ホチキス先生の「プログラマーと呼ばれたい」

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Archive for the ‘C#’ Category

アドミンティーチャーズの「ラボワーク LW11 - Arduino UNO と Netduino 3 でモーターシールドを使い DC モーターを制御する」

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ラボワーク LW10 - Arduino UNO と Netduino 3 でモーターシールドを使う

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今年の2月から毎月第一土曜日と決めて神戸三宮の会議室を借りて「ラボワーク」と題したマイコンボードの勉強会をしている。11月は第10回目になる。

ラボワーク LW10 - Arduino UNO と Netduino 3 でモーターシールドを使う
https://adminteachers.wordpress.com/2016/10/26/%e3%83%a9%e3%83%9c%e3%83%af%e3%83%bc%e3%82%af-lw10-%ef%bc%8d-arduino-uno-%e3%81%a8-netduino-3-%e3%81%a7%e3%83%a2%e3%83%bc%e3%82%bf%e3%83%bc%e3%82%b7%e3%83%bc%e3%83%ab%e3%83%89%e3%82%92%e4%bd%bf/

4月から毎回テーマを決めてやっている。使っているマイコンボードは Arduino UNO 系のものと Netduino だ。これらのマイコンボードを使うためにドライバを導入したり IDE を設定したりといった準備からはじめて、各種センサやシールドを使ってきた。シールドとは Arduino UNO に取り付ける拡張ボードのことで、様々なシールドが各社から発咳されており、Netduino はこれらのシールドと I/O ピンコンパチブルなので使うことができる。

センサを使い、L チカ、LED チューブなどの制御プログラムを試してきたが、今回からしばらく「動く」ものを試す。まずは「サーボモーター」と「DC モーター」をモーターシールドを使って動かしてみる。「サーボモーター」は実際はモーターシールドを使わずにマイコンボードに直結してもいいのだが、モーターシールドを使った方が接続がわかりやすいだろう。DC モーターを使うにはマイコンボードからの電源供給ではなく別電源が必要になるが、その回路はモーターシールドがしてくれる。

アドミンティーチャーズのラボワークは、会の性質上「情報教育に関心のある方」としているが、必ずしも学校関係者に限定しているわけではないので、興味のある方はぜひ来てほしい。またノートパソコンの Arduino 開発環境は、当日ラボワークで設定することもできるし、ノートパソコンがなくても実習を楽しめる。マイコンボードやパーツは人数分用意している。このように、ラボワークはゆるやかな体験、交流の場なので、気軽に手ぶらで来てもらってかまわない。

アドミンティーチャーズ Web サイト
https://adminteachers.wordpress.com/

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「ラボワーク LW05 – Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」の報告

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今年2月から兵庫県神戸市の三ノ宮駅近くの会議室を借りてやっているマイコンボードの勉強会「ラボワーク」は今月で5回目となった。今回から本格的に Netduino を使うことにした。Netduino は Arduino UNO とI/Oピンコンパチブルのマイコンボードで、Microsoft の .NET Micro Fremework が動いており Visual Studio を使って C# をプログラミング言語として開発することができる。安価で手軽に使いやすい Arduino と C# の充実したライブラリを利用できるパワフルな Netduino の両方を取り上げることで、マイコンボードの活用の幅も広がると考えている。

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今回は 38 種類のセンサーキットを試した。センサーキットを試すには、アナログポートで入力した値を取得して何かの形で表示しなければならない。そこで 4本の LED チューブを備えたマルチファンクションシールドを利用した。マルチファンクションシールドはラボワークの第3回で使ったことがあり、シフトレジスタを介して LED チューブをコントロールするようにできている。そこでアナログポート A5 からの入力値をダイレクトに数値で表示するサンプルスケッチを用意し、ボリュームをつないで確認した後に様々なセンサを取り付けて試した。

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このセンサーキットには、キースイッチ、ロータリーエンコーダスイッチ、タッチセンサ、距離センサ、サウンドセンサ、人感センサ、レーザーセンサ、磁気センサ、磁気リードセンサ、磁気ホールセンサ、温度センサ、赤外線センサ、傾きセンサ、衝撃センサ、水銀センサ、心拍センサ、炎センサ、リードセンサ、光ブロークンモジュール、ジョイスティックモジュール、フォトレジスタ、バイブレーション、ブザー、フルカラーLED、点滅LED、5Vリレーモジュール、などが入っている。似た機能のセンサやアクチュエータが複数あり、どんなセンサなのか想像しがたいものもある。実際に使っても反応がわからないものもあった。またフルカラー LED のようにセンサではないものもあったが、それらは今回テストしなかった。

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今回のラボワークでは、様々なセンサを体験しながら、それらをどう使うかという利用シーンについてもディスカッションができた。またアクチュエータについても試したいという希望もあった。次回以降、またこれらの結果をふまえてラボワークの企画を作っていく。興味のある方はアドミンティーチャーズのサイトから電子メールで申し込みをしてください。

アドミンティーチャーズ
https://adminteachers.wordpress.com/

アドミンティーチャーズの「ラボワーク」、第5回は「Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」をする。

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今年2月から毎月第一土曜日と決めて神戸三ノ宮の会議室を借りてやっているアドミンティーチャーズの「ラボワーク」。第5回は「Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」をする。

38 種類のセンサは、キースイッチ、ロータリーエンコーダスイッチ、タッチセンサ、距離センサ、サウンドセンサ、人感センサ、レーザーセンサ、磁気センサ、磁気リードセンサ、磁気ホールセンサ、温度センサ、赤外線センサ、傾きセンサ、衝撃センサ、水銀センサ、心拍センサ、炎センサ、リードセンサ、光ブロークンモジュール、ジョイスティックモジュール、フォトレジスタ、バイブレーション、ブザー、フルカラーLED、点滅LED、5Vリレーモジュール、などだ。似た機能のセンサやアクチュエータが複数あり、どんなセンサなのか想像しがたいものもある。今回はセンサキットを買っただけで使っていない。ぶっつけ本番の、まさに「ラボワーク」だ。

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また今回から再び Netduino を取り上げる。Arduino と Netduino の両方でプログラミングをする。Netduino はモデルチェンジをしており、Netduino 2 から Netduino 3 となっている。Netduino 3 では I/O ポートが独立したコネクタでボードの片端にまとめられているのでセンサなどを接続しやすい。

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第5回ラボワーク「Netduino 3と 38 種類のセンサキット体験」の詳細は、アドミンティーチャーズの Web サイトで。

アドミンティーチャーズ
https://adminteachers.wordpress.com/

アドミンティーチャーズ「ラボワーク LW05 – Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」
https://adminteachers.wordpress.com/2016/06/03/%e3%83%a9%e3%83%9c%e3%83%af%e3%83%bc%e3%82%af-lw05-netduino-3-%e3%81%a8-38-%e7%a8%ae%e9%a1%9e%e3%81%ae%e3%82%bb%e3%83%b3%e3%82%b5%e3%82%ad%e3%83%83%e3%83%88%e4%bd%93%e9%a8%93/

<概要>

日時:2016年6月4日(土)19:00~20:00
場所:神戸市青少年会館 サークル4号室(6階)
        (前回の勤労会館と同じ建物です)

神戸市中央区雲井通5丁目1番2号
最寄駅は三宮(JR、阪神、阪急、神戸市営地下鉄)徒歩2分から5分
神戸市勤労会館へのアクセス

対象:高等学校の情報教員、または情報教育に関心のある方
定員:15名
申し込み:電子メール

宛先 ad-teachers@outlook.com
件名 「2016年6月4日 ラボワーク LW05 申し込み」
メールの本文にご氏名、所属をお書きください。

100 円均一ショップで買った乾電池チェッカーで Netduino 2 と Arduino UNO の PWM パルス幅変調アナログ出力をチェックする

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100 円均一ショップには電子工作で使えそうなものがたくさんある。電子パーツとして買うとそれなりに値段がするものが手軽に手に入る。100 円均一ショップで売っていたアナログメーター式の乾電池チェッカーを使って Netduino 2 と Arduino UNO の PWM パルス幅変調アナログ出力をチェックする実験をしてみた。

Netduino 2 や Arduino UNO のアナログ出力は PWM パルス幅変調 Pulse Width Modulation であり、実際に出力電圧が変化しているのではない。5V の電圧を出力するにあたってパルスを使い、パルス幅の 5V と 0V の比を変化させることで平均電圧、という表現は正確ではないかもしれないが、疑似的に電圧を変化させるのと同等の効果を得ているのだ。ちなみに Arduino Due には D/A 変換回路が組み込まれており、本物のアナログ出力を行うことができるようだ。

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まず本体を分解する。ニッパーとペンチで角から。分解すると内部はアナログメーターと 4 本の抵抗で構成されていることがわかる。はんだごてではんだを溶かしてばらばらにする。

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念のため元の回路とテスターで測った抵抗の実測値をメモしておく。

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このアナログメーターで、5V の出力値を MAX で表示できるようにすればいい。そこでいくらの抵抗をつなげばよいかをボリュームで調節して決める。ボリュームの値は 800 オームから 1k オームにすればよいことがわかった。

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手元に適当な値の抵抗がなかったので、510 オームの抵抗を 2本直列につなぎ、1.02 kオームにして使うことにした。回路はとりあえず空中配線で。

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Netduino 2 で PWM によるアナログ出力をするには、C# では次のようなコードになる。パルス幅を連続的に変化し、フェードイン、フェードアウトの効果を得る出力だ。

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using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
using Microsoft.SPOT;
using Microsoft.SPOT.Hardware;
using SecretLabs.NETMF.Hardware;
using SecretLabs.NETMF.Hardware.Netduino;

namespace Netduino_Analog_Out_Blink
{
    public class Program
    {
        public static void Main()
        {
            PWM myPWM = new PWM(SecretLabs.NETMF.Hardware.Netduino.PWMChannels.PWM_PIN_D9,100,0,false);
            double myAdd = 0.001;

            myPWM.Start();

            while(true)
            {
                myPWM.DutyCycle = myPWM.DutyCycle + myAdd;
                Thread.Sleep(2);

                if(myPWM.DutyCycle > 0.999)
                {
                    myAdd = myAdd * (-1);
                }
                if(myPWM.DutyCycle < 0.001)
                {
                    myAdd = myAdd * (-1);
                }
            }
        }
    }
}

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これを電池チェッカーのメーターで受け取ると、メーターの針がゆっくりと右へ左へ振れることがわかる。

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Arduino UNO で PWM によるアナログ出力をするには、次のようなスケッチになる。

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int bri = 0;
int myAdd = 5;

void setup()
{
  pinMode(9, OUTPUT);
}

void loop()
{
  analogWrite(9, bri);

  bri = bri + myAdd;

  if (bri == 0 || bri == 255)
  {
    myAdd = myAdd * (-1);
  }
  delay(40);
}

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Microsoft Visual Studio 2015 と SQL Server データベースファイルで開発する「目からうろこ」の C# プログラミングによる成績処理システム(5) – 生徒基本情報のデータを整理してデータベースに保存する下準備をする

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1.既存のデータを集める

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生徒基本情報のようなデータは、成績処理にデータベースを使っていない学校でも、多くはエクセルのような表計算で管理されているだろう。まず校内にある生徒データを集めてエクセルでまとめる。エクセルはこのようなデータ型が決まっていないデータを集めて整理するには使いやすい。

この例でわかるように、表計算のデータはデータとしてそのまま使えない場合がある。よくあるのは、数字に見えるが実際は日本語の2バイトフォント、いわゆる全角文字になっていること、アルファベットも全角と半角が混在していること、よけいな空白が混じっていること、などだ。上の表計算データの例では、氏名が姓と名に分かれておらず、また空白が入っていること、氏名の後ろに何らかの意味を持った記号「・」があること、などだ。

2.氏名データを姓と名に分ける

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どうしても手作業が発生するのは、氏名データから姓と名を分ける作業だ。ここではエクセルの関数を使って氏名のデータから全角と半角の空白と、これも全角と半角の「・」を取り除き、前から2文字を仮に姓だとして、前から3文字以降を名だとして切り取っている。エクセルの表計算上の関数は次のようになる。

「姓名の空白をとる」関数の例 =SUBSTITUTE(SUBSTITUTE(SUBSTITUTE(SUBSTITUTE(E2," ","")," ",""),"・",""),"・","")
「姓を切り取る」関数の例 =LEFT(H2,2)
「名を切り取る」関数 =MID(H2,3,10)

また数字のようで日本語であるかもしれない「学年」や「出席番号」を数字にし、性別からよけいな空白を取り除く、クラスを半角にする、などの処理をする。

「学年を数字にする」関数の例 =VALUE(A2)
「出席番号を数字にする」関数の例 =VALUE(D2)
「性別から空白を取る」関数の例 =SUBSTITUTE(SUBSTITUTE(F2," ","")," ","")
「クラスを半角にする」関数の例 =ASC(C2)

3.テーブル構造の見直しとテーブルを生成する SQL 文の変更

こうして既存のデータを整理すると、生徒基本情報データとしてあったほうが良いフィールドに気づく。ここでは「学科名」と「本科か専修コースか」のデータが必要だと考えた。

本校では、クラス名を学科名からつけている。建築科はクラス名に「A」をつけており、1年生は「A1」、2年生は「A2」といったものだ。したがって生徒が所属するクラス名から学科がわかるが、学科名はフィールドとして持っておいたほうが様々な処理がしやすいと考えた。また本校は一般の高校生が学ぶ「本科」に加えて、いちど高等学校を卒業した社会人が学ぶ「専修コース」があるので、それもデータとして加えたい。

・gakka 学科名 ユニコード可変長文字列型(4)
・honsen クラス名 ユニコード可変長文字列型(2)

「gakka」フィールドには「建築」、「機械」、「電気」、「情報技術」のデータを記録することに、「honsen」フィールドには「本科」または「専修」を記録することにする。

テーブル構造を変えるには、最初に作ったテーブル作成の SQL 文を変更して行う。メモ帳などのテキストファイルにしておいた元の SQL 文を次のように変更する。

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SQL 文のうち、[gakka] で始まる行と [honsen] で始まる行を追加した。

4.テーブルの削除とテーブル生成の SQL 文の実行

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Visual Studio の SQL Server オブジェクトエクスプローラーで、作った dbo.Seito テーブルを削除する。削除はテーブル名をポイントして右クリックし「削除」をする。

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テーブルを削除すると、テーブルにデータがあった場合そのデータがすべてなくなってしまうので、たいへん危険な操作になる。そこで「データベース更新のプレビュー」で、ほんとうに削除して良いか聞かれる。よければ「データベースの更新」をクリックする。

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テーブルがなくなった。

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SQL Server オブジェクトエクスプローラーで「テーブル」フォルダを右クリックし、もういちど「新しいテーブルの追加」を行う。

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ここでデザインビューを操作するのではなく、デザインビューの下の「T-SQL」に先のメモ帳で作り直した SQL 文を貼り付ける。すると上のデザインビューにも SQL 文に相当するデザインが表示される。

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テーブルのデザインビューの左上にある上向き矢印「更新」でデータベースを更新する。

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「データベース更新のプレビュー」で「データベースの更新」ボタンをクリックして更新を実行する。

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下部の「データツール操作」で更新が正常に完了したことがわかる。

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SQL Server オブジェクトエクスプローラーで生成したテーブルを確認する。

次回は整理したデータをテーブルに保存する作業を行う。

Microsoft Visual Studio 2015 と SQL Server データベースファイルで開発する「目からうろこ」の C# プログラミングによる成績処理システム(4) – Microsoft Visual Studio 2015 によるテーブル作成

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1.テーブルの作成

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前回までに Visual Studio の新しいプロジェクトを開始し、SQL Server データベースファイルを作成した。今回は SQL Server データベースファイルにテーブルを作成する。

Visual Studio の「SQL Server オブジェクトエクスプローラー」で SQL Server データベースファイルを展開すると「テーブル」が表示されるが、データベースファイルを作成した直後にはユーザーテーブルがなく、「システムテーブル」というフォルダだけが表示されている。これは SQL Server データベースファイル自体が利用するテーブルで、通常は中身を見ることがない。ユーザーが利用するテーブルを作成するには、「テーブル」フォルダを右クリックし「新しいテーブルの追加」を行う。

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Visual Studio の「SQL Server オブジェクトエクスプローラー」で「テーブル」フォルダを右クリックし「新しいテーブルの追加」を行うと、このようにテーブルのデザインビューが表示される。画面の左上にはデフォルトで「名前」、「データ型」、「Nullを許容」、「規定」の要素がある。これらを設定しながらテーブルの構造を決めていく。

2.生徒基本情報を保存するテーブルを作成する

まず生徒の氏名など基本情報を保存するテーブルを作成する。成績処理に必要な項目は何かを考えながらフィールドを決めていく。ここでは次のようなフィールドを作成することにした。

・seitoID 生徒番号 文字列型(6) 主キー
・sei 姓 ユニコード可変長文字列型(50)
・mei 名 ユニコード可変長文字列型(50)
・nen 学年 整数型
・class クラス名 1バイト可変長文字列型(3)
・num 出席番号 整数型
・sex 性別 ユニコード文字型
・birthday 生年月日 日付型
・nyunen 入学年度 整数型
・state 在籍状態 整数型

3.フィールド定義の考え方

ひとりの生徒に対して一意の「生徒番号」を与え、生徒個人にひとつの要素をフィールドとして用意する。姓、名、などだ。性別、生年月日、入学年度なども生徒ごとに決まった不変の値をとる。

学年、クラス、出席番号は、年度ごとに値が変わるフィールドになる。これは別テーブルにして年度ごとのデータを集積しなければならないが、生徒データにも現在の状態を記録することが望ましい。学年やクラスでデータを選択することが多いからだ。同様に、場合によっては姓、名も在学中に変わるケースがある。これも別テーブルで管理しなければならないが、現在の姓、名は生徒基本上でわかるようにしておきたい。これは厳密には「正規化」の概念に反することになる。データベース関係の書籍にはテーブル構造を考えるときに「正規化」をしなさい、と書かれているが、硬直的に正規化すると実際のデータ運用上クエリが複雑になるなど問題がおこる。このあたりは、ある程度データベース運用の経験を積むとわかってくる。「正規化」の考え方を理解した上で、実際にどこまで正規化をするかは、どのような処理をしたいのかを念頭におきながら設計していく。

4.データの型の考え方

次にデータの「型」をどうするかを考える。数値なのか文字なのか、コード化するかしないかは難しい選択だ。データベースは表計算ソフトなどでの集計と違い、それぞれのフィールドはデータの「型」を決めなけらばならない。

合計や平均を計算する必要があるデータは数値とする。たとえば出席日数や欠席時間数、成績といった項目だ。だが数字に見えても文字列型として処理することが望ましい場合もある。ゼロで始まるような数字、たとえば電話番号は数値型としては最初のゼロを記録することができなくなるため文字列型にする。学籍番号もゼロで始まる番号が与えられる可能性があれば、文字列型にする。

コード化するかどうかも選択が難しい。たとえば性別をコード化し、男は「1」、女は「2」とすることは考えがちだが、性別は多くの帳票で表示されるため、性別をコード化すると多くのクエリでテーブルの追加または表示のためのコードが必要となってしまう。漢字ならデータは2バイト、コードなら1バイトとデータ量は異なるが、「男」、「女」とデータを作っておくことが運用上望ましい。正確に分類集計したいとき、コード化しなければデータの統一性が失われる危険がある場合はコード化する。この例では「在籍状態」をコード化することにした。在籍状態は、通常を「1」、休学を「2」、転出を「3」、退学を「4」、卒業を「5」のように決める。コード化することにより、成績処理などでは在籍状態=1、在籍生徒数をカウントするときは在籍状態>=2、卒業生を集計するときは在籍状態<=5のようにして選択できる。ここを日本語で管理すると、「転出」を「転学」と記録してしまうなどデータの統一性が失われてしまう。

5.テーブルの作成

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テーブルのデザインビューで、既定で最初に「Id」という名前、データ型が「int」のフィールドがあり、そこには鍵のアイコンがついている。これは「主キー」である印だ。これを、フィールド名を「seitoID」に、データ型を「char(6)」に変更する。そして続くフィールドも設定していく。

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フィールドの名前、データ型などを決めたら、最後に「Nullを許容」のチェックを全部外そう。

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「Null」を許容にしておくと、データを登録しなくてもよいフィールドとなり、処理のときに例外が発生する可能性がある。もし何らかの事情で、一時的に「Null」データのまま処理したいケースが出てくる場合はチェックしたままにするが、後のことを考えると「Null」は許容しない方がよいだろう。

6.テーブル生成の SQL 文

フィールドを決めていくと、デザインビューの下の「T-SQL」のところに、CREATE TABLE ではじまるテーブルを定義する SQL 文ができあがっていくのがわかる。データベースにテーブルを作成する操作はこの SQL 文によってされるが、このようなテーブルの構造や構成を定義するために用いられる SQL 文を DDL(Data Definition Language)といい、データを操作する SQL 文である DML(Data Manipulation Language)、データへのアクセス権限などを制御する SQL 文であるDCL(Data Control Language)と区別される。

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SQL 文では CREATE TABLE [dbo].[Table] となっていることがわかる。これは「Table」という名前のテーブルを生成する、という意味だ。テーブル名は「Seito」としたいので、SQL 文の最初の行を CREATE TABLE [dbo].[Seito] のように変更する。

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SQL 文の最初の行を CREATE TABLE [dbo].[Seito] に変更した。

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7.SQL 文の保存

作った SQL 文は実行する前に選択して右クリックで「コピー」すると保存することができる。後でテーブル構造を見直したいときなど、SQL 文をコピーしておくと作業のやりなおしがしやすい。

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コピーした SQL 文はメモ帳などに貼り付けて一括管理しておくといい。

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8.データベースの更新でテーブルを作成する

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テーブル構造が決定したら、テーブルのデザインビューの上部にある上向きの矢印「更新」でデータベースの更新をする。

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「データベース更新のプレビュー」ウィンドウが表示されるので「データベースの更新」ボタンをクリックして更新する。これでデータベースに SQL 文が実行され、テーブルが生成する。このとき「スクリプトの生成」ボタンをクリックすると、テーブル生成の DDL 文、CREATE TABLE 文をファイルに保存することもできる。

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データベースの更新が正常に実行できたら、テーブルのデザインビューの下にある「データツール操作」ウィンドウに更新の手順が示される。

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テーブルができたら「SQL Server オブジェクトエクスプローラー」で確認する。ビューを最新の状態に更新すると、「テーブル」フォルダの配下に「dbo.Seito」テーブルができており、テーブル名を展開するとフィールドが列挙される。

次回はこのテーブルに生徒基本情報を保存しよう。