第2章：課題の実装

はじめに

本章では、CPP Module 00の3つの演習を実装します。各演習の要件分析、設計アプローチ、そして実装のポイントを解説します。

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1. ex00: Megaphone

1.1 課題の要件

• コマンドライン引数を大文字に変換して出力する
• 引数がない場合、デフォルトメッセージを出力する
• 複数の引数はスペースなしで連結する

期待される動作:

___CODE_BLOCK_0___gt; ./megaphone "shhhhh... I think the students are asleep..."
SHHHHH... I THINK THE STUDENTS ARE ASLEEP...
___CODE_BLOCK_0___gt; ./megaphone Damnit " ! " "Sorry students, I thought this thing was off."
DAMNIT ! SORRY STUDENTS, I THOUGHT THIS THING WAS OFF.
___CODE_BLOCK_0___gt; ./megaphone
* LOUD AND UNBEARABLE FEEDBACK NOISE *

1.2 設計アプローチ

[main(argc, argv)]
      │
      ├── argc == 1 → デフォルトメッセージ出力
      │
      └── argc > 1 → 各引数を処理
                     │
                     └── 各文字を大文字変換して出力

1.3 実装

// megaphone.cpp
#include <iostream>
#include <cctype>

int main(int argc, char **argv) {
    if (argc == 1) {
        std::cout << "* LOUD AND UNBEARABLE FEEDBACK NOISE *" << std::endl;
        return 0;
    }

    for (int i = 1; i < argc; i++) {
        for (int j = 0; argv[i][j]; j++) {
            std::cout << static_cast<char>(std::toupper(argv[i][j]));
        }
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

1.4 ポイント解説

std::toupper の使用:

#include <cctype>

char upper = std::toupper('a');  // 'A'

// 注意: std::toupperはintを返すので、charにキャストする
std::cout << static_cast<char>(std::toupper(c));

static_cast: C++では型変換にキャスト演算子を使用します：

// C言語スタイル（非推奨）
char c = (char)std::toupper('a');

// C++スタイル（推奨）
char c = static_cast<char>(std::toupper('a'));

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2. ex01: PhoneBook

2.1 課題の要件

• 電話帳アプリケーションを作成する
• 最大8件の連絡先を管理する
• ADD、SEARCH、EXITコマンドを実装する
• 古い連絡先は新しいもので上書きされる

2.2 Contactクラスの設計

// Contact.hpp
#ifndef CONTACT_HPP
#define CONTACT_HPP

#include <string>

class Contact {
private:
    std::string firstName;
    std::string lastName;
    std::string nickname;
    std::string phoneNumber;
    std::string darkestSecret;

public:
    // Orthodox Canonical Form
    Contact();
    Contact(const Contact& other);
    Contact& operator=(const Contact& other);
    ~Contact();

    // ゲッター
    std::string getFirstName() const;
    std::string getLastName() const;
    std::string getNickname() const;
    std::string getPhoneNumber() const;
    std::string getDarkestSecret() const;

    // セッター
    void setFirstName(const std::string& value);
    void setLastName(const std::string& value);
    void setNickname(const std::string& value);
    void setPhoneNumber(const std::string& value);
    void setDarkestSecret(const std::string& value);

    // 表示
    void displayShort(int index) const;
    void displayFull() const;

    // 検証
    bool isEmpty() const;
};

#endif

2.3 Contactクラスの実装

// Contact.cpp
#include "Contact.hpp"
#include <iostream>
#include <iomanip>

// コンストラクタ
Contact::Contact() {}

Contact::Contact(const Contact& other) {
    *this = other;
}

Contact& Contact::operator=(const Contact& other) {
    if (this != &other) {
        firstName = other.firstName;
        lastName = other.lastName;
        nickname = other.nickname;
        phoneNumber = other.phoneNumber;
        darkestSecret = other.darkestSecret;
    }
    return *this;
}

Contact::~Contact() {}

// ゲッター
std::string Contact::getFirstName() const { return firstName; }
std::string Contact::getLastName() const { return lastName; }
std::string Contact::getNickname() const { return nickname; }
std::string Contact::getPhoneNumber() const { return phoneNumber; }
std::string Contact::getDarkestSecret() const { return darkestSecret; }

// セッター
void Contact::setFirstName(const std::string& value) { firstName = value; }
void Contact::setLastName(const std::string& value) { lastName = value; }
void Contact::setNickname(const std::string& value) { nickname = value; }
void Contact::setPhoneNumber(const std::string& value) { phoneNumber = value; }
void Contact::setDarkestSecret(const std::string& value) { darkestSecret = value; }

// 10文字に切り詰めるヘルパー関数
static std::string truncate(const std::string& str) {
    if (str.length() > 10) {
        return str.substr(0, 9) + ".";
    }
    return str;
}

// 短縮表示（一覧用）
void Contact::displayShort(int index) const {
    std::cout << std::setw(10) << std::right << index << "|";
    std::cout << std::setw(10) << std::right << truncate(firstName) << "|";
    std::cout << std::setw(10) << std::right << truncate(lastName) << "|";
    std::cout << std::setw(10) << std::right << truncate(nickname) << std::endl;
}

// 詳細表示
void Contact::displayFull() const {
    std::cout << "First Name: " << firstName << std::endl;
    std::cout << "Last Name: " << lastName << std::endl;
    std::cout << "Nickname: " << nickname << std::endl;
    std::cout << "Phone Number: " << phoneNumber << std::endl;
    std::cout << "Darkest Secret: " << darkestSecret << std::endl;
}

bool Contact::isEmpty() const {
    return firstName.empty();
}

2.4 PhoneBookクラスの設計

// PhoneBook.hpp
#ifndef PHONEBOOK_HPP
#define PHONEBOOK_HPP

#include "Contact.hpp"

class PhoneBook {
private:
    Contact contacts[8];
    int count;
    int oldestIndex;

    std::string getInput(const std::string& prompt) const;
    void displayHeader() const;

public:
    PhoneBook();
    PhoneBook(const PhoneBook& other);
    PhoneBook& operator=(const PhoneBook& other);
    ~PhoneBook();

    void add();
    void search() const;
};

#endif

2.5 PhoneBookクラスの実装

// PhoneBook.cpp
#include "PhoneBook.hpp"
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <limits>
#include <cstdlib>

PhoneBook::PhoneBook() : count(0), oldestIndex(0) {}

PhoneBook::PhoneBook(const PhoneBook& other) {
    *this = other;
}

PhoneBook& PhoneBook::operator=(const PhoneBook& other) {
    if (this != &other) {
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            contacts[i] = other.contacts[i];
        }
        count = other.count;
        oldestIndex = other.oldestIndex;
    }
    return *this;
}

PhoneBook::~PhoneBook() {}

std::string PhoneBook::getInput(const std::string& prompt) const {
    std::string input;

    while (true) {
        std::cout << prompt;
        if (!std::getline(std::cin, input)) {
            // EOFの処理
            std::cout << std::endl;
            std::exit(0);
        }
        if (!input.empty()) {
            break;
        }
        std::cout << "Input cannot be empty." << std::endl;
    }
    return input;
}

void PhoneBook::add() {
    Contact newContact;

    newContact.setFirstName(getInput("First Name: "));
    newContact.setLastName(getInput("Last Name: "));
    newContact.setNickname(getInput("Nickname: "));
    newContact.setPhoneNumber(getInput("Phone Number: "));
    newContact.setDarkestSecret(getInput("Darkest Secret: "));

    if (count < 8) {
        contacts[count] = newContact;
        count++;
    } else {
        contacts[oldestIndex] = newContact;
        oldestIndex = (oldestIndex + 1) % 8;
    }

    std::cout << "Contact added successfully!" << std::endl;
}

void PhoneBook::displayHeader() const {
    std::cout << std::setw(10) << std::right << "Index" << "|";
    std::cout << std::setw(10) << std::right << "First Name" << "|";
    std::cout << std::setw(10) << std::right << "Last Name" << "|";
    std::cout << std::setw(10) << std::right << "Nickname" << std::endl;
    std::cout << std::string(44, '-') << std::endl;
}

void PhoneBook::search() const {
    if (count == 0) {
        std::cout << "PhoneBook is empty." << std::endl;
        return;
    }

    displayHeader();
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        contacts[i].displayShort(i);
    }

    std::cout << "Enter index to view details: ";
    std::string input;
    if (!std::getline(std::cin, input)) {
        std::cout << std::endl;
        return;
    }

    // 入力の検証
    if (input.empty() || input.find_first_not_of("0123456789") != std::string::npos) {
        std::cout << "Invalid index." << std::endl;
        return;
    }

    int index = std::atoi(input.c_str());
    if (index < 0 || index >= count) {
        std::cout << "Index out of range." << std::endl;
        return;
    }

    contacts[index].displayFull();
}

2.6 メインプログラム

// main.cpp
#include "PhoneBook.hpp"
#include <iostream>

int main() {
    PhoneBook phoneBook;
    std::string command;

    while (true) {
        std::cout << "Enter command (ADD, SEARCH, EXIT): ";
        if (!std::getline(std::cin, command)) {
            std::cout << std::endl;
            break;
        }

        if (command == "ADD") {
            phoneBook.add();
        } else if (command == "SEARCH") {
            phoneBook.search();
        } else if (command == "EXIT") {
            break;
        } else {
            std::cout << "Unknown command. Use ADD, SEARCH, or EXIT." << std::endl;
        }
    }

    return 0;
}

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3. ex02: Account

3.1 課題の要件

• 提供されたヘッダファイルからクラスを実装する
• ログ出力が期待される形式と一致する必要がある
• タイムスタンプを正しく生成する

3.2 ヘッダファイルの分析

// Account.hpp（提供される）
class Account {
public:
    typedef Account t;

    static int getNbAccounts(void);
    static int getTotalAmount(void);
    static int getNbDeposits(void);
    static int getNbWithdrawals(void);
    static void displayAccountsInfos(void);

    Account(int initial_deposit);
    ~Account(void);

    void makeDeposit(int deposit);
    bool makeWithdrawal(int withdrawal);
    int checkAmount(void) const;
    void displayStatus(void) const;

private:
    static int _nbAccounts;
    static int _totalAmount;
    static int _totalNbDeposits;
    static int _totalNbWithdrawals;

    static void _displayTimestamp(void);

    int _accountIndex;
    int _amount;
    int _nbDeposits;
    int _nbWithdrawals;

    Account(void);
};

3.3 実装

// Account.cpp
#include "Account.hpp"
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <ctime>

// 静的メンバ変数の初期化
int Account::_nbAccounts = 0;
int Account::_totalAmount = 0;
int Account::_totalNbDeposits = 0;
int Account::_totalNbWithdrawals = 0;

// 静的メンバ関数
int Account::getNbAccounts(void) {
    return _nbAccounts;
}

int Account::getTotalAmount(void) {
    return _totalAmount;
}

int Account::getNbDeposits(void) {
    return _totalNbDeposits;
}

int Account::getNbWithdrawals(void) {
    return _totalNbWithdrawals;
}

void Account::displayAccountsInfos(void) {
    _displayTimestamp();
    std::cout << "accounts:" << _nbAccounts
              << ";total:" << _totalAmount
              << ";deposits:" << _totalNbDeposits
              << ";withdrawals:" << _totalNbWithdrawals
              << std::endl;
}

void Account::_displayTimestamp(void) {
    std::time_t t = std::time(NULL);
    std::tm* now = std::localtime(&t);

    std::cout << "[" << (now->tm_year + 1900)
              << std::setfill('0')
              << std::setw(2) << (now->tm_mon + 1)
              << std::setw(2) << now->tm_mday
              << "_"
              << std::setw(2) << now->tm_hour
              << std::setw(2) << now->tm_min
              << std::setw(2) << now->tm_sec
              << "] ";
}

// コンストラクタ
Account::Account(int initial_deposit)
    : _accountIndex(_nbAccounts), _amount(initial_deposit),
      _nbDeposits(0), _nbWithdrawals(0) {
    _nbAccounts++;
    _totalAmount += initial_deposit;

    _displayTimestamp();
    std::cout << "index:" << _accountIndex
              << ";amount:" << _amount
              << ";created" << std::endl;
}

// デストラクタ
Account::~Account(void) {
    _displayTimestamp();
    std::cout << "index:" << _accountIndex
              << ";amount:" << _amount
              << ";closed" << std::endl;
}

// 入金
void Account::makeDeposit(int deposit) {
    _displayTimestamp();
    std::cout << "index:" << _accountIndex
              << ";p_amount:" << _amount
              << ";deposit:" << deposit;

    _amount += deposit;
    _nbDeposits++;
    _totalAmount += deposit;
    _totalNbDeposits++;

    std::cout << ";amount:" << _amount
              << ";nb_deposits:" << _nbDeposits
              << std::endl;
}

// 出金
bool Account::makeWithdrawal(int withdrawal) {
    _displayTimestamp();
    std::cout << "index:" << _accountIndex
              << ";p_amount:" << _amount
              << ";withdrawal:";

    if (withdrawal > _amount) {
        std::cout << "refused" << std::endl;
        return false;
    }

    _amount -= withdrawal;
    _nbWithdrawals++;
    _totalAmount -= withdrawal;
    _totalNbWithdrawals++;

    std::cout << withdrawal
              << ";amount:" << _amount
              << ";nb_withdrawals:" << _nbWithdrawals
              << std::endl;
    return true;
}

int Account::checkAmount(void) const {
    return _amount;
}

void Account::displayStatus(void) const {
    _displayTimestamp();
    std::cout << "index:" << _accountIndex
              << ";amount:" << _amount
              << ";deposits:" << _nbDeposits
              << ";withdrawals:" << _nbWithdrawals
              << std::endl;
}

3.4 ポイント解説

タイムスタンプの生成:

#include <ctime>

std::time_t t = std::time(NULL);
std::tm* now = std::localtime(&t);

// フォーマット: [YYYYMMDD_HHMMSS]
std::cout << "[" << (now->tm_year + 1900)
          << std::setfill('0')
          << std::setw(2) << (now->tm_mon + 1)  // 月は0-11
          << std::setw(2) << now->tm_mday
          << "_"
          << std::setw(2) << now->tm_hour
          << std::setw(2) << now->tm_min
          << std::setw(2) << now->tm_sec
          << "] ";

静的メンバの初期化:

// ヘッダファイル
class Account {
    static int _nbAccounts;
    // ...
};

// ソースファイル（クラス外で必ず定義）
int Account::_nbAccounts = 0;

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まとめ

本章で実装した内容：

• ex00: Megaphone

• ex01: PhoneBook

• ex02: Account

次章では、これらの実装のテストとデバッグ方法を学びます。