C# で整数と浮動小数点数を使用する方法

[アーティクル]
04/08/2023

このチュートリアルでは、C# の数値型について説明します。少量のコードを記述したら、そのコードをコンパイルして実行します。このチュートリアルには、C# の数値と算術演算に関する一連のレッスンが含まれています。これらのレッスンでは、C# 言語の基本を説明します。

ヒント

フォーカスモード内にコードスニペットを貼り付けるには、キーボードショートカット (Ctrl + v、または cmd + v) を使用する必要があります。

前提条件

このチュートリアルでは、ローカル開発用にセットアップされたコンピューターがあることを想定しています。インストール手順と .NET でのアプリケーション開発の概要については、「ローカル環境をセットアップする」を参照してください。

ローカル環境のセットアップをスキップしたい場合は、このチュートリアルの対話型 (ブラウザー内) バージョンを参照してください。

整数の演算の確認

「numbers-quickstart」という名前のディレクトリを作成します。それを現在のディレクトリにして、次のコマンドを実行します。

dotnet new console -n NumbersInCSharp -o .

重要

.NET 6 の C# テンプレートでは "最上位レベルのステートメント" が使用されます。 .NET 6 に既にアップグレードしている場合、お使いのアプリケーションはこの記事のコードに一致しないかもしれません。詳細については、「新しい C# テンプレートで、最上位レベルのステートメントが生成される」の記事を参照してください。

.NET 6 SDK により、次の SDK を使用するプロジェクトに対して "暗黙的な" ディレクティブセットも追加されます。

Microsoft.NET.Sdk
Microsoft.NET.Sdk.Web
Microsoft.NET.Sdk.Worker

これらの暗黙的な global using ディレクティブには、プロジェクトの種類に応じて最も一般的な名前空間が含まれます。

詳細については、「暗黙的な using ディレクティブ」の記事を参照してください

好みのエディターで Program.cs を開き、ファイルの内容を次のコードで置き換えます。

int a = 18;
int b = 6;
int c = a + b;
Console.WriteLine(c);

コマンドウィンドウで「dotnet run」を入力し、このコードを実行します。

整数を使用した基本的な算術演算の 1 つを確認しました。 int 型は、intを表します (ゼロ、正の整数、または負の整数)。加算には + 記号を使用します。他の一般的な整数の算術演算には次のものがあります。

-: 減算
*: 乗算
/: 除算

まずは、上記の各種演算を実行してみます。 c の値を記述した行の後に、次の数行を追加します。

// subtraction
c = a - b;
Console.WriteLine(c);

// multiplication
c = a * b;
Console.WriteLine(c);

// division
c = a / b;
Console.WriteLine(c);

コマンドウィンドウで「dotnet run」を入力し、このコードを実行します。

必要であれば、同じ行で複数の算術演算を記述することもできます。例として c = a + b - 12 * 17; を試してみてください。変数と定数を混在させることができます。

ヒント

C# (または何らかのプログラミング言語) について詳しく学習するに従い、コードを記述する際にミスをすることもあるでしょう。 コンパイラは、そうしたエラーを発見して報告します。エラーメッセージが出力された場合は、例のコードをよく確認して、ウィンドウで修正すべきコードを見つけます。こうした実習が C# コードの構造を理解するのに役立ちます。

最初の手順が完了しました。次のセクションを始める前に、現在のコードを別の "メソッド" に移動しましょう。メソッドは、グループ化された一連のステートメントであり、名前が付けられています。メソッドを呼び出すには、メソッドの名前の後に () を記述します。コードをメソッドに整理しておくと、新しい例の作業を簡単に始めることができます。完成したコードは次のようになります。

WorkWithIntegers();

void WorkWithIntegers()
{
    int a = 18;
    int b = 6;
    int c = a + b;
    Console.WriteLine(c);


    // subtraction
    c = a - b;
    Console.WriteLine(c);

    // multiplication
    c = a * b;
    Console.WriteLine(c);

    // division
    c = a / b;
    Console.WriteLine(c);
}

WorkWithIntegers(); の行でメソッドを呼び出しています。その後のコードでメソッドが宣言され、定義されています。

演算の順序の確認

WorkingWithIntegers() の呼び出しをコメントアウトします。こうしておくと、このセクションの作業を進めるにあたって出力がすっきりします。

//WorkWithIntegers();

C# では、// の後ろが//になります。コードとしては実行せずにソースコード内に残したい任意のテキストを、コメントにすることができます。コンパイラは、コメントから実行可能コードを生成しません。 WorkWithIntegers() はメソッドであるため、コメントアウトする必要があるのは 1 行だけです。

C# 言語は、数学で学んだ規則と同じ規則で各演算の優先順位を定義します。乗算と除算は、加算と減算よりも優先されます。 WorkWithIntegers() の呼び出しの後に次のコードを追加し、dotnet run を実行して、それを調べます。

int a = 5;
int b = 4;
int c = 2;
int d = a + b * c;
Console.WriteLine(d);

出力を見ると、加算の前に乗算が実行されていることがわかります。

最初に実行したい演算を囲むように丸かっこを追加することで、演算の順序を変えることができます。次の行を追加して、もう一度実行します。

d = (a + b) * c;
Console.WriteLine(d);

さまざまな演算を多数組み合わせて、他にも試してみましょう。次の行のようなものを何か追加します。もう一度 dotnet run を実行してください。

d = (a + b) - 6 * c + (12 * 4) / 3 + 12;
Console.WriteLine(d);

整数について面白い動作をしていることに気づいたでしょうか。結果に小数点や小数部分が含まれると予想される場合でも、整数の除算は常に整数の結果を算出します。

この動作を確認できない場合は、次のコードを試してください。

int e = 7;
int f = 4;
int g = 3;
int h = (e + f) / g;
Console.WriteLine(h);

もう一度 dotnet run を入力して結果を確認します。

続行する前に、このセクションで記述したコードをすべて新しいメソッドに移します。新しいメソッドを OrderPrecedence とします。コードは次のようになります。

// WorkWithIntegers();
OrderPrecedence();

void WorkWithIntegers()
{
    int a = 18;
    int b = 6;
    int c = a + b;
    Console.WriteLine(c);


    // subtraction
    c = a - b;
    Console.WriteLine(c);

    // multiplication
    c = a * b;
    Console.WriteLine(c);

    // division
    c = a / b;
    Console.WriteLine(c);
}

void OrderPrecedence()
{
    int a = 5;
    int b = 4;
    int c = 2;
    int d = a + b * c;
    Console.WriteLine(d);

    d = (a + b) * c;
    Console.WriteLine(d);

    d = (a + b) - 6 * c + (12 * 4) / 3 + 12;
    Console.WriteLine(d);

    int e = 7;
    int f = 4;
    int g = 3;
    int h = (e + f) / g;
    Console.WriteLine(h);
}

整数の有効桁数と制限の確認

この最後のサンプルでは、整数の除算における結果の切り捨てについて確認します。 modulo 演算子 ( 文字) を使用して、剰余を得ることができます。 OrderPrecedence() のメソッド呼び出しの後で、次のコードを試します。

int a = 7;
int b = 4;
int c = 3;
int d = (a + b) / c;
int e = (a + b) % c;
Console.WriteLine($"quotient: {d}");
Console.WriteLine($"remainder: {e}");

C# の整数型は算術における整数ともう 1 つ異なる点があります。それは int 型には最小値と最大値の制限があるということです。次のコードを追加して、それらの制限を確認します。

int max = int.MaxValue;
int min = int.MinValue;
Console.WriteLine($"The range of integers is {min} to {max}");

計算によってこれらの制限を超える値が作られると、アンダーフローまたはオーバーフローの状態になります。計算の結果が 1 つの制限からもう 1 つの制限に折り返されているように見えます。次の 2 行を追加して、例を確認します。

int what = max + 3;
Console.WriteLine($"An example of overflow: {what}");

計算の結果が最小値の (負の) 整数に極めて近いことに注目してください。これは min + 2 と同じです。加算演算が許容された整数値をオーバーフローしました。整数がオーバーフローして最大値から最小値に ”折り返され” たため、計算結果が非常に大きな負の値になっています。

他にもさまざまな制限や有効桁数を持つ数値型があり、int 型がご自分のニーズと合わない場合は、そちらも使用できます。次に、その他の型について説明します。次のセクションを始める前に、このセクションで記述したコードを別のメソッドに移します。これに TestLimits という名前を付けます。

double 型の処理

double 数値型は、倍精度浮動小数点数を表します。こうした用語を初めて見た人もいるかもしれません。 浮動小数点数は、非常に大きな、または非常に小さな、整数ではない数値を表すのに役立ちます。 倍精度は、値の保管に使用される二進数の数値を表す相対語です。 倍精度数値は、単精度に比べ、二進数の数値が 2 倍になります。最近のコンピューターでは、単精度よりも倍精度の数値を使用する方が一般的です。 単精度数値は、キーワードを使用して宣言されます。確認してみましょう。次のコードを追加して結果を確認します。

double a = 5;
double b = 4;
double c = 2;
double d = (a + b) / c;
Console.WriteLine(d);

計算結果に商の小数部分が含まれていることに注目してください。 double 型を使用して、もう少し複雑な式を試します。

double e = 19;
double f = 23;
double g = 8;
double h = (e + f) / g;
Console.WriteLine(h);

double 値は整数値よりも範囲が大きくなります。これまでに記述したコードの下で、次のコードを試します。

double max = double.MaxValue;
double min = double.MinValue;
Console.WriteLine($"The range of double is {min} to {max}");

これらの値は指数表記で出力されます。 E の左側は有効数字です。右側の数値は指数であり、10 の累乗です。算術における 10 進数と同じように、C# における double には丸め誤差が発生することがあります。次のコードを試してみましょう。

double third = 1.0 / 3.0;
Console.WriteLine(third);

0.3 の無限の繰り返しは 1/3 と完全に同じではありません。

課題

double 型を使用して、大きい値や小さい値、乗算、除算などの計算してみましょう。もっと複雑な計算を試してみてください。しばらく試してみたあとは、これまでに記述したコードを新しいメソッドに移します。新しいメソッドに WorkWithDoubles という名前を付けます。

10 進型を扱う

C# の基本的な数値型である整数と double について見てきました。もう 1 つ知っておくべき型として、decimal 型があります。 decimal 型は、double 型よりも範囲は小さいですが、有効桁数が大きい型です。では、始めましょう。

decimal min = decimal.MinValue;
decimal max = decimal.MaxValue;
Console.WriteLine($"The range of the decimal type is {min} to {max}");

double 型よりも範囲が小さいことに注目してください。次のコードを実行すると、decimal 型では有効桁数がより大きいことを確認できます。

double a = 1.0;
double b = 3.0;
Console.WriteLine(a / b);

decimal c = 1.0M;
decimal d = 3.0M;
Console.WriteLine(c / d);

数値の末尾の M は、定数では decimal 型を使用する必要があることを示しています。それ以外の場合、コンパイラは double 型を想定します。

注意

文字 M は、double キーワードと decimal キーワードの間で最も視覚的に区別される文字として選択されています。

decimal 型を使用した演算では、小数点の右側の桁数がより多いことに注目してください。

課題

さまざまな数値型を確認したので、次は半径が 2.50 センチメートルの円の面積を計算するコードを記述してみます。円の面積は、半径の 2 乗 x 円周率です。ヒント: .NET には Math.PI という円周率の定数があり、その値を使用できます。 Math.PI は、System.Math 名前空間で宣言されているすべての定数と同様に、double 値です。そのため、この課題では decimal 値の代わりに double を使用してください。

答えは 19 と 20 の間になるはずです。 GitHub にある完成版のサンプルコードで答えを確認できます。

お好みで他の数式を試してみてください。

これで "C# の数値" に関するクイックスタートは終了です。続けて独自の開発環境で分岐とループのクイックスタートに進むことができます。

C# の数値の詳細については、次の記事で学習できます。