基本情報技術者 2015年 春期 午後 問09
次のCプログラムの説明及びプログラムを読んで、設問1，2に答えよ。
〔プログラムの説明〕
平文の文字列を暗号化する手法として、平文の文字を換字表に従って別の文字に置き換える方法がある。関数enc_strは、与えられた平文を、換字表を用いて暗号文に変換するプログラムである。
(1) 平文は、JIS X 0201（7ビット及び8ビットの情報交換用符号化文字集合）の文字で構成されている。
(2) 置換の対象となる文字（以下、置換対象文字という）は、英字（A〜Z、a〜z）、数字（0〜9）、空白文字、“.”及び“,”の65種類の文字であり、換字表に格納されている。
(3) 換字表は5行13列の2次元文字型配列であり、全ての要素に異なる文字が格納されている。
(4) 換字表による置換の方法について、図1に示す平文と暗号文の対応の例を用いて説明する。平文の文字列の先頭から置換対象文字を2文字ずつ選び出して行い、置換されたそれぞれの文字を暗号文の文字として、暗号文中で平文と同じ位置に入れる。ここで、置換対象文字の組合せによって、置換後の文字の組合せが決まる。置換対象文字数が奇数の場合、最後の置換対象文字については1文字で置換を行う。置換対象文字以外の文字については、平文中の文字をそのまま暗号文中で平文と同じ位置に入れる。
(5) 関数enc_strの仕様は次のとおりである。ここで、引数の値に誤りはないものとする。
機能：文字列strを、換字表xchg_tを用いて平文から暗号文に変換する。
引数：str 文字列
xchg_t 換字表
設問1：
問題文を見る 図2の平文と換字表を引数として関数enc_strを実行したとき、プログラムの動作に関する次の記述中のに入れる正しい答えを、解答群の中から選べ。
(1) プログラムのαの行が最初に実行されるとき、変数flgの値は1、iの値は0、colの値はa、rowの値はbになっている。
(2) プログラムのβの行が最初に実行されるとき、引数str、配列cp、rp、posに格納されている値は、図3に示すとおりである。
(3) プログラムのβの行が5回目に実行されるとき、pos[1]の値は9、引数str[9]の値はdになっている。
(4) プログラムのβの行が6回目に実行されるとき、pos[1]の値はeになっている。
a, bに関する解答群
ア：1
イ：2
ウ：3
エ：4
オ：5
カ：6
キ：7
ク：8
ケ：9
コ：10
cに関する解答群
ア：'F'
イ：'S'
ウ：'t'
エ：'v'
オ：'7'
dに関する解答群
ア：'n'
イ：'0'
ウ：'y'
エ：'Z'
オ：空白文字
eに関する解答群
ア：11
イ：12
ウ：13
エ：14
オ：15
模範解答
a：キ、b：エ、c：エ、d：エ、e：イ
解説
解答の導き方
この問題では、文字列の中から換字表にある文字を探し、見つけた文字を2文字ずつ組にして処理します。問題文には「置換対象文字を2文字ずつ選び出して」とあります。ここで大切なのは、組にするのは文字列の隣り合う2文字ではなく、換字表にある文字を見つけた順だということです。
プログラムの変数の役割は、次のとおりです。
- p：文字列のどの位置を調べているかを表します。
- i：現在の組に、置換対象文字が何文字集まったかを表します。
- row、col：換字表の行位置と列位置を表します。
- pos：組にした文字が、文字列のどの位置にあったかを記録します。
換字表を調べるとき、rowとcolはどちらも0から始まります。また、置換対象文字でない文字が見つかった場合は、組を作る文字として数えません。
(1) αの行でのcol、row
文字列の先頭はFです。図2の換字表では、Fは行位置4、列位置7にあります。したがって、αの行が最初に実行されるときはflgが1、iが0、colが7、rowが4です。
aはcolの値なので7、bはrowの値なので4です。解答群では、それぞれキ、エに当たります。
(2) 最初のβの行までの処理
最初に見つかる置換対象文字は、位置0のFです。次に見つかるのは、位置1のuです。換字表で調べると、Fは行位置4・列位置7、uは行位置1・列位置7にあります。記録される値は次のとおりです。
2文字は同じ文字ではありませんが、列位置が同じです。そのため、プログラムの「cp[0] == cp[1]」の分岐に進みます。それぞれの文字を、同じ行の1列右の文字に置き換えます。
- Fは行位置4・列位置7から、行位置4・列位置8のEになります。
- uは行位置1・列位置7から、行位置1・列位置8のvになります。
このため、str[1]の値はvです。選択肢ではエに当たります。
(3) 5回目のβでのstr[9]
置換対象文字が見つかった位置を、2文字ずつ順に並べます。空白文字も換字表にあるので、置換対象文字として数えます。一方、括弧の「(」は換字表にないため、数えません。
5回目の組は、位置8と位置9にある同じ空白文字です。同じ文字が2つの場合、プログラムは換字表の行位置と列位置をそれぞれ1つ進めた場所の文字に置き換えます。
図2では、空白文字は行位置2・列位置12にあります。行位置は「2に1を加え、行数5で割った余り」なので3です。列位置は「12に1を加え、列数13で割った余り」なので0です。換字表の行位置3・列位置0にある文字はZです。
位置8と位置9の空白文字はどちらもZに置き換わるため、str[9]の値はZです。選択肢ではエに当たります。
(4) 6回目のβでのpos[1]
5回目の組の後に、次の組を作ります。位置10のfは置換対象文字なので、組の1文字目として記録されます。その次の位置11にある「(」は置換対象文字ではないため、組には加わりません。続く位置12のxが組の2文字目になります。
したがって、6回目のβの行では、2文字目の位置を記録したpos[1]は12です。選択肢ではイに当たります。
誤りやすいポイント
- rowは行位置、colは列位置です。変数名と図の縦横の位置を反対にしないようにします。
- 位置は0から数えます。文字列の先頭にあるFの位置は0です。
- 置換対象文字を2文字ずつ組にします。括弧のような対象外の文字が間にあっても、次に見つけた置換対象文字が同じ組に入ります。
- 空白文字は置換対象文字です。空白を読み飛ばすものとして扱うと、5回目と6回目の組を誤ります。
- βの回数は、文字列中の位置ではなく、2文字の組を処理した回数です。
FAQ
Q: 位置11の「(」は、なぜ組の文字数に入りませんか？
A: 換字表にない文字だからです。プログラムは換字表に見つかった文字だけを組に加えます。そのため、位置11を通過してもiの値は変わりません。
A: 換字表にない文字だからです。プログラムは換字表に見つかった文字だけを組に加えます。そのため、位置11を通過してもiの値は変わりません。
Q: 空白文字が置換対象だと分かるのはなぜですか？
A: 問題文で置換対象文字に空白文字が含まれ、図2の換字表にも空白文字が示されているためです。
A: 問題文で置換対象文字に空白文字が含まれ、図2の換字表にも空白文字が示されているためです。
Q: 「%」はどのような計算ですか？
A: 割り算の余りを求める計算です。たとえば列位置12の次は、13で割った余りが0になるので、列位置0に戻ります。
A: 割り算の余りを求める計算です。たとえば列位置12の次は、13で割った余りが0になるので、列位置0に戻ります。
関連キーワード: 文字列処理、二次元配列、配列添字、文字置換、剰余演算
設問2：
問題文を見る 図2に示す換字表を使って平文“IPA”を暗号文に変換した結果として正しい答えを、解答群の中から選べ。
解答群
ア：CVa
イ：iAP
ウ：iCN
エ：iNC
オ：PIa
カ：VCa
模範解答
カ
解説
解答の導き方
平文の「IPA」を、図2の換字表とプログラムの処理に沿って、左から順に見ていきます。
問題文には、置換対象文字を「2文字ずつ選び出して」置換するとあります。「I」「P」「A」はいずれも置換対象文字なので、まず「I」と「P」が組になり、最後に残る「A」は1文字で置換されます。
たとえば「I」は、図2の行4を左から見ると「M」「L」「K」「J」「I」の順に並んでいるため、行4・列4です。「P」は行3・列10にあります。
プログラムは、「I」と「P」の行位置や列位置を比べています。2文字は別の文字であり、行位置も列位置も異なります。そのため、最後の条件に進みます。
この条件では、2文字がある位置を対角に結んだ長方形の、残りの角にある文字へ置き換えます。プログラムの式に当てはめると、次のとおりです。
- 先頭の文字は、行3・列4の文字に置き換えられます。図2では「V」です。
- 2文字目は、行4・列10の文字に置き換えられます。図2では「C」です。
ここまでで、先頭の2文字は「VC」になります。
次に、最後の「A」を処理します。1文字だけ残った場合、プログラムはその文字の行位置と列位置を、それぞれ換字表の反対側から数えた位置にします。「A」は行4・列12なので、計算は次のとおりです。
- 行位置：
- 列位置：
図2の行0・列0にある文字は「a」です。したがって、「A」は「a」に置き換わり、暗号文は「VCa」になります。解答群では「カ」です。
誤りやすいポイント
- 文字の位置と換字表の位置を混同しないようにします。文字列中の位置は0、1、2ですが、換字表の行位置・列位置は図2の座標です。
- 「I」と「P」は同じ行でも同じ列でもありません。したがって、同じ行や同じ列の場合の処理ではなく、別の行・別の列の場合の処理を使います。
- 3文字目の「A」は、先の2文字と組にして処理するのではありません。2文字の置換後に1文字だけ残るため、最後の1文字用の式で置き換えます。
- 最後の「A」は「A」のままではなく、小文字の「a」に置き換わります。大文字と小文字も換字表上の別の文字です。
FAQ
Q: 「I」と「P」を置き換えるとき、文字を単純に入れ替えるのではないのですか？
A: いいえ。プログラムは、2文字の行位置・列位置を使って置換後の文字を決めます。この場合は行位置も列位置も異なるため、長方形の残りの角にある「V」と「C」に置き換えます。
A: いいえ。プログラムは、2文字の行位置・列位置を使って置換後の文字を決めます。この場合は行位置も列位置も異なるため、長方形の残りの角にある「V」と「C」に置き換えます。
Q: なぜ最後の「A」だけ別の式で置き換えるのですか？
A: 置換対象文字を2文字ずつ処理した後、1文字だけ残る場合があるためです。問題文では、置換対象文字数が奇数の場合、最後の1文字は1文字で置換すると説明されています。
A: 置換対象文字を2文字ずつ処理した後、1文字だけ残る場合があるためです。問題文では、置換対象文字数が奇数の場合、最後の1文字は1文字で置換すると説明されています。
Q: 最後の「A」が小文字の「a」になるのはなぜですか？
A: 「A」は換字表の行4・列12にあります。最後の1文字用の計算で行0・列0が選ばれ、そこにある「a」に置き換わるためです。
A: 「A」は換字表の行4・列12にあります。最後の1文字用の計算で行0・列0が選ばれ、そこにある「a」に置き換わるためです。
関連キーワード: 換字表、文字置換、二次元配列、配列添字、条件分岐
