C言語 Floatの使い方

  • C言語
  • データ型
最終更新日:

この記事のポイント

  • C言語のfloat型および浮動小数点数の基本概念と表現方法
  • float型とdouble型の違いと適切な使い分け
  • float型における精度の問題と比較演算における注意点
  • 実用的なコード例を通じたfloat型の理解促進
  • 科学計算や工学計算におけるfloat型の活用方法

目次

C言語のFloatとは？

C言語におけるfloat型は、小数点を含む数値（浮動小数点数）を扱うためのデータ型です。整数に加えて、3.14や0.0001のような小数点を含む数値を扱いたい場合に使用します。

float型の特徴は、小数点の位置が「浮動」することにあります。この特徴により、float型では、非常に大きな数値から極めて小さな数値まで表現可能です。

float型は通常32ビット（4バイト）のメモリ領域を使用し、IEEE 754という国際規格に基づいて数値を表現します。この表現形式は「仮数部」「指数部」「符号部」の3つ から構成されており、科学的記数法（1.23×10^4のような形式）に似た形で数値を内部的に保持しています。

float型は、プログラミングにおいて非常に重要な役割を果たすデータ型です。

例えば、物理シミュレーション、グラフィックス処理、科学計算といった、小数点を含む計算が必要となる多くの場面で活用されるものです。ただし、浮動小数点数には精度の問題があり、特に大きな数値や計算の繰り返しによって誤差が蓄積する可能性があります。注意しましょう。     

また、C言語にはfloat型よりも精度の高いdouble型（通常は64ビット）も用意されています。より高い精度が必要な場合はdouble型を使用することが推奨されます。 メモリ使用量とのバランスを考慮して、適切な選択する必要があるでしょう。

【関連】
C言語をもっと詳しく学ぶならpaizaラーニング

基本構文

float型変数の宣言と初期化は非常にシンプルです。以下に基本的な構文を示します。     

float pi = 3.14159; // float型変数の宣言と初期化 float radius; // 宣言のみ（初期化なし） radius = 5.0; // 後から値を代入

float型の定数（リテラル）を表現する場合、通常は小数点を含む数値の末尾に「f」または「F」を付けることで、コンパイラにfloat型であることを明示的に伝えることができます。そこで「f」または「F」を省略した場合、C言語ではデフォルトのdouble型として扱われます。

実用例

float型は、プログラムのさまざまな場面で活用されます。ここでは、具体的なコード例を通じて、float型の基本的な使い方から応用例までをわかりやすく解説します。各コード例では、浮動小数点数の特性や注意点もあわせて説明しましょう。また、実際のプログラミングで遭遇しやすい問題とその解決策も示します。

基本的な浮動小数点数の使用例

イヌの体重管理に関する簡単な計算例です。以下のコードは、浮動小数点数の基本的な使い方になります。具体的には、四則演算や変数の宣言と初期化、そして表示方法が学べる形です。この例を見ていくと、float型の日常的な使用例が理解できるでしょう。

#include <stdio.h> int main() { float weight = 4.5f; // イヌの体重（kg） float daily_food = 0.25f; // 1日のエサの量（kg） float weekly_food = daily_food * 7; // 週間のエサの量 printf("イヌの体重: %.2f kg\n", weight); printf("1日のエサの量: %.2f kg\n", daily_food); printf("1週間のエサの量: %.2f kg\n", weekly_food); return 0; }







実行結果:
イヌの体重: 4.50 kg
1日のエサの量: 0.25 kg
1週間のエサの量: 1.75 kg
数学関数との組み合わせ
float型と数学関数を組み合わせた実用例です。物理シミュレーションなどで重要性が高い数学計算の基本を示しています。このコード例を確認すると、ネコのジャンプ軌道の計算を通して、時間経過による物理的な動きをfloat型で表現する方法が学べるでしょう。

  
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
    float time, height;
    float gravity = 9.8f;
    float initial_velocity = 5.0f;

    for (time = 0.0f; time <= 0.6f; time += 0.2f) {
        height = initial_velocity * time - 0.5f * gravity * time * time;
        printf("%.1f秒後: ネコの高さ %.2f m\n", time, height);
    }
    return 0;
}

  


  







実行結果:
0.0秒後: ネコの高さ 0.00 m
0.2秒後: ネコの高さ 0.80 m
0.4秒後: ネコの高さ 1.22 m
0.6秒後: ネコの高さ 1.24 m
精度の問題と対処法
浮動小数点数の精度問題を示す重要例です。ウサギのジャンプ距離計算のコードを見ることで、float型の内部表現による誤差と、その対処法としての適切な比較方法を学べます。浮動小数点数の精度問題は、実用的なプログラミングにおいて特に重要な知識になるでしょう。

  
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
    float a = 0.1f, sum = 0.0f;
    for (int i = 0; i < 10; i++) sum += a;

    printf("ウサギの合計移動距離:\n");
    printf("期待値: 1.0 m\n");
    printf("実際値: %.10f m\n", sum);

    if (fabs(sum - 1.0f) < 0.0001f) printf("ほぼ1.0mと言える\n");
    return 0;
}

  


  







実行結果:
ウサギの合計移動距離:
期待値: 1.0 m
実際値: 1.0000000149 m
ほぼ1.0mと言える
float型の配列
float型の配列を使ったデータ処理の基本例です。トリの体重データを配列で管理し、平均値を計算します。以下のコードを確認すると、複数の浮動小数点数値を効率的に扱う方法と、配列を使った基本的な統計処理の手法を学べるでしょう。

  
#include <stdio.h>
int main() {
    float weights[] = {0.3f, 0.25f, 0.27f, 0.31f, 0.29f}; // トリの体重(kg)
    int count = sizeof(weights) / sizeof(weights[0]);
    float sum = 0.0f;

    for (int i = 0; i < count; i++) sum += weights[i];

    printf("トリの平均体重: %.2f kg\n", sum / count);
    return 0;
}

  


  







実行結果:
トリの平均体重: 0.28 kg
構造体内でのfloat型
構造体とfloat型を組み合わせた例です。キリンの特性をまとめた構造体を通じて、複数の浮動小数点数を1つのデータ単位として扱う方法を紹介しています。複雑なデータを構造化して管理する基本的な手法です。

  
#include <stdio.h>
typedef struct {
    float height;      // 身長(m)
    float weight;      // 体重(kg)
    int age;           // 年齢(年)
} Giraffe;

int main() {
    Giraffe g1 = {5.5f, 1200.0f, 8};
    printf("キリン: 身長%.1fm, 体重%.1fkg, %d歳\n",
           g1.height, g1.weight, g1.age);
    return 0;
}

  


  







実行結果:
キリン: 身長5.5m, 体重1200.0kg, 8歳
float型と他の型との変換
float型と整数型の相互変換方法を示すコード例です。ゾウの体重データを扱いながら、型変換時に発生する精度の問題と適切な変換方法を解説しています。実用的なプログラミングで頻繁に必要となる型変換のテクニックです。

  
#include <stdio.h>
int main() {
    int weight_kg = 5000;      // ゾウの体重(kg、整数)
    float weight_tons = weight_kg / 1000.0f;  // トン単位に変換

    int truncated = (int)weight_tons;  // 小数点以下切り捨て
    int rounded = (int)(weight_tons + 0.5f);  // 四捨五入

    printf("ゾウ: %d kg = %.2f トン\n", weight_kg, weight_tons);
    printf("切り捨て: %d トン、四捨五入: %d トン\n", truncated, rounded);
    return 0;
}

  


  







実行結果:
ゾウ: 5000 kg = 5.00 トン
切り捨て: 5 トン、四捨五入: 5 トン
関数での浮動小数点数の扱い
関数を使ったfloat型データの処理方法です。浮動小数点数を関数の引数や戻り値として使う基本的な方法です。以下では、関数を使いパンダの食事量を計算しています。関数によるデータ処理の基本と応用を理解できる例です。

  
#include <stdio.h>
float calculate_bamboo_consumption(float weight, int age) {
    return weight * 0.1f + (float)age * 0.05f;
}

int main() {
    float panda_weight = 100.0f;
    int panda_age = 5;

    printf("パンダの竹消費量: %.2f kg/日\n",
           calculate_bamboo_consumption(panda_weight, panda_age));
    return 0;
}

  


  







実行結果:
パンダの竹消費量: 10.25 kg/日
実数の表現と範囲
float型の表現範囲と限界を示す重要なコード例です。シャチの水槽設計を通じて、浮動小数点数の最大値・最小値や精度の限界を算出しています。数値計算の基礎となる重要な知識を直感的に理解できる実用的なコード例です。

  
#include <stdio.h>
#include <float.h>
int main() {
    printf("シャチの水槽設計\n");
    printf("float型の最小値: %e\n", FLT_MIN);
    printf("float型の最大値: %e\n", FLT_MAX);

    float volume = 1000.0f;  // 水槽容量(m^3)
    float length = 25.0f, width = 15.0f;
    float height = volume / (length * width);

    printf("水槽の高さ: %.2f m\n", height);
    return 0;
}

  


  







実行結果:
シャチの水槽設計
float型の最小値: 1.175494e-38
float型の最大値: 3.402823e+38
水槽の高さ: 2.67 m
まとめ
C言語のfloat型は、浮動小数点数を扱うための基本的なデータ型です。
32ビットのメモリ空間で小数点を含む数値を表現できるため、科学計算や物理シミュレーションなどで広く活用されています。float型には、本記事で解説したように基本的な使い方から精度の問題、他のデータ型との変換などプログラミング初心者が身につけるべきさまざまなポイントがあります。
float型を使う際には精度の限界を理解したうえで、比較演算では適切な方法を用いることが重要です。また、より高い精度が必要な場合はdouble型の使用も検討しましょう。構造体や配列と組み合わせることで、複雑なデータ構造も表現できます。
実際のプログラミングでは本記事で紹介したサンプルコードを参考にしながら、float型を適材適所で活用してください。浮動小数点数の適切な理解と活用は、C言語プログラミングの基本スキルとして非常に重要となります。
レベルを更に上げたい方はpaizaプログラミングスキルチェックへ





























  1. paizaラーニングトップ
  2. リファレンス
  3. C言語のリファレンス記事一覧
  4. C言語 Floatの使い方