Visual Studio C++ で学ぶプログラムの内部動作（コース資料）

演習：Visual Studio 2019 でのC++プログラムの編集・ビルド・実行

目的

Visual Studio 2019を使用して、C++のソースファイルを編集し、ビルド（コンパイル）と実行の一連の流れを体験する。これにより、統合開発環境（IDE: Integrated Development Environment）の基本操作を習得する。

前提条件

Visual Studio 2019がインストールされていること。

手順

#include <iostream>
#include <math.h>

int main() {
    double d = 2.0;
    printf("%f, %f \n", d, sqrt(d));
}

ヒント

プログラムの内容について

このプログラムは変数dに2.0を代入し、dの値とその平方根（sqrt関数）を表示する。出力される1.414214は√2の近似値である。

「d = 2」ではなく「d = 2.0」と記述するのは、小数点以下を含む数値（浮動小数点数）として扱うためのC/C++言語の慣習である。

整数型と浮動小数点型の違い

C/C++では、数値の表現方法として整数型（int など）と浮動小数点型（double, float など）がある。整数型は小数点以下を持たない数値（例：2, -5, 100）を扱い、浮動小数点型は小数点以下を含む数値（例：2.0, 3.14, -0.5）を扱う。

「d = 2」と記述すると、右辺の2は整数として解釈される。一方「d = 2.0」と記述すると、右辺は浮動小数点数として解釈される。変数dがdouble型（浮動小数点型）であるため、「d = 2.0」と記述することで、意図が明確になり、型の一貫性が保たれる。

ビルドでエラーが発生した場合

ビルドエラーメッセージの読み方

ビルドでエラーが発生すると、画面下部の「出力」または「エラー一覧」ウィンドウにエラーメッセージが表示される。エラーメッセージは一般に以下の形式で構成される。

ファイル名(行番号): error C番号: エラーの説明

例：

ConsoleApplication1.cpp(6): error C2146: 構文エラー: ';' が、識別子 'printf' の前に必要です。

この例では、ConsoleApplication1.cppファイルの6行目付近で、セミコロンが不足していることを示している。エラーメッセージに記載された行番号を手がかりに、該当箇所を確認して修正する。

複数のエラーが表示される場合は、最初のエラーから順に対処する。1つのエラーが原因で連鎖的に複数のエラーが発生することがあるため、最初のエラーを修正すると他のエラーも解消される場合がある。

画面構成の確認

操作に迷った場合は、画面構成図を参照する。エディタ領域、ファイル一覧、ビルド結果表示領域、メニュー、操作ボタンの位置を確認できる。

プロジェクトのフォルダ構造

Visual Studioのプロジェクトを作成すると、指定した「場所」に複数のファイルとフォルダが自動生成される。主な構成は以下のとおりである。

• プロジェクト名のフォルダ：プロジェクト全体を格納するルートフォルダ
• ソースファイル（.cpp）：プログラムコードを記述するファイル
• ヘッダファイル（.h）：宣言などを記述するファイル
• プロジェクトファイル（.vcxproj）：Visual Studioがプロジェクト設定を管理するファイル
• ソリューションファイル（.sln）：複数のプロジェクトをまとめて管理するファイル

フォルダ構造を確認するには、Windowsのエクスプローラーで「場所」に指定したパスを開く。

演習1：ブレークポイント設定とデバッガー起動

目的

ブレークポイント（プログラムの実行を中断させたい行）を設定し、デバッガーを起動して指定した行で実行が中断することを確認する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動し、既存のプロジェクト（または新規作成したプロジェクト）を開く
2. ソースファイル内の「return 0;」の行をマウスでクリックする
3. メニューから「デバッグ」→「ブレークポイントの設定/解除」を選択する
4. 行の左側に赤丸が表示されることを確認する（これがブレークポイントの印）
5. メニューから「デバッグ」→「デバッグの開始」を選択する
6. 「return 0;」の行で実行が中断し、赤丸の形状が変化することを確認する
7. 次の演習のため、中断したままの状態を維持する

演習2：ステップオーバー機能による変数の変化確認

目的

ステップオーバー機能（プログラム実行を1行ずつ進める機能）を使用し、変数の値が各行の実行によってどのように変化するかを確認する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動する
2. 「ファイル」→「新規作成」→「プロジェクト」を選択する
3. 「Visual C++」→「Win32コンソールアプリケーション」を選択し、「OK」をクリックする
4. ウィザードで「次へ」をクリックし、「完了」をクリックする
5. 自動生成されたソースファイルに以下の4行を追加する：
   • static int x, y, z;
   • x = 3;
   • y = 4;
   • z = x + y;
6. メニューから「ビルド」→「ソリューションのビルド」を実行し、「1 正常終了、0 失敗」を確認する
7. 「x = 3;」の行にブレークポイントを設定する
8. 「デバッグ」→「デバッグの開始」でデバッガーを起動する
9. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」を選択し、変数名と値の対応表を表示する
10. 変数x, y, zの値がすべて0であることを確認する
11. 「デバッグ」→「ステップオーバー」（またはF10キー）を1回実行し、xの値が3に変化することを確認する
12. 同様にステップオーバーを実行し、yの値が4に変化することを確認する
13. さらにステップオーバーを実行し、zの値が7に変化することを確認する
14. 「デバッグ」→「続行」でデバッガーを終了する

演習3：繰り返し処理の実行の流れ確認

目的

for文による繰り返し処理において、ステップオーバー機能を使って実行の流れ（ループ変数iの変化と処理の繰り返し）を確認する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動する
2. Win32コンソールアプリケーション用プロジェクトを新規作成する
3. ソースファイルに配列と繰り返し処理のコード（6行）を追加する：
   • 配列xの宣言と初期化（6つの値を持つ配列）
   • 配列yの宣言
   • ループ変数iの宣言
   • for文による繰り返し処理（y[i] = x[i] * 12;）
4. ビルドを実行し、正常終了を確認する
5. 「for (i = 0; …」の行にブレークポイントを設定する
6. デバッガーを起動し、ブレークポイントで実行が中断することを確認する
7. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」で変数の値を表示する
8. ステップオーバーを1回ずつ実行しながら、以下を観察する：
   • 変数iの値の変化（0→1→2→3→4→5）
   • for文の条件判定と繰り返しの流れ
   • 配列y各要素への値の格納
9. 「デバッグ」→「続行」でデバッガーを終了する

演習4：累積加算における変数の値の変化確認

目的

繰り返し処理による累積加算のプログラムで、変数s（累積値）とi（ループカウンタ）の値がどのように変化するかをステップオーバーで確認する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動する
2. Win32コンソールアプリケーション用プロジェクトを新規作成する
3. ソースファイルに累積加算のコードを追加する（sを0で初期化し、繰り返しでsにiを加算）
4. ビルドを実行し、正常終了を確認する
5. 「s = 0;」の行にブレークポイントを設定する
6. デバッガーを起動し、「s = 0;」の行で実行が中断することを確認する（黄色の矢印が表示される）
7. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」で変数の値を表示する
8. 変数の値が「おかしい」（未初期化の値）ことを確認する。これは「s = 0;」がまだ実行されていないためであり、正しい動作である
9. ステップオーバーを1回ずつ実行しながら、変数sとiの値の変化を確認する
10. 繰り返しが進むにつれてsの値が累積されていく様子を観察する
11. 「デバッグ」→「続行」でデバッガーを終了する

演習1：ダンプリストのアドレス読み取り（クイズ）

目的

ダンプリスト（メモリの中身を16進数で一覧表示したもの）からアドレスを正確に読み取る技術を習得する。

手順

1. メモリがバイト（8ビット）単位で区切られていること、各バイトに0から始まる通し番号（アドレス）が付与されていることを確認する。
2. ダンプリストの表示形式を理解する。左端にアドレスが表示され、その右側にメモリの中身が16進数で並んでいることを確認する。
3. クイズに取り組む。表示されているダンプリストを見て、指定された位置のアドレスを答える。
4. 解答後、自分の答えを照合する。

演習2：配列とデバッガによるメモリ確認（パソコン演習）

目的

Visual Studio 2015のデバッガ機能を用いて、配列がメモリ上にどのように格納されるかを実際に確認する。ブレークポイント（プログラム実行を一時停止させる地点）の設定、ローカルウインドウ（変数の値を表示するウインドウ）、メモリウインドウ（メモリの中身をダンプリスト形式で表示するウインドウ）の使い方を習得する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動する。
2. 「Win32 コンソールアプリケーション」用のプロジェクトを新規作成する。プロジェクト名は任意でよい。
3. エディタでソースファイルを編集して、示された6行のコードを追加する。
4. ビルドを実行し、「1 正常終了、0 失敗」の表示を確認する。表示されない場合はプログラムを修正し、再度ビルドする。
5. 「int i;」の行にブレークポイントを設定する。手順は以下のとおり。
   • 「int i;」の行をマウスでクリックする。
   • メニューから「デバッグ」→「ブレークポイントの設定/解除」を選択する。
   • 行の左側に赤丸が表示されることを確認する。
6. デバッガを起動する。メニューから「デバッグ」→「デバッグの開始」を選択する。
7. 「int i;」の行で実行が中断することを確認する。中断したままの状態を維持する。
8. ローカルウインドウを表示して変数の値を確認する。メニューから「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」を選択する。
9. ローカルウインドウで配列yの先頭アドレスを確認する。「0x」が付いた16進数で表示される。
10. メモリウインドウを表示する。メニューから「デバッグ」→「ウインドウ」→「メモリ」→「メモリ1」を選択する。
11. メモリウインドウの「アドレス」欄に、手順9で確認した配列yの先頭アドレス（例：0x00229150）を入力し、Enterキーを押す。
12. メモリウインドウに配列yの中身が表示されることを確認する。初期状態では00が並んでいる。
13. ステップオーバーを繰り返し実行し、メモリの中身が変化する様子を観察する。メニューから「デバッグ」→「ステップオーバー」を選択するか、F10キーを押す。
14. 配列に格納された10進数の値（80, 60, 40, 20, 30）が16進数（50, 3c, 28, 14, 1e）でメモリに格納されていることを確認する。
15. 演習終了後、メニューから「デバッグ」→「続行」を選択し、デバッガを終了する。

本演習の概要

本演習では、Visual Studio 2015のデバッガー機能を用いて、文字列がメモリ上でどのように格納されるかを観察する。ASCII文字コード（American Standard Code for Information Interchange：英数字や制御文字を7ビットの数値で表現する文字符号化方式）の理解を深めることを目的とする。

使用するソースコード

演習2〜8で使用するコード

#include <stdio.h>

int main()
{
    char message[] = "hello";
    printf("%s\n", message);
    return 0;
}

演習9で使用するコード

#include <stdio.h>

int main()
{
    char message[] = "world";
    printf("%s\n", message);
    return 0;
}

注意：上記コードはPDFの画像から推測した典型例である。実際のスライド画像と異なる場合は、スライドの画像を確認すること。

演習1：Visual Studioの起動とプロジェクト作成

目的

Visual Studio 2015を起動し、C++プログラムを作成するための環境を準備する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動する
2. メニューから「ファイル」→「新規作成」→「プロジェクト」を選択する
3. テンプレートから「Visual C++」→「Win32」→「Win32 コンソール アプリケーション」を選択する
4. プロジェクトの「名前」欄に任意の名前を入力する
5. 「OK」をクリックし、ウィザードの指示に従ってプロジェクトを作成する

演習2：ソースファイルの編集

目的

文字列を扱うC++プログラムのソースコードを入力し、編集操作に慣れる。

手順

1. ソリューションエクスプローラーでソースファイル（.cpp）をダブルクリックして開く
2. 本ガイドの「使用するソースコード」セクションに記載されたコード（演習2〜8用）を正確に入力する
3. 入力後、ファイルを保存する（Ctrl + S）

演習3：ビルドとブレークポイントの設定

目的

プログラムをビルド（ソースコードを実行可能な形式に変換する処理）し、デバッグの準備としてブレークポイント（プログラムの実行を一時停止させる地点）を設定する。

手順

1. メニューから「ビルド」→「ソリューションのビルド」を選択する
2. 出力ウィンドウに「1 正常終了、0 失敗」と表示されることを確認する
3. エディタ上で char message[] = "hello"; の行をクリックしてカーソルを置く
4. その行の左端（行番号の左側の灰色部分）をクリックして、ブレークポイントを設定する（赤い丸が表示される）
5. メニューから「デバッグ」→「デバッグ開始」を選択してデバッガーを起動する

演習4：ブレークポイントでの中断確認

目的

設定したブレークポイントでプログラムの実行が中断することを確認する。

手順

1. デバッガー起動後、char message[] = "hello"; の行で実行が中断することを確認する
2. 中断中であることを示す黄色い矢印が、該当行の左端に表示されていることを確認する
3. この状態を維持したまま、次の演習に進む（中断を解除しないこと）

演習5：変数の値の表示

目的

デバッガーの「ローカル」ウィンドウを使用して、プログラム内の変数の現在値を確認する方法を習得する。

手順

1. プログラムが中断した状態で、メニューから「デバッグ」→「ウィンドウ」→「ローカル」を選択する
2. 「ローカル」ウィンドウが表示され、変数名と値の対応表が表示されることを確認する
3. 表示されている変数の内容を観察する

演習6：メモリの中身の表示

目的

デバッガーの「メモリ」ウィンドウを使用して、変数が格納されているメモリ領域の内容を直接確認する方法を習得する。

手順

1. プログラムが中断した状態で、メニューから「デバッグ」→「ウィンドウ」→「メモリ」→「メモリ1(1)」を選択する
2. 「メモリ1」ウィンドウが表示される
3. 「アドレス」欄に &message と入力し、Enterキーを押す
4. 画面が変化し、変数 message のメモリアドレス周辺の内容が表示されることを確認する

演習7：ステップオーバーとASCIIコードの確認

目的

ステップオーバー（現在の行を実行し、次の行で停止する操作）を行い、文字列がASCIIコードとしてメモリに格納される様子を観察する。

手順

1. メニューから「デバッグ」→「ステップオーバー」を選択する（またはF10キーを押す）
2. char message[] = "hello"; の行が実行され、次の行に黄色い矢印が移動することを確認する
3. 「メモリ1」ウィンドウの内容が 68 65 6c 6c 6f 00 に変化することを確認する
4. ASCII文字コード表を参照し、各バイト値と文字の対応を確認する

演習8：デバッガーの終了

目的

プログラムの実行を再開し、デバッガーを正常に終了する。

手順

1. メニューから「デバッグ」→「続行」を選択する（またはF5キーを押す）
2. プログラムが最後まで実行され、デバッガーが終了することを確認する

演習9：プログラムの書き換えと再実施

目的

異なる文字列でプログラムを書き換え、演習1〜8と同じ操作を繰り返すことで、理解を定着させる。

手順

1. 本ガイドの「使用するソースコード」セクションに記載されたコード（演習9用）に書き換える
2. 演習2〜8の手順を再度実施する
3. メモリウィンドウに表示される値と、ASCII文字コード表を照合する

演習1：インラインアセンブラの基本

目的

インラインアセンブラ（他の言語の中にアセンブリ言語のプログラムを埋め込む手法）の基本的な記述方法を理解し、Visual Studio 2015のデバッグ機能を使用して動作を確認する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動する
2. Win32コンソールアプリケーション用プロジェクトを新規作成する（プロジェクト名は任意）
3. ソースファイルを開き、__asmブロックを使用してインラインアセンブラのコードを5行追加する
4. ビルドを実行し、「1 正常終了、0 失敗」の表示を確認する
5. printfの行をクリックし、「デバッグ」→「ブレークポイントの設定/解除」でブレークポイントを設定する
6. 「デバッグ」→「デバッグの開始」でデバッガーを起動する
7. printfの行で実行が中断することを確認する
8. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」で変数名と値の対応表を表示する
9. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「逆アセンブル」で逆アセンブル結果を表示する
10. mov a, 100がmov dword ptr [a], 64hに翻訳されていることを確認する
11. 「デバッグ」→「続行」でプログラム実行を再開し、デバッガーを終了する

ヒント

• ビルドで失敗した場合は、__asmブロックの構文を確認すること。波括弧の対応や命令の綴りを見直す
• 逆アセンブル結果で64hと表示されるのは、10進数の100が16進数で64であるため
• dword ptrは、操作対象が4バイト（32ビット）のデータであることを示す

演習2：算術演算（加算の準備）

目的

算術演算命令の基本構造を理解し、mov命令（データ転送命令）とadd命令（加算命令）を組み合わせた処理の流れを確認する。

手順

1. Visual Studio 2015を起動する
2. Win32コンソールアプリケーション用プロジェクトを新規作成する
3. ソースファイルを開き、__asmブロック内に6行のコードを追加する（変数aに100をセットし、200を足しこむ処理）
4. ビルドを実行し、「1 正常終了、0 失敗」の表示を確認する
5. printfの行にブレークポイントを設定する
6. デバッガーを起動し、printfの行で中断することを確認する
7. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」で変数の値を確認する
8. 「デバッグ」→「続行」でデバッガーを終了する

ヒント

• mov命令は値の代入、add命令は加算を行う
• 変数aの値が100+200=300になっていることを確認する
• ブレークポイントで中断した時点では、__asmブロック内の処理はすべて完了している

演習3：add命令による加算

目的

add命令（加算命令）の動作を確認し、変数に対する加算処理の結果を検証する。

手順

1. 演習2で作成したプロジェクトを開く（または新規作成する）
2. 示されたコードに書き替える
3. ビルドを実行する
4. printfの行にブレークポイントを設定する
5. デバッガーを起動する
6. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」で変数aの値を確認する
7. デバッガーを終了する

ヒント

• add命令の構文：add 対象, 加算する値
• 計算結果が期待通りになっているか、手計算と比較すること

演習4：sub命令による減算

目的

sub命令（減算命令）の動作を確認し、変数に対する減算処理の結果を検証する。

手順

1. 演習3のプロジェクトを使用する
2. 示されたコードに書き替える
3. ビルドを実行する
4. printfの行にブレークポイントを設定する
5. デバッガーを起動する
6. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」で変数aの値を確認する
7. デバッガーを終了する

ヒント

• sub命令の構文：sub 対象, 減算する値
• スライドには「sub 加算」と記載されているが、これは誤記であり、subは減算（subtraction）を行う命令である

演習5：imul命令による乗算

目的

imul命令（符号付き乗算命令）とレジスタ（CPUが演算に使用する高速な記憶領域）を使用した乗算処理を理解する。

手順

1. 演習4のプロジェクトを使用する
2. 示されたコードに書き替える
3. ビルドを実行する
4. printfの行にブレークポイントを設定する
5. デバッガーを起動する
6. 「デバッグ」→「ウインドウ」→「ローカル」で変数aの値を確認する
7. デバッガーを終了する

ヒント

• imul命令は乗算結果をレジスタに格納するため、直接変数に結果を代入できない
• 処理の流れは以下の3段階である：(1) 変数aに30をセット、(2) a×20の結果をレジスタeaxにセット、(3) レジスタeaxの値を変数aにセット
• eaxは32ビットの汎用レジスタであり、演算結果の一時保存によく使用される