10進数と16進数をC言語で自在に変換！初心者向け完全解説

By 佐川 直弘 | Naohiro Sagawa (運営者)

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1. はじめに

数値の進数（基数）とは何か

コンピュータの世界では、数値はさまざまな基数（進数）で表現されます。私たちが日常的に使用するのは10進数ですが、C言語ではこれに加えて16進数や2進数、8進数なども広く使用されます。特に16進数は、メモリアドレスやビット演算、組み込みシステム、カラーコードの指定などで頻繁に登場します。

例えば、カラーコードの「#FFFFFF」は16進数で表された値で、10進数に変換すると「16777215」になります。このように、基数の変換が正確に理解できることは、C言語を扱う上で重要です。

本記事の目的

この記事では、C言語での10進数から16進数、また16進数から10進数への変換方法をわかりやすく解説します。基礎知識から実践的なサンプルコードまで網羅しているため、初心者でもすぐに応用できる内容となっています。

2. C言語で10進数を16進数に変換する方法

printf関数を使う方法

C言語では、printf関数を使用することで10進数を簡単に16進数に変換して表示できます。

基本例

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255; // 10進数
    printf("%x\n", number); // 小文字の16進数
    printf("%X\n", number); // 大文字の16進数
    return 0;
}

解説

• %x: 小文字の16進数表記
• %X: 大文字の16進数表記

例えば、number = 255の場合、出力は次のようになります。

• %x: ff
• %X: FF

桁数を揃える方法

フォーマット指定子に桁数を指定することで、一定の桁数で16進数を表示できます。

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    printf("%04x\n", number); // 4桁に揃えて表示
    return 0;
}

出力: 00ff
先頭に0を追加することで、桁数が不足しても揃った見た目になります。

sprintf関数を使う方法

printf関数の代わりに、sprintf関数を使用すると、変換結果を文字列として格納できます。

基本例

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    char buffer[10];
    sprintf(buffer, "%x", number);
    printf("16進数: %s\n", buffer); // 文字列として出力
    return 0;
}

解説

bufferには16進数の文字列が格納されるため、後で再利用したり別の処理に渡したりすることができます。これにより、より柔軟なプログラムが作成可能です。

手動での変換（ビット演算を利用）

ビット演算を使って手動で10進数を16進数に変換する方法を解説します。これは進数変換の理解を深めるために有効です。

実例コード

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    int number = 255;
    char hex[10];
    int i = 0;

    while (number > 0) {
        int remainder = number % 16;
        hex[i++] = (remainder < 10) ? '0' + remainder : 'A' + (remainder - 10);
        number /= 16;
    }
    hex[i] = '\0';

    // 文字列を反転
    for (int j = 0; j < i / 2; j++) {
        char temp = hex[j];
        hex[j] = hex[i - j - 1];
        hex[i - j - 1] = temp;
    }

    printf("16進数: %s\n", hex);
    return 0;
}

解説

1. number % 16で余りを計算し、それを16進数の対応文字に変換します。
2. number /= 16で商を更新し、次の桁を計算します。
3. 最終的に文字列を反転して正しい順序で出力します。

このコードは、手動で基数変換を行う際の基本的な手法を示しています。

3. C言語で16進数を10進数に変換する方法

scanf関数を使う方法

scanf関数は、16進数の値を直接10進数として読み取ることができます。

基本例

#include <stdio.h>

int main() {
    int number;
    printf("16進数を入力してください: ");
    scanf("%x", &number); // 16進数を入力として受け取る
    printf("10進数: %d\n", number); // 10進数として表示
    return 0;
}

解説

1. フォーマット指定子%xを使うことで、16進数入力を受け付けます。
2. 入力された値は10進数に変換され、変数numberに格納されます。
3. printf関数で%dを使用して10進数の値を表示します。

実行例

入力: FF
出力: 10進数: 255

注意点

• ユーザーが入力する値は16進数形式（例: FF, 1A3）でなければなりません。
• 先頭に「0x」を付けても問題なく処理されます（例: 0xFF）。

strtol関数を使う方法

strtol関数は、文字列を基数を指定して数値に変換できる便利な関数です。

基本例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char hexString[] = "FF"; // 16進数の文字列
    long number = strtol(hexString, NULL, 16); // 基数16を指定して変換
    printf("10進数: %ld\n", number);
    return 0;
}

解説

1. strtol関数の第1引数には、変換したい文字列（ここではhexString）を指定します。
2. 第2引数は変換後の文字列の終端を示すポインタで、今回は使用しないためNULLを指定しています。
3. 第3引数に基数（ここでは16）を指定することで、16進数から10進数への変換を行います。

実行例

入力: "FF"
出力: 10進数: 255

エラー処理を含むstrtolの使用方法

エラー処理付きの例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

int main() {
    char hexString[] = "ZZZ"; // 無効な16進数
    char *endptr;
    errno = 0; // エラーを初期化

    long number = strtol(hexString, &endptr, 16);

    if (errno != 0 || *endptr != '\0') {
        printf("無効な入力です。\n");
    } else {
        printf("10進数: %ld\n", number);
    }

    return 0;
}

解説

1. endptrは変換が終了した位置を指します。変換されなかった文字がある場合、*endptrが'\0'ではなくなります。
2. errnoを確認することで、オーバーフローや他のエラーを検出できます。
3. 無効な入力が検出された場合にはエラーメッセージを表示します。

実行例

入力: "ZZZ"
出力: 無効な入力です。

手動での変換方法

実例コード

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>

int main() {
    char hexString[] = "FF";
    int length = strlen(hexString);
    int decimal = 0;

    for (int i = 0; i < length; i++) {
        char digit = hexString[i];
        int value;

        if (digit >= '0' && digit <= '9') {
            value = digit - '0';
        } else if (digit >= 'A' && digit <= 'F') {
            value = digit - 'A' + 10;
        } else if (digit >= 'a' && digit <= 'f') {
            value = digit - 'a' + 10;
        } else {
            printf("無効な文字です。\n");
            return 1;
        }

        decimal += value * pow(16, length - i - 1);
    }

    printf("10進数: %d\n", decimal);
    return 0;
}

解説

1. 各文字を1桁ずつ解析し、対応する10進数の値に変換します。
2. 桁の重み（16の累乗）を掛けて合計します。

実行例

入力: "FF"
出力: 10進数: 255

4. 実践的なサンプルコード

双方向変換プログラム

プログラム概要

このプログラムでは、以下の操作を選択できるようにします。

1. 10進数を16進数に変換
2. 16進数を10進数に変換

コード例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>

void decimalToHexadecimal() {
    int decimal;
    printf("10進数を入力してください: ");
    scanf("%d", &decimal);
    printf("16進数: %X\n", decimal);
}

void hexadecimalToDecimal() {
    char hex[20];
    printf("16進数を入力してください: ");
    scanf("%s", hex);

    // 入力文字列の妥当性チェック
    for (int i = 0; i < strlen(hex); i++) {
        if (!isxdigit(hex[i])) {
            printf("無効な16進数です。\n");
            return;
        }
    }

    int decimal = (int)strtol(hex, NULL, 16);
    printf("10進数: %d\n", decimal);
}

int main() {
    int choice;

    while (1) {
        printf("\n変換オプションを選択してください:\n");
        printf("1. 10進数を16進数に変換\n");
        printf("2. 16進数を10進数に変換\n");
        printf("3. 終了\n");
        printf("選択: ");
        scanf("%d", &choice);

        switch (choice) {
            case 1:
                decimalToHexadecimal();
                break;
            case 2:
                hexadecimalToDecimal();
                break;
            case 3:
                printf("プログラムを終了します。\n");
                return 0;
            default:
                printf("無効な選択です。もう一度入力してください。\n");
        }
    }
    return 0;
}

実行例

ケース1: 10進数を16進数に変換

変換オプションを選択してください:
1. 10進数を16進数に変換
2. 16進数を10進数に変換
3. 終了
選択: 1
10進数を入力してください: 255
16進数: FF

ケース2: 16進数を10進数に変換

変換オプションを選択してください:
1. 10進数を16進数に変換
2. 16進数を10進数に変換
3. 終了
選択: 2
16進数を入力してください: FF
10進数: 255

ケース3: 無効な16進数入力

変換オプションを選択してください:
1. 10進数を16進数に変換
2. 16進数を10進数に変換
3. 終了
選択: 2
16進数を入力してください: ZZZ
無効な16進数です。

エラーハンドリングのポイント

無効な入力への対策

1. 16進数入力の妥当性をチェック:

• isxdigit関数を使用して、各文字が有効な16進数の文字（0-9, A-F, a-f）か確認。

1. 10進数入力のエラー処理:

• 入力が数値以外の場合にエラーメッセージを表示し、再入力を促す処理を追加可能。

無限ループの防止

プログラムが終了条件を明確にしない場合、無限ループが発生することがあります。このプログラムでは選択肢「3」で正しく終了するようにしています。

プログラムの拡張案

以下の機能を追加することで、より便利なプログラムに拡張可能です。

1. 2進数や8進数への変換機能

• 進数を選択できるメニューを追加。

1. 桁数を指定して変換結果をフォーマット

• 出力を一定の桁数で整形するオプションを追加。

1. ログファイルへの記録

• 変換結果をログとしてファイルに保存。

まとめ

このサンプルプログラムは、10進数と16進数の相互変換を簡単に行える実践的な例です。ユーザー入力に対応し、エラーハンドリングも考慮されているため、初心者でも安心して利用できます。

5. 注意点とベストプラクティス

フォーマット指定子の使用に関する注意

桁数を揃えた出力

printf関数を使用して16進数を出力する場合、フォーマット指定子を適切に設定することで桁数を揃えたり、先頭にゼロを追加することができます。

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    printf("4桁の16進数: %04X\n", number); // 出力: 00FF
    return 0;
}

• %04X: 4桁の大文字16進数を出力し、不足分を0で埋めます。
• この形式を使用することで、フォーマットが揃い見やすい出力を実現できます。

大文字と小文字の選択

16進数の出力は大文字（%X）と小文字（%x）の両方が可能です。必要に応じて使い分けることで、見た目や用途に応じた柔軟な出力が可能になります。

入力値の検証

10進数の入力

ユーザーが無効な値を入力する可能性があるため、エラー処理を追加することでプログラムの信頼性を向上させます。

#include <stdio.h>

int main() {
    int number;
    printf("10進数を入力してください: ");
    if (scanf("%d", &number) != 1) {
        printf("無効な入力です。\n");
        return 1;
    }
    printf("入力された値: %d\n", number);
    return 0;
}

16進数の入力

16進数の文字列を入力として受け取る際には、入力値が有効であるかどうかを検証することが重要です。

#include <ctype.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int isValidHex(const char *hex) {
    for (int i = 0; i < strlen(hex); i++) {
        if (!isxdigit(hex[i])) {
            return 0; // 無効な文字を含む
        }
    }
    return 1; // 有効な16進数
}

int main() {
    char hex[20];
    printf("16進数を入力してください: ");
    scanf("%s", hex);

    if (!isValidHex(hex)) {
        printf("無効な16進数です。\n");
        return 1;
    }

    printf("入力された16進数は有効です。\n");
    return 0;
}

負の数やオーバーフローの処理

負の数の扱い

負の数を扱う場合、符号付きの型（intやlong）に依存します。16進数で負の数を出力する際は、内部的には2の補数表現が使用されます。

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = -255;
    printf("16進数（負の数）: %X\n", number); // 出力は2の補数表現
    return 0;
}

オーバーフローの回避

大きな値を扱う場合、型の上限を超えないよう注意が必要です。C言語では、以下のヘッダーで型の範囲を確認できます。

#include <limits.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("intの最大値: %d\n", INT_MAX);
    printf("intの最小値: %d\n", INT_MIN);
    return 0;
}

適切な型を選択することで、オーバーフローのリスクを軽減できます。例えば、非常に大きな値を扱う場合はlong long型を使用することが推奨されます。

可読性とメンテナンス性を向上させる工夫

コメントと命名規則

• 関数や変数に意味のある名前を付け、コメントを適切に追加することで、コードの可読性を向上させます。

標準関数の活用

• 手動での基数変換は学習目的には有効ですが、実務では標準関数（printfやstrtolなど）を優先して使用することで、コードの保守性を高めることができます。

プログラムのテスト

テストケースの重要性

基数変換プログラムを作成する際には、以下のようなケースをテストすることが重要です。

• 正常な入力（例: 10進数255 → 16進数FF）
• 無効な入力（例: 文字列ABCを10進数として入力）
• 境界値（例: 最大値INT_MAX、最小値INT_MIN）
• 負の数やゼロの入力

テストの実施により、プログラムの信頼性を高めることができます。

6. FAQ（よくある質問）

printf関数で16進数の出力に先頭に「0x」を付けるには？

解答:

先頭に「0x」を付けるには、フォーマット指定子の前に「0x」を文字列として明示的に追加します。

コード例:

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    printf("16進数（0x付き）: 0x%X\n", number); // 出力: 0xFF
    return 0;
}

補足:

「0x」は16進数を示す標準的なプレフィックスです。例えば、カラーコードやメモリアドレスを扱う場合によく使われます。

strtol関数で無効な文字列を変換しようとするとどうなりますか？

解答:

strtol関数は、文字列が無効な場合でもエラーをスローするわけではなく、可能な部分だけを変換します。変換できない文字が現れると、それ以降の文字列を無視します。

コード例:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char hexString[] = "FFG12";
    char *endptr;
    long number = strtol(hexString, &endptr, 16);

    printf("変換された値: %ld\n", number);
    printf("変換できなかった部分: %s\n", endptr); // 出力: G12
    return 0;
}

出力例:

変換された値: 255
変換できなかった部分: G12

printf関数を使わずに10進数を16進数に変換するには？

解答:

ビット演算を使用して手動で変換することができます。この方法は、進数変換の内部ロジックを理解するのに役立ちます。

コード例:

#include <stdio.h>

void decimalToHex(int decimal) {
    char hex[20];
    int index = 0;

    while (decimal > 0) {
        int remainder = decimal % 16;
        hex[index++] = (remainder < 10) ? '0' + remainder : 'A' + (remainder - 10);
        decimal /= 16;
    }

    printf("16進数: ");
    for (int i = index - 1; i >= 0; i--) {
        printf("%c", hex[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int number = 255;
    decimalToHex(number);
    return 0;
}

scanf関数で桁数を制限して入力を受け取るには？

解答:

scanf関数のフォーマット指定子に桁数を指定することで、入力文字数を制限できます。

コード例:

#include <stdio.h>

int main() {
    char hex[5]; // 最大4桁の入力を受け取る
    printf("最大4桁の16進数を入力してください: ");
    scanf("%4s", hex);
    printf("入力された値: %s\n", hex);
    return 0;
}

補足:

フォーマット指定子%4sは、最大4文字までの文字列を入力として受け付ける設定です。

他の進数（例: 2進数や8進数）への変換方法は？

解答:

printf関数を使用すれば、他の進数への変換も可能です。進数に応じて適切なフォーマット指定子やロジックを用います。

コード例: 2進数への変換

#include <stdio.h>

void decimalToBinary(int decimal) {
    char binary[32];
    int index = 0;

    while (decimal > 0) {
        binary[index++] = (decimal % 2) + '0';
        decimal /= 2;
    }

    printf("2進数: ");
    for (int i = index - 1; i >= 0; i--) {
        printf("%c", binary[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int number = 255;
    decimalToBinary(number);
    return 0;
}

大文字の16進数を小文字に変換するには？

解答:

C言語の標準ライブラリに含まれるtolower関数を使用すると、大文字の16進数を小文字に変換できます。

コード例:

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>

void toLowercase(char *hex) {
    for (int i = 0; i < strlen(hex); i++) {
        hex[i] = tolower(hex[i]);
    }
}

int main() {
    char hex[] = "FF";
    toLowercase(hex);
    printf("小文字の16進数: %s\n", hex);
    return 0;
}

出力例:

小文字の16進数: ff

16進数でゼロ埋めされた形式を出力するには？

解答:

printf関数のフォーマット指定子に桁数を指定することでゼロ埋め形式で出力できます。

コード例:

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 15;
    printf("ゼロ埋め4桁の16進数: %04X\n", number); // 出力: 000F
    return 0;
}

7. まとめ

この記事では、C言語を用いた10進数と16進数の相互変換について、基礎から実践的なサンプルコード、注意点、FAQまでを包括的に解説しました。以下に、重要なポイントを振り返ります。

記事のポイント

基数（進数）の基本概念

• 10進数は私たちが普段使用する数値表記であり、16進数は特定の用途（例: メモリアドレスやカラーコード）でよく使用される表記です。
• C言語では、数値を様々な進数で扱うための柔軟な方法が提供されています。

10進数から16進数への変換

• printfやsprintf関数を使うことで、簡単かつ効率的に変換可能です。
• ビット演算を活用した手動変換の方法も紹介しました。これは進数変換のロジックを理解する上で有用です。

16進数から10進数への変換

• scanfやstrtol関数を使用して、文字列形式の16進数を10進数に変換できます。
• 無効な入力やエラー処理を含めることで、より堅牢なプログラムを作成できます。

実践的なプログラム例

• 双方向変換プログラムを通じて、ユーザー入力を処理し、10進数と16進数の相互変換を実現しました。
• エラーハンドリングを組み込むことで、誤った入力に対処する方法も解説しました。

注意点とベストプラクティス

• フォーマット指定子の活用方法や、大文字・小文字の表記選択など、出力の見た目を整える方法を説明しました。
• 負の数やオーバーフローに注意し、型の選択や範囲の確認を徹底する重要性を示しました。

よくある質問（FAQ）

• 実用的な疑問（例: printfで「0x」を付ける方法、無効な入力の処理方法）に対して、具体例を用いて解説しました。
• 他の進数（2進数や8進数）への応用方法についても触れました。

記事を通じて得られること

この記事を読むことで、読者は以下を学び、実践できるようになります。

1. C言語での基数変換の基本的な概念と応用
2. 実行可能なコードを用いた進数変換の実装
3. 入力検証やエラー処理を含む堅牢なプログラム作成

今後の学習のために

さらに理解を深めるためには、以下を学ぶことをお勧めします。

• 他の進数（2進数や8進数）への変換方法
• C言語以外のプログラミング言語での基数変換の実装
• メモリ管理やバイナリ操作に関連する知識

この記事の内容が、C言語を学ぶ初心者や基数変換を扱うプログラマにとって、実践的かつ有益なガイドとなることを願っています。これを参考にして、さらに応用的なプログラム作成に挑戦してみてください。