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10分でわかる – Visual Studio と C# で理解するオブジェクト指向プログラミング

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オブジェクト指向は現代プログラミングにおいては強力な手法だが、高度に抽象化された概念を伴うため理解するには適切な学習と訓練が必要である。そこで Visual Studio 2017 を使った C# プログラミングにより、具体的な例をあげて、オブジェクト指向を説明してみよう。

たとえばフォーム上にボタンがあり、ボタンの大きさをスライダの操作によって変化させるようなプログラムを考えよう。Visual Studio ならツールボックスにボタンコントロールとトラックバーが用意されているので、マウス操作だけでフォーム上に配置することができる。

OOP_001

OOP_002

トラックバーで変化させる値の範囲を、0から300にしよう。それには作成した trackBar1 のプロパティをプロパティウィンドウで変更する。Minimum の値は 0 のまま、Maximum の値を 300 に変更する。

OOP_003

次にトラックバーをマウスでダブルクリックし、トラックバーのスクロールイベントを作成する。ここに次のコードを書こう。これはオブジェクト指向ではないプログラミングの例だ。

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button1.Height = trackBar1.Value;
button1.Width = trackBar1.Value;

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OOP_004

ビルドして実行する。すると、スクロールバーを動かすことでボタンの高さの値と幅の値がスクロールバーの値になるので、大きさが変化する。ちゃんと動くプログラムができる。

OOP_005

OOP_006

OOP_007

フォームの大きさに対して 300 というボタンのサイズは大きすぎるので、スライダを右端によせればボタンがフォームからはみ出すようになる。

では、ここからだ。

スライダの値範囲は 0 ~ 300 のままとし、スライダを操作してもボタンのサイズが 100 ~ 200 の範囲に留まるようにプログラムを書き換えよう。if 文を知っていれば、たいてい次のようにコードを書くだろう。

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if (trackBar1.Value > 100 && trackBar1.Value < 200)
{
button1.Height = trackBar1.Value;
button1.Width = trackBar1.Value;
}

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OOP_008

もちろん、これで求める動作をするアプリケーションが得られる。しかし、オブジェクト指向では、こう考える。ボタンのサイズが 100 から 200 の範囲に留まるのは操作をする側で調節するのではなく、ボタン自体の性質にするべきだと考える。サイズを 100 以下にする指示や 200 以上にする指示を無視するように実装するのだ。

ではオブジェクト指向でやってみよう。

それにはもともと用意されたボタンオブジェクトに変更を加える必要がある。そこでオブジェクト指向の「継承」という概念を用いる。「継承」は、あるオブジェクトの性質を引き継ぐ別のオブジェクトを作る方法である。次のコードでは「継承」を利用して custumButton のオブジェクトを作っている。

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class CustomButton : Button
{

}

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そして Form1 クラスに myCustomButton の名前で CustomButton オブジェクトを作り、フォームの Load イベントで myCustomButton のインスタンスを生成してフォームに表示する。

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CustomButton myCustomButton;

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myCustomButton = new CustomButton();
this.Controls.Add(myCustomButton);

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OOP_009

この状態でビルドすると、フォームの左上にボタンができているが、これは Button オブジェクトを継承して作った CustomButton である。ただ、この CustomButton には何もコードを付け加えていないので、このままでは単なるボタンと同じである。

OOP_010

次に、この CustomButton に自分のサイズを変更するメソッドを定義する。こんなかんじだ。

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public void changeSize(int x)
{
this.Height = x;
this.Width = x;
}

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これにより CustomButton オブジェクトは changeSize メソッドを持つことになり、myCustomButton.changeSize(100) のようにしてサイズを変更できるようになる。

ここでさらに、ボタンのサイズを 100 ~ 200 に限定するため、次のようにコードを書き加える。

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public void changeSize(int x)
{
if (x > 100 && x < 200)
{
this.Height = x;
this.Width = x;
}
}

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このことにより、ボタン自身がサイズの変更を 100 ~ 200 の場合のみ受け付けるようになる。トラックバーのスクロールイベントには次のようなコードを書く。

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myCustomButton.changeSize(trackBar1.Value);

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OOP_011

OOP_012

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OOP_014

これにより、ボタンのサイズを変更するプログラムは、全体のコードでは changeSize メソッドを利用して「大きさ変われ」と指示を出し、それを受けたカスタムボタンオブジェクト自身が指示通り動くかどうかを判断して動くようになる。カスタムボタンは 100 ~ 200 の値しか受け付けないので、それ以外の指示を出しても無視する挙動をする。オブジェクトにふるまいを実装することで、値の指示範囲を主プログラム側で気にする必要がなくなるのだ。

さらに CustomButton クラスの記述を分離コードの Form1.Designer.cs に移動すると、プログラム全体はより見やすくなる。

OOP_015

OOP_016

さらに c# には、オーバーロードという概念があり、同じ名前のメソッドでも引数の型が異なれば重複して実装することができる。たとえばこのカスタムボタンに、サイズが 150 × 150 の決まった「mid」サイズの定義があるとして、それを次のように定義することができる。

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public void changeSize(string x)
{
this.Height = 150;
this.Width = 150;
}

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OOP_017

全体のコードでは、数値で大きさを変える changeSize メソッドと同じ名前でカスタムボタンに「ミッドサイズになれ」と指示を出すことができる。

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myCustomButton.changeSize(“mid”);

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新しくフォームに作ったボタンをクリックして「ミッドサイズ」にするコードは次の通りだ。

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OOP_018

このようにオブジェクト指向プログラミングでは「ふるまい」をオブジェクトの側に実装し、全体のプログラムからは

180 × 180 の大きさになれ

myCustomButton.changeSize(180);

ミッドサイズの大きさになれ

myCustomButton.changeSize(“mid”);

といった指示を出すように書くことができるようになる。このことでオブジェクトのふるまいがオブジェクト自身に記述され、プログラム全体が見やすく、また合理的にコントロールできるようになる。

2018年3月8日

松本 吉生(まつもとよしお)
Microsoft MVP Data Platform

1961年京都に生まれ、神戸で幼少期を過ごす。大学で応用化学を学んだのち、理科教諭として高等学校に勤務する。教育の情報化が進む中で校内ネットワークの構築運用に従事し、兵庫県立明石高等学校で文部科学省の「光ファイバー網による学校ネットワーク活用方法研究開発事業」に携わる。兵庫県立西宮香風高等学校では多部制単位制の複雑な教育システムを管理する学籍管理データベースシステムをSQL ServerとInfoPath、AccessなどのOfficeソフトウエアによるOBA開発で構築・運用する。現在は兵庫県立神戸工業高等学校でC#プログラミング、IoTなどのコンピュータ教育を行う。2004年からマイクロソフトMVP(Microsoft Most Valuable Professional)を受賞し、現在14回目の連続受賞。2016年にマイクロソフト認定教育者(Microsoft Innovative Educator Experts : MIEE)を受賞し、現在3回目の連続受賞。

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C# プログラミング – Visual Studio 2017 で作る Windows Form アプリケーションで起動時にテキストファイルを読み込む。

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教科「情報」の「情報の科学」の授業で、定期的に文字入力のトレーニングをするための簡単なプログラムを作っている。あらかじめ登録されたテキストと同じテキストをテキストボックスに入力し、正しく入力できたか、何文字入力したか、入力にかかった時間は何分何秒か、を記録するトレーニングツールだ。

文字入力トレーニングソフトの画面_mid_640

フォームのイメージはこんなかんじ。テキストボックスは「開始」のボタンが押されるまでは使えないようにしておき、「開始」で時間を計測する。「終了」で時間の計測を終え、入力できた文字列を評価する。

このプログラムを生徒に配布するのだが、入力原稿に相当するテキストを、その都度プログラム内に保存しなければならない。このとき、原稿テキストをテキストファイルにしておき、プログラムを起動するときに読み込むようにした。テキストファイルはプログラムと同じフォルダに置いてもいいが、ファイルが丸見えでは触られてしまう可能性が高いので「settings」フォルダの下に入れることとした。

文字入力トレーニングソフトの画面_002_mid_640_480

プログラムでテキストファイルを読み込むコードは次のとおりだ。

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myFileName = @”settings\inputtext.txt”; //テキストファイルの場所を示す
enc = System.Text.Encoding.GetEncoding(“shift_jis”); //エンコーディングを指定

//テキストファイルの読み込み
try
{
myInputTextString = System.IO.File.ReadAllText(myFileName, enc);
}
catch
{
MessageBox.Show(“テキストファイルがありません”);
}

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これで、生徒にプログラム本体とテキストファイルが入った「settings」フォルダを一緒に配布すればいい。

2017年4月19日

松本 吉生(まつもとよしお)
Microsoft MVP Data Platform

1961年京都に生まれ、神戸で幼少期を過ごす。大学で応用化学を学んだのち、理科教諭として高等学校に勤務する。教育の情報化が進む中で校内ネットワークの構築運用に従事し、兵庫県立明石高等学校で文部科学省の「光ファイバー網による学校ネットワーク活用方法研究開発事業」に携わる。兵庫県立西宮香風高等学校では多部制単位制の複雑な教育システムを管理する学籍管理データベースシステムをSQL ServerとInfoPath、AccessなどのOfficeソフトウエアによるOBA開発で構築・運用する。現在は兵庫県立神戸工業高等学校でC#プログラミング、IoTなどのコンピュータ教育を行う。2004年からマイクロソフトMVP(Microsoft Most Valuable Professional)を受賞し、現在14回目の連続受賞。2016年にマイクロソフト認定教育者(Microsoft Innovative Educator Experts : MIEE)を受賞。

C# – 文字列を比較するアルゴリズムについて考える(1) – 2つの文字列を前から順に比較し、違いがあった位置を見つけるアルゴリズム

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学校の授業で文字入力のトレーニングをするために、効果的なアプリケーションを作っている。ここで必要な実装として文字列比較がある。

仕様、というか、個人で作るアプリケーションなので厳密な仕様は決めないが、イメージ的にはこうだ。入力トレーニングの元になる文がある。この文は、フォントやポイント、文字飾りなどは無視し、単にテキスト文字列だけのものとする。つまり単なるテキスト文とする。この文と同じ文をキーボードから入力するトレーニングとし、入力にかかった時間と入力できた文字数をカウントしてスコアとする。このとき、入力を間違ったことを評価に加えたい、というものだ。

すぐに思いつくのは、文字列を前から順番に比較し、違いがあったら位置を見つけ出すアルゴリズムだ。2つの文字列が myStr1 と myStr2 に入っており、2つの文字列の長さが同じだとする。

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for (int i = 0; i < myStr1.Length; i++)
{
if (myStr1[i] != myStr2[i])
{
myStrDiff = i;
break;
}
}

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前から順に比較し、違いがあった文字でループを抜ける。前から何文字目であったかが myStrDiff に数字として入る。この数字は 0 から始まるので、実際は +1 文字目に違いがあった、となる。これだと、たとえば次のようになるだろう。

myStr1 = “あいうえおかきくけこ”;
myStr2 = “あいうえおまきくけこ”;

このとき、myStrDiff の値は 5となる。前から 6文字目に違いがあるからだ。しかし、「か」を「ま」と間違えてはいるが、そのあとはちゃんと入力できている。つまり「5文字目までしか間違いなく入力できなかった」のではなく「6文字目だけ間違えたが、それ以外はちゃんと入力できた」はずだ。つまり、このように評価すべきだろう。

入力すべき文字列 ・・・ あいうえおかきくけこ
実際の入力1 ・・・・・ あいうえおかきくけこ (評価10点:満点)
実際の入力2 ・・・・・ あいうえおまきくけこ (評価9点:1文字だけ間違った)
実際の入力3 ・・・・・ あいうえおまみむめも (評価5点:5文字間違った)

つまり、間違った文字以降をどう再判定するか、を考えなければならない。このアルゴリズムについて引き続き考えていきたい。

2017年4月7日

松本 吉生(まつもとよしお)
Microsoft MVP Data Platform

1961年京都に生まれ、神戸で幼少期を過ごす。大学で応用化学を学んだのち、理科教諭として高等学校に勤務する。教育の情報化が進む中で校内ネットワークの構築運用に従事し、兵庫県立明石高等学校で文部科学省の「光ファイバー網による学校ネットワーク活用方法研究開発事業」に携わる。兵庫県立西宮香風高等学校では多部制単位制の複雑な教育システムを管理する学籍管理データベースシステムをSQL ServerとInfoPath、AccessなどのOfficeソフトウエアによるOBA開発で構築・運用する。現在は兵庫県立神戸工業高等学校でC#プログラミング、IoTなどのコンピュータ教育を行う。2004年からマイクロソフトMVP(Microsoft Most Valuable Professional)を受賞し、現在14回目の連続受賞。2016年にマイクロソフト認定教育者(Microsoft Innovative Educator Experts : MIEE)を受賞。