C++でLEDの点灯変化をカウントし、数字を1つずつ表示する方法

正の整数 num が与えられ、LEDライトを1つずつ点灯させて数字を表示する際の「変化回数」を求めるのが本記事の課題です。ここでは、初期状態ではすべてのLEDが消灯しており、文字列の値に基づいて順番に点灯していくものと仮定します。

この問題を解くには、まず「7セグメントディスプレイ」の構造と動作原理を理解する必要があります。

7セグメントディスプレイとは

7セグメントディスプレイは、画像・テキスト・10進数の数字などを表示できる出力表示装置で、より複雑なドットマトリクスディスプレイに代わる表示手段として広く活用されています。デジタル時計や簡易電卓、電子メーターなど、数値情報を表示するさまざまな電子機器に採用されています。その名の通り、7つの発光ダイオード(LED)セグメントで構成されており、これらが数字の「8」の形に組み合わされています。

7セグメントディスプレイの仕組み

すべてのセグメントに通電すると「8」が表示され、「g」のセグメントへの通電を止めると「0」が表示されます。7セグメントディスプレイでは、複数のピンに同時に電圧を印加できるため、0〜9までの各数字を組み合わせて表示することが可能です。なお、XやZのような一部のアルファベットは表現できないため、文字表示には適しておらず、主に10進数の数値表示に使用されます。ただし、A・B・C・D・E・F の6文字は表示できるため、16進数の桁を表す用途にも利用できます。

具体例

入力: num = "123"
出力: 変化回数は 5

解説: 最初の「1」を点灯させるには2個のLEDが必要です。続いて「2」へ切り替える際は点灯セグメント数の差(|5 − 2| = 3)だけ変化が起こり、「3」では差が0になります。よって合計の変化回数は 2 + 3 + 0 = 5 回となります。

入力: num = "576"
出力: 変化回数は 10

解説: 「5」を点灯させるには5個のLEDが必要です。「7」へ切り替える際に |3 − 5| = 2 回、「6」へ切り替える際に |6 − 3| = 3 回の変化が生じます。合計は 5 + 2 + 3 = 10 回となります。

プログラムのアプローチ

• 点灯させたい数字を表す数値文字列を入力として受け取る

• length() 関数を使って文字列の長さ(桁数)を整数値として取得する

• 各数字に必要なLEDの数を格納した配列を作成する

• 計算結果を保持する一時変数 temp を用意する

• i = 1 から i が文字列の長さ未満である間、ループを繰り返す

• ループ内で temp = temp + abs(LED[str[i] - '0'] - LED[str[i-1] - '0']) を計算する

• 最終的なカウントを返す

• 結果を出力する

コード例

#include<iostream>
using namespace std;
int countled(string str){
    // 各数字を表示するのに必要なLEDの数
    int Led[] = { 6, 2, 5, 5, 4, 5, 6, 3, 7, 5 };
    int len = str.length();
    // 変化回数の計算
    int res = Led[str[0] - '0'];
    for (int i = 1; i < len; i++){
        res = res + abs(Led[str[i] - '0'] - Led[str[i - 1] - '0']);
    }
    return res;
}
int main(){
    string str = "123";
    cout << "count is " << countled(str);
    return 0;
}

出力

上記のコードを実行すると、次の出力が得られます。

count is 5