくなるメリットがあります。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int score = 100;

    score += 10; // score = score + 10;
    printf("score += 10: %d\n", score); // 出力: score += 10: 110

    score -= 20; // score = score - 20;
    printf("score -= 20: %d\n", score); // 出力: score -= 20: 90

    score *= 2;  // score = score * 2;
    printf("score *= 2: %d\n", score);  // 出力: score *= 2: 180

    score /= 3;  // score = score / 3;
    printf("score /= 3: %d\n", score);  // 出力: score /= 3: 60 (整数除算)

    score %= 7;  // score = score % 7;
    printf("score %%= 7: %d\n", score); // 出力: score %= 7: 4 (60を7で割った余り)

    return 0;
}

比較演算子は、2つの値の関係（大きい、小さい、等しいなど）を比較するための演算子です。比較の結果は、「真（しん）」か「偽（ぎ）」のどちらかになります。

C言語では、

• 真 (true): 0 以外の数値（一般的には 1 が使われます）
• 偽 (false): 0

として扱われます。この真偽の結果は、後で学ぶ if 文などの条件分岐で非常に重要になります。

主な比較演算子を見ていきましょう。

• == : 等しい (左右の値が等しい場合に真) ⚠️ 代入の = と間違えないように！
• != : 等しくない (左右の値が等しくない場合に真)
• > : より大きい (左の値が右の値より大きい場合に真)
• < : より小さい (左の値が右の値より小さい場合に真)
• >= : 以上 (左の値が右の値以上の場合に真)
• <= : 以下 (左の値が右の値以下の場合に真)

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 10;
    int y = 5;
    int z = 10;

    printf("x == y: %d\n", x == y); // 出力: x == y: 0 (偽)
    printf("x == z: %d\n", x == z); // 出力: x == z: 1 (真)

    printf("x != y: %d\n", x != y); // 出力: x != y: 1 (真)
    printf("x != z: %d\n", x != z); // 出力: x != z: 0 (偽)

    printf("x > y: %d\n", x > y);   // 出力: x > y: 1 (真)
    printf("x < y: %d\n", x < y);   // 出力: x < y: 0 (偽)

    printf("x >= z: %d\n", x >= z); // 出力: x >= z: 1 (真)
    printf("x <= y: %d\n", x <= y); // 出力: x <= y: 0 (偽)

    // 条件式の結果を直接 if 文で使う例
    if (x > y) {
        printf("x は y より大きいです。\n"); // このメッセージが出力される
    }

    return 0;
}

論理演算子は、複数の比較演算の結果（真偽）を組み合わせて、より複雑な条件を作るために使われます。「A かつ B」や「A または B」、「A ではない」といった条件を表現できます。

• && (論理 AND): 左右の条件が両方とも真の場合に、全体として真になります。
• || (論理 OR): 左右の条件のどちらか一方、または両方が真の場合に、全体として真になります。
• ! (論理 NOT): 条件の真偽を反転させます。真なら偽に、偽なら真になります。（これは一つの条件に対して使います）

具体的な使い方を見てみましょう。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int age = 25;
    int has_license = 1; // 1は真 (免許を持っている)
    int is_student = 0; // 0は偽 (学生ではない)

    // 条件1: 20歳以上 かつ 免許を持っているか？
    if (age >= 20 && has_license == 1) {
        printf("成人で免許を持っています。\n"); // こちらが出力される
    } else {
        printf("成人ではないか、免許を持っていません。\n");
    }

    // 条件2: 18歳未満 または 学生か？
    if (age < 18 || is_student == 1) {
        printf("未成年または学生です。\n");
    } else {
        printf("成人で学生ではありません。\n"); // こちらが出力される
    }

    // 条件3: 免許を持っていないか？ (!演算子で反転)
    if (!has_license) { // has_license == 0 と同じ意味
        printf("免許を持っていません。\n");
    } else {
        printf("免許を持っています。\n"); // こちらが出力される
    }

    // 複雑な組み合わせ
    // 20歳以上65歳未満で、かつ、(免許を持っている または 学生である) か？
    if (age >= 20 && age < 65 && (has_license == 1 || is_student == 1)) {
        printf("活動的な年齢層で、免許を持っているか学生です。\n"); // こちらが出力される
    }

    return 0;
}

短絡評価 (Short-circuit evaluation)

一つの式の中に複数の演算子が含まれている場合、どの演算から先に計算されるのでしょうか？ そのルールが「優先順位」と「結合規則」です。

優先順位:

算数と同じように、C言語の演算子にも優先順位があります。例えば、掛け算・割り算は、足し算・引き算よりも先に計算されます。

大まかな優先順位（高い順）は以下のようになります（今回学んだ範囲）。

1. ++, -- (後置)
2. ++, -- (前置), ! (論理NOT), - (単項マイナス)
3. *, /, % (乗算、除算、剰余)
4. +, - (加算、減算)
5. <, <=, >, >= (比較)
6. ==, != (等価比較)
7. && (論理AND)
8. || (論理OR)
9. =, +=, -= など (代入演算子)

より詳しい優先順位表は、多くのC言語リファレンスサイトで確認できます。

• C言語 - cppreference.com (演算子の優先順位)
• C 演算子の優先順位と結合規則 | Microsoft Learn

結合規則:

優先順位が同じ演算子が並んでいる場合、どちらから計算するかを決めるのが結合規則です。ほとんどの演算子は左から右へ評価されます（例: a - b + c は (a - b) + c と同じ）。ただし、代入演算子や単項演算子（++前置など）は右から左へ評価されます。

括弧 () の活用:

優先順位を覚えるのは大変ですし、複雑な式は間違いやすくなります。そこで役立つのが括弧 () です。括弧で囲まれた部分は、他の演算よりも優先して計算されます。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int result1 = 10 + 5 * 2; // 乗算が優先される
    printf("10 + 5 * 2 = %d\n", result1); // 出力: 10 + 5 * 2 = 20

    int result2 = (10 + 5) * 2; // 括弧内が優先される
    printf("(10 + 5) * 2 = %d\n", result2); // 出力: (10 + 5) * 2 = 30

    return 0;
}

推奨: 複雑な式や、優先順位が曖昧に感じられる場合は、積極的に括弧を使って計算順序を明示するようにしましょう。これにより、コードが読みやすくなり、意図しないバグを防ぐことができます。😊