プログラミングに役立つ標準関数一覧を言語別に紹介

1 はじめに
- 1.1 プログラミング言語と標準関数の重要性
- 1.2 関数の基本的な使い方について
2 C言語の便利な標準関数
3 PHPの便利な標準関数
4 JavaScriptの便利な標準関数
5 Rubyの便利な標準関数
6 Pythonの便利な標準関数
7 まとめ
- 7.1 各言語での標準関数の違いと共通点
- 7.2 効率的なコーディングのための標準関数の活用方法

はじめに

近年、プログラミングはさまざまな分野での必須スキルとなってきました。その中で、各プログラミング言語には、開発を効率化するための便利な標準関数が提供されています。これらの標準関数を適切に使用することで、煩雑なコードを大幅に削減することが可能となります。

この記事では、C言語、PHP、JavaScript、Ruby、Pythonの5つの言語で頻繁に使用される便利な標準関数をピックアップし、その特性や使用例を紹介していきます。

プログラミング言語と標準関数の重要性

現代の開発環境において、標準関数はプログラミングの品質と効率を高めるための重要なツールです。これらの関数は、開発者が繰り返し同じコードを書くことなく、一般的なタスクを簡単に実行できるように設計されています。

本記事は、各言語の基本的な文法を理解している初中級者以上を対象としています。しかし、初心者の方にも参考にしていただけるよう、各関数の基本的な説明と使用方法を明確に示しています。

言語ごとに特有の関数も存在しますが、類似の機能を持つ関数が各言語に存在することもあります。そのため、各関数の特性や違いを理解することで、適切な関数を選択する手助けとなります。

関数の基本的な使い方について

各関数の解説部分では、関数の基本的な使い方や使用例を交えて紹介していきます。

print("Hello, World!")

実行結果

Hello, World!

各プログラム言語は、その特性や設計哲学に基づいて標準関数が提供されています。それらの特性を理解することで、より効率的なプログラミングが可能となります。

C言語の便利な標準関数

C言語は、1970年代初頭にAT&Tベル研究所でデニス・リッチーによって開発されました。多くのプログラムのベースとなる言語で、標準ライブラリにはさまざまな便利な関数が含まれています。

文字列操作

strcpy()
strcpy()関数は、文字列をコピーするための関数です。

char dest[50];
char src[] = "hello";
strcpy(dest, src);

実行結果

destに”hello”がコピーされる

注意点: コピー先の配列が十分なサイズでない場合、バッファオーバーフローを引き起こす可能性があります。

strcat()
strcat()関数は、文字列の結合を行う関数です。

char dest[50] = "Hello, ";
char src[] = "World!";
strcat(dest, src);

実行結果

destに”Hello, World!”が格納される

注意点: 結合先の文字列に十分なスペースがない場合、未定義の動作を引き起こす可能性があります。

strlen()
strlen()関数は、文字列の長さを計算する関数です。

char str[] = "Hello";
int len = strlen(str);

実行結果

lenの値は5となる

注意点: NULL終端されていない文字列を渡すと、未定義の動作を引き起こす可能性があります。

数値計算

abs()
abs()関数は、整数の絶対値を返す関数です。

int value = -5;
int result = abs(value);

実行結果

resultの値は5

注意点: この関数は整数のみを対象とします。浮動小数点数にはfabs()を使用します。

sqrt()
sqrt()関数は、浮動小数点数の平方根を計算します。

double value = 25.0;
double result = sqrt(value);

実行結果

resultの値は5.0

pow()
pow()関数は、指定した底の指定した指数への累乗の結果を返します。

double base = 2.0;
double exponent = 3.0;
double result = pow(base, exponent);

実行結果

resultの値は8.0

ファイル操作

fopen()
fopen()関数は、指定されたファイルを指定されたモードで開きます。

FILE *fp;
fp = fopen("example.txt", "r");

実行結果

ファイルexample.txtが読み取りモードで開かれる

注意点: ファイルが存在しない、または指定されたモードで開けない場合、NULLが返されます。

fread()
fread()関数は、指定されたファイルからデータを読み込みます。

char buffer[100];
size_t result;
result = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), fp);

実行結果

最大100バイトのデータがbufferに読み込まれる

注意点: 読み込んだバイト数が返されます。エラーが発生した場合、もしくはEOFに到達した場合は、読み込んだアイテム数が返されます。

fclose()
fclose()関数は、開いたファイルを閉じます。

int result;
result = fclose(fp);

実行結果

ファイルが正常に閉じられた場合、0が返される

注意点: エラーが発生した場合、EOFが返されます。

メモリ管理

C言語では、動的メモリの確保や解放を行うための関数が提供されています。これにより、実行時に必要なサイズのメモリを確保したり、不要になったメモリを返却することができます。

malloc()

引数: size_t size
返り値: void*
説明: 指定されたサイズのメモリを動的に確保します。

int *arr;
 arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

実行結果

10個のint型の要素を持つ配列のメモリが確保される。

free()

引数: void* ptr
返り値: なし
説明: mallocやその他のメモリ確保関数で確保したメモリを解放します。

free(arr);

実行結果

arrが指すメモリ領域が解放される。

calloc()

引数: size_t num, size_t size
返り値: void*
説明: 指定された数とサイズのメモリを動的に確保し、0で初期化します。

int *arr;
 arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));

実行結果

10個のint型の要素を持つ配列のメモリが確保され、各要素が0で初期化される。

時間・日付操作

C言語では、時間や日付を取得、計算、フォーマットするための関数が提供されています。

time()

引数: time_t *timer
返り値: time_t
説明: 現在のカレンダー時間を取得します。

time_t now;
 now = time(NULL);

実行結果

nowに現在のカレンダー時間が格納される。

ctime()

引数: const time_t *timer
返り値: char*
説明: time_t値をローカル時間に基づく文字列に変換します。

time_t now;
 now = time(NULL);
 printf("%s", ctime(&now));

実行結果

現在のカレンダー時間を文字列として出力。

strftime()

引数: char* s, size_t max, const char* format, const struct tm* tm
返り値: size_t
説明: 日付や時間を指定されたフォーマットで文字列に変換します。

char buf[80];
 time_t now;
 struct tm *info;
 time(&now);
 info = localtime(&now);
 strftime(buf, 80, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", info);
 printf("%s", buf);

実行結果

現在の日付と時間を”YYYY-MM-DD HH:MM:SS”の形式で出力。

PHPの便利な標準関数

文字列操作

strlen()
strlen()関数は、文字列の長さを返す関数です。

$str = "Hello, World!";
$result = strlen($str);

実行結果

$resultの値は13

strpos()
strpos()関数は、文字列内の別の文字列の最初の出現位置を返す関数です。

$str = "Hello, World!";
$pos = strpos($str, "World");

実行結果

$posの値は7

substr()
substr()関数は、文字列の一部を返す関数です。

$str = "Hello, World!";
$substring = substr($str, 7, 5);

実行結果

$substringの値は”World”

数値計算

abs()
abs()関数は、絶対値を返す関数です。

$value = -42;
$result = abs($value);

実行結果

$resultの値は42

round()
round()関数は、浮動小数点数を最も近い整数に丸めます。

$value = 4.6;
$result = round($value);

実行結果

$resultの値は5

rand()
rand()関数は、2つの整数間のランダムな整数を返します。

$min = 1;
$max = 10;
$randomValue = rand($min, $max);

実行結果

$randomValueの値は1から10までの間の任意の整数

配列操作

array_push()
array_push()関数は、一つ以上の要素を配列の最後に追加します。

$stack = array("orange", "banana");
array_push($stack, "apple", "raspberry");

実行結果

$stackの値はarray(“orange”, “banana”, “apple”, “raspberry”)

array_merge()
array_merge()関数は、一つまたは複数の配列を結合します。

$array1 = array("color" => "red", 2, 4);
$array2 = array("a", "b", "color" => "green", "shape" => "trapezoid", 4);
$result = array_merge($array1, $array2);

実行結果

$resultの値はarray(“color” => “green”, 0 => 2, 1 => 4, 2 => “a”, 3 => “b”, “shape” => “trapezoid”, 4 => 4)

array_filter()
array_filter()関数は、配列の各要素に対してコールバック関数を実行し、真と評価される要素だけを含む新しい配列を返します。

$arr = array(1, 2, 3, 4, 5);
$newArr = array_filter($arr, function($value) { return ($value % 2) == 1; });

実行結果

$newArrの値はarray(1, 3, 5)

ファイル操作

PHPにはファイルやディレクトリの操作に関する多数の標準関数が提供されています。以下はその中でも特に使用頻度が高いものを選んで解説します。

fopen()

引数: string $filename, string $mode
返り値: resource
説明: ファイルを指定したモードで開きます。

$file = fopen("example.txt", "r");

実行結果

“example.txt”が読み取りモードで開かれる。

fwrite()

引数: resource $handle, string $string
返り値: int
説明: ファイルにデータを書き込みます。

$file = fopen("example.txt", "w");
 fwrite($file, "Hello, World!");

実行結果

“example.txt”に”Hello, World!”が書き込まれる。

fclose()

引数: resource $handle
返り値: bool
説明: ファイルを閉じます。

fclose($file);

実行結果

“example.txt”が正常に閉じられる。

時間・日付操作

PHPでは時間や日付の取得、計算、フォーマットのための関数が用意されています。

time()

引数: なし
返り値: int
説明: 現在のUnixタイムスタンプを取得します。

$now = time();

実行結果

現在のUnixタイムスタンプが$nowに格納される。

date()

引数: string $format, int|null $timestamp = null
返り値: string
説明: 指定されたフォーマットで日付を出力します。

echo date("Y-m-d H:i:s");

実行結果

現在の日付と時間を”YYYY-MM-DD HH:MM:SS”の形式で出力。

strtotime()

引数: string $time, int|null $now = null
返り値: int
説明: 与えられた文字列からUnixタイムスタンプを取得します。

$future = strtotime("+1 week");

実行結果

1週間後のUnixタイムスタンプが$futureに格納される。

JavaScriptの便利な標準関数

文字列操作

charAt()
charAt()関数は、文字列の指定された位置にある文字を返します。

const str = "Hello, World!";
const result = str.charAt(4);

実行結果

resultの値は”o”

slice()
slice()関数は、文字列の一部を抽出して新しい文字列を返します。

const str = "Hello, World!";
const slicedStr = str.slice(0, 5);

実行結果

slicedStrの値は”Hello”

split()
split()関数は、文字列を指定したセパレータで分割して、部分文字列の配列を返します。

const str = "apple,banana,orange";
const fruits = str.split(",");

実行結果

fruitsの値は[“apple”, “banana”, “orange”]

数値計算

Math.abs()
Math.abs()関数は、数値の絶対値を返します。

const value = -42;
const result = Math.abs(value);

実行結果

resultの値は42

Math.floor()
Math.floor()関数は、小数点以下を切り捨てて、最大の整数を返します。

const value = 4.6;
const flooredValue = Math.floor(value);

実行結果

flooredValueの値は4

Math.random()
Math.random()関数は、0以上1未満の浮動小数点の擬似ランダムな数値を返します。

const randomValue = Math.random();

実行結果

randomValueの値は0から1の間の任意の数

配列操作

push()
push()関数は、一つ以上の要素を配列の末尾に追加し、新しい配列の長さを返します。

const fruits = ["apple", "banana"];
fruits.push("orange");

実行結果

fruitsの値は[“apple”, “banana”, “orange”]

pop()
pop()関数は、配列の末尾の要素を削除して、その要素を返します。

const fruits = ["apple", "banana", "orange"];
const removedFruit = fruits.pop();

実行結果

removedFruitの値は”orange”

filter()
filter()関数は、配列の各要素に関数を呼び出し、真を返すすべての値からなる新しい配列を生成します。

const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
const oddNumbers = numbers.filter(num => num % 2 === 1);

実行結果

oddNumbersの値は[1, 3, 5]

イベント処理

JavaScriptはウェブページのインタラクティブな動作を実装するために、イベント駆動型のプログラミングをサポートしています。以下はその中でもよく使われるイベント処理関数を紹介します。

addEventListener()

引数: string type, Function listener, [options/or useCapture] 説明: イベントリスナを指定した要素に追加します。

document.querySelector("button").addEventListener("click", function() {
 alert("Button was clicked!");
});

実行結果

ボタンがクリックされるとアラートが表示される。

removeEventListener()

– 引数: string type, Function listener, [options/or useCapture] – 説明: イベントリスナを指定した要素から削除します。

function onClickHandler() {
alert("Button was clicked!");
}
document.querySelector("button").removeEventListener("click", onClickHandler);

dispatchEvent()

– 引数: Event event
– 説明: イベントを手動で発火させます。

let event = new Event("click");
document.querySelector("button").dispatchEvent(event);

実行結果

ボタンに”click”イベントが発火する。

DOM操作

DOM (Document Object Model) は、ウェブページの構造を表現するプログラミングAPIです。JavaScriptを使用すると、DOMの操作や変更が可能となります。

querySelector()

引数: string selectors
返り値: Element
説明: CSSセレクタに一致する最初の要素を返します。

let btn = document.querySelector("button");

実行結果

ページ内の最初のボタン要素がbtnに格納される。

createElement()

引数: string tagName
返り値: Element
説明: 指定したタグ名の新しい要素を作成します。

let newDiv = document.createElement("div");

実行結果

新しいdiv要素がnewDivに格納される。

appendChild()

引数: Node child
説明: 子要素として指定された要素を追加します。

document.body.appendChild(newDiv);

実行結果

新しいdiv要素がbody要素の最後の子として追加される。

Rubyの便利な標準関数

文字列操作

chomp()
chomp()メソッドは、文字列の末尾の改行文字を取り除きます。

str = "Hello, World!\n"
clean_str = str.chomp

実行結果

clean_strの値は”Hello, World!”

gsub()
gsub()メソッドは、文字列内の一部を置換します。

str = "apple apple orange"
replaced_str = str.gsub("apple", "banana")

実行結果

replaced_strの値は”banana banana orange”

split()
split()メソッドは、指定した区切り文字に従って文字列を配列に分割します。

str = "apple,banana,orange"
fruits = str.split(",")

実行結果

fruitsの値は[“apple”, “banana”, “orange”]

数値計算

abs
absメソッドは、数値の絶対値を返します。

value = -42
absolute_value = value.abs

実行結果

absolute_valueの値は42

round
roundメソッドは、数値を四捨五入します。

value = 4.6
rounded_value = value.round

実行結果

rounded_valueの値は5

rand
randメソッドは、指定した範囲の浮動小数点の擬似ランダムな数値を返します。

random_value = rand(0..10)

実行結果

random_valueの値は0から10の間の任意の数

配列操作

push
pushメソッドは、一つ以上の要素を配列の末尾に追加します。

fruits = ["apple", "banana"]
fruits.push("orange")

実行結果

fruitsの値は[“apple”, “banana”, “orange”]

pop
popメソッドは、配列の末尾の要素を削除して、その要素を返します。

fruits = ["apple", "banana", "orange"]
removed_fruit = fruits.pop

実行結果

removed_fruitの値は”orange”

select
selectメソッドは、配列の要素のうち、指定された条件に合致する要素だけを取り出し、新しい配列を返します。

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
even_numbers = numbers.select { |num| num.even? }

実行結果

even_numbersの値は[2, 4]

ハッシュ操作

has_key? / key?
has_key? / key?メソッドは、指定されたキーがハッシュに存在するかどうかを確認します。

hash = {"a" => 1, "b" => 2}
hash.has_key?("a")

実行結果

true

fetch
fetchメソッドは、指定されたキーに関連付けられた値を取得します。キーが存在しない場合、デフォルトの値を返すかエラーを引き起こします。

hash.fetch("c", "default")

実行結果

default

merge
mergeメソッドは、2つのハッシュを結合して新しいハッシュを作成します。

hash2 = {"c" => 3}
hash.merge(hash2)

実行結果

{“a” => 1, “b” => 2, “c” => 3}

ファイル操作

File.open
File.openメソッドは、ファイルを開き、内容を読み書きするためのオブジェクトを返します。

File.open("example.txt", "w") do |file|
  file.puts "Hello, Ruby!"
end

実行結果

example.txtというファイルが作成され、”Hello, Ruby!”というテキストが書き込まれる。

File.read
File.readメソッドは、指定されたファイルの内容を文字列として読み込みます。

content = File.read("example.txt")
content

実行結果

Hello, Ruby!

File.exist?
File.exist?メソッドは、指定されたファイルまたはディレクトリが存在するかどうかを確認します。

File.exist?("example.txt")

実行結果

true

Pythonの便利な標準関数

文字列操作

len()
len()関数は、与えられた文字列、リスト、タプル、辞書などの長さ（要素数）を返します。

text = "Hello, World!"
length = len(text)

実行結果

lengthの値は13

split()
split()関数は、指定した区切り文字に基づいて文字列を分割し、リストとして返します。

sentence = "apple,banana,orange"
fruits_list = sentence.split(",")

実行結果

fruits_listの値は[‘apple’, ‘banana’, ‘orange’]

replace()
replace()関数は、文字列内の指定した部分文字列を別の文字列で置換します。

text = "I love apples."
new_text = text.replace("apples", "bananas")

実行結果

new_textの値は”I love bananas.”

数値計算

abs()
abs()関数は、与えられた数値の絶対値を返します。

value = -5
absolute_value = abs(value)

実行結果

absolute_valueの値は5

round()
round()関数は、与えられた浮動小数点数を最も近い整数に四捨五入します。

decimal_value = 4.7
rounded_value = round(decimal_value)

実行結果

rounded_valueの値は5

random.randint()
random.randint()関数は、指定された範囲内でランダムな整数を生成します。この関数を使用するには、randomモジュールをインポートする必要があります。

import random
random_num = random.randint(0, 10)

実行結果

random_numの値は0から10の間の任意の整数

リスト操作

append()
append()メソッドは、リストの最後に新しい要素を追加します。

fruits = ["apple", "banana"]
fruits.append("cherry")

実行結果

fruitsの値は[“apple”, “banana”, “cherry”]

remove()
remove()メソッドは、指定した値を持つ要素をリストから削除します。

numbers = [1, 2, 3, 2, 4]
numbers.remove(2)

実行結果

numbersの値は[1, 3, 2, 4]

sort()
sort()メソッドは、リストの要素を順番にソートします。

values = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5]
values.sort()

実行結果

valuesの値は[1, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 9]

辞書操作

keys()
keys()メソッドは、辞書内のすべてのキーを返します。

dict_example = {"a": 1, "b": 2}
dict_example.keys()

実行結果

dict_keys([‘a’, ‘b’])

values()
values()メソッドは、辞書内のすべての値を返します。

dict_example.values()

実行結果

dict_values([1, 2])

get()
get()メソッドは、指定されたキーに関連する値を返します。キーが存在しない場合、デフォルト値を返すこともできます。

dict_example.get("c", "Not Found")

実行結果

Not Found

ファイル操作

open()
open()関数は、指定したモードでファイルを開きます。

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, Python!")

実行結果

example.txtというファイルが作成され、”Hello, Python!”というテキストが書き込まれる。

read()
read()メソッドは、ファイルの内容を読み込んで返します。

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
content

実行結果

Hello, Python!

os.path.exists()
os.path.exists()関数は、指定されたファイルまたはディレクトリが存在するかどうかを確認します。

import os
os.path.exists("example.txt")

実行結果

true

まとめ

各言語での標準関数の違いと共通点

各プログラミング言語には、その言語固有の特徴や文化に基づいて、さまざまな標準関数やメソッドが提供されています。それらを効果的に使用することで、開発の速度や品質を向上させることができます。

共通点

文字列操作：ほとんどの言語には、基本的な文字列操作のための関数やメソッドが提供されています。これには、文字列の長さの取得、部分文字列の取得、文字列の置換などが含まれます。
数値計算：絶対値、四捨五入、乱数の生成など、基本的な数学的操作は多くの言語でサポートされています。
データの操作：配列やリストの要素の追加、削除、フィルタリングなどの操作も、多くの言語で標準的に提供されています。

違い

それぞれの言語の文化や哲学に基づき、関数の命名規則や動作が微妙に異なる場合があります。例えば、Pythonのlen()関数は文字列の長さを取得するのに使用されるが、Rubyではlengthメソッドがその役割を果たします。
一部の言語は特定の操作をサポートするための豊富な関数セットを持っている場合があります。たとえば、PHPは配列操作の関数が非常に多いです。

効率的なコーディングのための標準関数の活用方法

標準関数やメソッドを効果的に活用することで、次のような利点が得られます。

開発速度の向上：基本的な操作を行うためのコードを毎回書く必要がなくなるため、開発速度が向上します。
コードの品質向上：標準関数は多くの場合、その言語のコミュニティによってテストされており、バグが少ないとされています。
可読性の向上：標準関数やメソッドの名前は、その機能や動作を示すように設計されているため、コードの可読性が向上します。
効果的な活用のためのヒント：

新しい言語を学ぶ際には、その言語の標準関数やメソッドのドキュメントを確認して、提供されている機能を理解することが重要です。
車輪の再発明を避けるために、必要な操作が標準関数として提供されていないかを常に確認してください。
以上、各プログラミング言語で提供されている標準関数の共通点と違い、および効果的なコーディングのための活用方法について解説しました。これらの知識を活用して、より効率的で品質の高いコードを書くことができるでしょう。