07 標準ライブラリ関数まとめ（math / stdio / stdlib / string）
C言語の標準ライブラリには、数学計算・入出力・変換・文字列操作などの便利な関数が用意されている。2級では「どの関数がどのヘッダに属するか」「戻り値の型と意味」がよく問われる。ここでは試験範囲の4つのヘッダ（<math.h> / <stdio.h> / <stdlib.h> / <string.h>）の主な関数を表にまとめる。
✅ この章のゴール：① 主要関数が属するヘッダを言える（例：sqrt/pow→math.h）② 戻り値の型と意味が分かる（例：fabs→double、strcmp→等しいと0）③ EOF／NULL／'¥0' の3つの「終わり・空」を区別できる。
💡 関数名は語源（英語の略）で覚えると忘れにくい。cpy=copy、cat=concatenate（連結）、cmp=compare（比較）、chr=character（文字）、len=length（長さ）、n=number（文字数）、r=reverse（後ろから）など。各表のかっこ内に語源を記載した。
07-1 数学関数（math.h）
数値計算を行う関数群。引数・戻り値は基本的に double 型。三角関数の角度はラジアンで与える。
| 関数 | 機能 | 語源・備考 |
|---|
cos(x) | x の余弦（コサイン）を返す（x はラジアン） | cosine |
sin(x) | x の正弦（サイン）を返す（x はラジアン） | sine |
tan(x) | x の正接（タンジェント）を返す（x はラジアン） | tangent |
exp(x) | e の x 乗を返す（指数関数） | exp＝exponential（指数） |
log(x) | 自然対数（底 e）を返す（x > 0） | log＝logarithm（対数） |
log10(x) | 常用対数（底 10）を返す（x > 0） | log の底10版 |
pow(x, y) | x の y 乗を返す | pow＝power（累乗） |
sqrt(x) | x の平方根（ルート）を返す（x ≧ 0） | sqrt＝square root（平方根） |
ceil(x) | x 以上の最小の整数に切り上げる | ceil＝ceiling（天井）↑ |
floor(x) | x 以下の最大の整数に切り捨てる | floor（床）↓ |
fabs(x) | x の絶対値を返す（double 型） | f＝floating-point（浮動小数点） |
✅ fabs の f は floating-point（浮動小数点）の意味で、扱うのは float ではなく double。「f だから float」と早合点しないこと。整数の絶対値は abs（stdlib.h）を使う。
⚠ ceil（天井＝切り上げ↑）と floor（床＝切り捨て↓）の向きを取り違えやすい。例：ceil(2.1)=3.0、floor(2.9)=2.0。どちらも戻り値は double。
07-2 入出力関数（stdio.h）
画面・キーボード・ファイルとの入出力を行う。まず覚えるべき用語・定数から。
| 用語／定数 | 説明 |
|---|
NULL | 何も指していないことを表す定数ポインタ（ヌルポインタ） |
EOF | ファイルの終端（End Of File）を示す。整数値 -1 |
FILE | ファイルを扱うための構造体の型 |
stdin / stdout / stderr | 標準入力 / 標準出力 / 標準エラー出力のストリーム |
ファイルのオープンとクローズ
| 関数 | 説明 |
|---|
fopen(filename, mode) | ファイルを開き、FILE 構造体へのポインタを返す。失敗時は NULL を返す |
fclose(stream) | ファイルを閉じる。成功時は 0、失敗時は EOF を返す |
文字単位の入出力
| 関数 | 説明 |
|---|
fgetc(stream) | 1文字読み取る（int 型で返すので EOF と比較できる） |
getc(stream) | fgetc とほぼ同じ |
ungetc(c, stream) | 読み取った1文字を入力ストリームに戻す（次回の入力で再び取得される） |
fputc(c, stream) | 1文字書き込む |
putc(c, stream) | fputc とほぼ同じ |
文字列・行単位の入出力
| 関数 | 説明 |
|---|
fgets(s, size, stream) | 1行（文字列）を読み取る。最大 size-1 文字＋'¥0' |
gets(s) | 1行読み取る（非推奨・サイズ指定がなく安全性に問題あり） |
fputs(s, stream) | 文字列を書き込む |
puts(s) | 文字列を出力し、末尾に改行を付ける |
書式付き入出力
| 関数 | 説明 |
|---|
fscanf(stream, format, ...) | ファイルから書式付きで読み取る |
fprintf(stream, format, ...) | ファイルへ書式付きで出力する |
sscanf(s, format, ...) | 文字列から書式付きで読み取る（s＝string） |
sprintf(s, format, ...) | 文字列へ書式付きで出力する（s＝string） |
✅ 3つの「終わり・空」を区別：EOF＝ファイル（入力）の終わり（整数 -1）／ NULL＝どこも指さないポインタ（fopen 失敗の戻り値）／ '¥0'（ヌル文字）＝文字列の終わり。試験で混同を狙われる定番ポイント。
💡 先頭の f は file/stream 版、s は string 版と読むと整理しやすい。printf→画面、fprintf→ファイル、sprintf→文字列。scanf 系も同様。
07-3 一般ユーティリティ関数（stdlib.h）
文字列→数値の変換、乱数、整数の絶対値などの汎用関数。
| 関数 | 説明 |
|---|
NULL | 何も指していないことを表す定数ポインタ（ヌルポインタ） |
atof(nptr) | 文字列を double に変換（a to f＝ASCII to float） |
atoi(nptr) | 文字列を int に変換（a to i＝ASCII to integer） |
atol(nptr) | 文字列を long に変換（a to l＝ASCII to long） |
rand(void) | 乱数を生成する（0 〜 RAND_MAX） |
srand(unsigned seed) | 乱数の種（seed）を設定して初期化する |
abs(X) | X の絶対値を返す（int 型） |
labs(X) | X の絶対値を返す（long 型） |
✅ atoi("123") は文字列 "123" を整数 123 に変換する。「文字の '1''2''3'」と「数値の 123」は別物で、計算に使うには変換が必要。
✅ 絶対値は型で使い分け：整数なら abs（int）/ labs（long）、浮動小数点なら fabs（math.h・double）。
⚠ 配列の要素数を求めるのは関数ではなく演算子 sizeof：sizeof(配列) / sizeof(配列[0])。sizeof は stdlib.h の関数ではなく、言語が持つ演算子（#include 不要）である点に注意。
07-4 文字列操作関数（string.h）
文字列（char 配列）のコピー・連結・比較・検索・長さを扱う。詳しくは 01 文字列操作 の章も参照。
| 関数 | 説明 | 語源 |
|---|
NULL | 何も指していないことを表す定数ポインタ（ヌルポインタ） | — |
size_t | 配列サイズ・長さなどを表す型（定義は stddef.h） | — |
strcpy(dest, src) | src を dest へコピーする | str＝string、cpy＝copy |
strncpy(dest, src, n) | src から最大 n 文字だけ dest へコピーする | n＝number（文字数） |
strcat(dest, src) | src を dest の末尾へ連結する | cat＝catenate（連結） |
strncat(dest, src, n) | src から最大 n 文字だけ末尾へ連結する | n＝number |
strcmp(s1, s2) | 2つの文字列を比較する。等しいと 0、s1>s2 なら正、s1<s2 なら負を返す | cmp＝compare（比較） |
strncmp(s1, s2, n) | 先頭 n 文字だけ比較する | n＝number |
strchr(s, c) | s の中で文字 c が最初に現れる位置のアドレスを返す | chr＝character（文字） |
strrchr(s, c) | s の中で文字 c が最後に現れる位置のアドレスを返す | r＝reverse（後ろから） |
strstr(s1, s2) | s1 の中に s2 が含まれる位置のアドレスを返す | str in str（文字列内検索） |
strlen(s) | 文字列の長さを返す（'¥0' は含まない） | len＝length（長さ） |
✅ strcmp は等しいと 0（0 以外＝違う、と覚える）。if (strcmp(a, b) == 0) で「同じ文字列か」を判定する。
✅ strlen("Hello") は 5。終端文字 '¥0' を数えないので、配列サイズ（6）とは1だけ違う。
✅ 名前の n 付き（strncpy/strncat/strncmp）は文字数 n を指定する版。r 付き（strrchr）は後ろから探す版。
07-5 使用例（C89スタイル）
変数宣言は関数の先頭でまとめて行う（C89）。下は各ヘッダの関数を1つずつ使った例。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
int main(void)
{
char msg[20]; /* 変数はすべて先頭でまとめて宣言（C89） */
int len;
int n;
double r;
strcpy(msg, "Hello"); /* "Hello" をコピー */
len = strlen(msg); /* 5（'¥0' は数えない） */
n = atoi("123"); /* 文字列 "123" → 整数 123 */
r = sqrt(16.0); /* 平方根 → 4.0 */
printf("msg=%s len=%d¥n", msg, len);
printf("n=%d sqrt(16)=%f¥n", n, r);
return 0;
}
実行結果：
msg=Hello len=5
n=123 sqrt(16)=4.000000
07-6 まとめ
- math.h：
sin/cos/tan/exp/log/pow/sqrt/ceil/floor/fabs。fabs は double。
- stdio.h：
fopen/fclose、fgetc/fputc、fgets/fputs/puts、fprintf/sprintf など。fopen 失敗は NULL。
- stdlib.h：
atof/atoi/atol（文字列→数値）、rand/srand、abs/labs。
- string.h：
strcpy/strcat/strcmp/strchr/strstr/strlen ほか。strcmp は等しいと 0、strlen は '¥0' を数えない。
- 3つの「終わり・空」：
EOF＝ファイル終端 ／ NULL＝空ポインタ ／ '¥0'＝文字列終端。