[C++] クラスの配列を動的に確保する方法

C++では、クラスの配列を動的に確保するために、ポインタと動的メモリ管理を利用します。

具体的には、new演算子を使用してクラスの配列をヒープメモリ上に確保します。

例えば、MyClass* myArray = new MyClass[arraySize];のように記述します。

確保したメモリは、使用後にdelete[]演算子を用いて解放する必要があります。

これにより、メモリリークを防ぎ、プログラムの安定性を保つことができます。

この記事でわかること

クラスの定義とコンストラクタの基本
new[]とdelete[]を使った動的配列の確保と解放
動的配列の利点とメモリリークの防止方法
配列サイズの変更方法とその実践例
動的配列を用いたデータ管理やゲーム開発の応用例

目次から探す

クラスの配列を動的に確保する方法

クラスの定義とコンストラクタ

C++でクラスの配列を動的に確保するためには、まずクラスを定義し、必要に応じてコンストラクタを用意します。

以下に、基本的なクラスの定義とコンストラクタの例を示します。

#include <iostream>
// クラスの定義
class Student {
public:
    std::string name; // 学生の名前
    int age;          // 学生の年齢
    // コンストラクタ
    Student(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}
};

この例では、Studentクラスを定義し、名前と年齢を初期化するコンストラクタを用意しています。

new[]を使った配列の動的確保

クラスの配列を動的に確保するには、new[]演算子を使用します。

以下に、Studentクラスの配列を動的に確保する例を示します。

#include <iostream>

// クラスの定義
class Student {
   public:
    std::string name; // 学生の名前
    int age;          // 学生の年齢
    // コンストラクタ
    Student(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}
};
int main() {
    // Studentクラスの配列を動的に確保
    Student* students = new Student[3]{
        Student("Alice", 20),
        Student("Bob", 22),
        Student("Charlie", 21)
    };
    // 配列の要素を表示
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        std::cout << "Name: " << students[i].name << ", Age: " << students[i].age << std::endl;
    }
    // メモリの解放
    delete[] students;
    return 0;
}

Name: Alice, Age: 20
Name: Bob, Age: 22
Name: Charlie, Age: 21

このコードでは、Studentクラスの配列を動的に確保し、各要素にアクセスして情報を表示しています。

delete[]を使った配列の解放

動的に確保した配列は、使用後に必ずdelete[]演算子を使って解放する必要があります。

これにより、メモリリークを防ぐことができます。

上記の例では、delete[] students;でメモリを解放しています。

配列の要素へのアクセス方法

動的に確保した配列の要素には、通常の配列と同様にインデックスを使ってアクセスします。

以下に、要素へのアクセス方法を示します。

#include <iostream>

// クラスの定義
class Student {
   public:
    std::string name; // 学生の名前
    int age;          // 学生の年齢
    // コンストラクタ
    Student(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}
};
int main() {
    // Studentクラスの配列を動的に確保
    Student* students = new Student[3]{
        Student("Alice", 20),
        Student("Bob", 22),
        Student("Charlie", 21)
    };
    // 2番目の要素にアクセスして年齢を変更
    students[1].age = 23;
    // 配列の要素を表示
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        std::cout << "Name: " << students[i].name << ", Age: " << students[i].age << std::endl;
    }
    // メモリの解放
    delete[] students;
    return 0;
}

Name: Alice, Age: 20
Name: Bob, Age: 23
Name: Charlie, Age: 21

この例では、students[1].age = 23;で2番目の要素の年齢を変更し、その結果を表示しています。

動的配列の利点と注意点

動的配列の利点

動的配列を使用することにはいくつかの利点があります。

以下にその主な利点を示します。

スクロールできます

利点	説明
柔軟なサイズ	動的配列は実行時にサイズを決定できるため、事前にサイズを固定する必要がありません。
メモリ効率	必要な分だけメモリを確保するため、メモリの無駄を減らすことができます。
動的な管理	配列の要素数が変動する場合に、動的にメモリを管理することが可能です。

動的配列は、特にプログラムの実行中にデータの量が変動する場合に有用です。

メモリリークの防止

動的配列を使用する際に注意すべき点の一つは、メモリリークの防止です。

メモリリークとは、確保したメモリを解放せずにプログラムが終了することを指します。

これを防ぐためには、動的に確保したメモリを使用後に必ず解放する必要があります。

new[]で確保したメモリは、delete[]を使って解放します。
メモリを解放し忘れると、プログラムが終了するまでメモリが占有され続け、システムのリソースを無駄に消費します。

例：delete[] array;を忘れないようにすることが重要です。

配列サイズの変更

動的配列のサイズを変更することは、直接的にはできません。

しかし、以下の方法でサイズを変更することが可能です。

新しい配列を確保する: 新しいサイズの配列をnew[]で確保します。
データをコピーする: 元の配列から新しい配列にデータをコピーします。
元の配列を解放する: 元の配列をdelete[]で解放します。

以下に、配列サイズを変更する例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // 元の配列を動的に確保
    int* array = new int[3]{1, 2, 3};
    // 新しいサイズの配列を確保
    int* newArray = new int[5];
    // 元の配列から新しい配列にデータをコピー
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        newArray[i] = array[i];
    }
    // 元の配列を解放
    delete[] array;
    // 新しい配列に追加のデータを設定
    newArray[3] = 4;
    newArray[4] = 5;
    // 新しい配列の要素を表示
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << newArray[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    // 新しい配列を解放
    delete[] newArray;
    return 0;
}

1 2 3 4 5

この例では、元の配列のサイズを変更するために、新しい配列を確保し、データをコピーしてから元の配列を解放しています。

これにより、配列のサイズを動的に変更することができます。

応用例

クラスの配列を使ったデータ管理

クラスの配列を動的に確保することで、柔軟なデータ管理が可能になります。

例えば、学生の情報を管理するシステムでは、Studentクラスの配列を使用して、動的に学生のデータを管理できます。

#include <iostream>
#include <vector>
// 学生クラスの定義
class Student {
public:
    std::string name;
    int age;
    Student(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}
};
// 学生データを管理する関数
void manageStudents() {
    // 学生の動的配列を作成
    std::vector<Student> students;
    students.push_back(Student("Alice", 20));
    students.push_back(Student("Bob", 22));
    // 学生情報を表示
    for (const auto& student : students) {
        std::cout << "Name: " << student.name << ", Age: " << student.age << std::endl;
    }
}
int main() {
    manageStudents();
    return 0;
}

Name: Alice, Age: 20
Name: Bob, Age: 22

この例では、std::vectorを使用して学生のデータを動的に管理しています。

std::vectorはサイズの変更が容易で、動的配列の利点を活かしたデータ管理が可能です。

動的配列を用いたゲーム開発

ゲーム開発では、動的配列を使用してゲームオブジェクトを管理することが一般的です。

例えば、敵キャラクターの数が変動する場合、動的配列を使って効率的に管理できます。

#include <iostream>
#include <vector>
// 敵キャラクタークラスの定義
class Enemy {
public:
    std::string type;
    int health;
    Enemy(std::string t, int h) : type(t), health(h) {}
};
// 敵キャラクターを管理する関数
void manageEnemies() {
    // 敵キャラクターの動的配列を作成
    std::vector<Enemy> enemies;
    enemies.push_back(Enemy("Goblin", 100));
    enemies.push_back(Enemy("Orc", 150));
    // 敵キャラクター情報を表示
    for (const auto& enemy : enemies) {
        std::cout << "Type: " << enemy.type << ", Health: " << enemy.health << std::endl;
    }
}
int main() {
    manageEnemies();
    return 0;
}

Type: Goblin, Health: 100
Type: Orc, Health: 150

この例では、std::vectorを使用して敵キャラクターを動的に管理しています。

ゲームの進行に応じて敵キャラクターを追加・削除することが容易です。

動的配列を使ったデータベースの実装

動的配列は、データベースのようなシステムでも活用できます。

例えば、レコードの数が変動するデータベースでは、動的配列を使って効率的にレコードを管理できます。

#include <iostream>
#include <vector>
// レコードクラスの定義
class Record {
public:
    int id;
    std::string data;
    Record(int i, std::string d) : id(i), data(d) {}
};
// レコードを管理する関数
void manageRecords() {
    // レコードの動的配列を作成
    std::vector<Record> records;
    records.push_back(Record(1, "Data1"));
    records.push_back(Record(2, "Data2"));
    // レコード情報を表示
    for (const auto& record : records) {
        std::cout << "ID: " << record.id << ", Data: " << record.data << std::endl;
    }
}
int main() {
    manageRecords();
    return 0;
}

ID: 1, Data: Data1
ID: 2, Data: Data2

この例では、std::vectorを使用してレコードを動的に管理しています。

データベースのレコード数が変動する場合でも、動的配列を使うことで効率的に管理できます。

よくある質問

動的配列とstd::vectorの違いは？

動的配列とstd::vectorにはいくつかの違いがあります。

メモリ管理: 動的配列はnew[]とdelete[]を使って手動でメモリを管理する必要がありますが、std::vectorは自動的にメモリを管理します。
サイズ変更: 動的配列はサイズを変更するために新しい配列を作成し、データをコピーする必要がありますが、std::vectorはpush_backやresizeメソッドを使って簡単にサイズを変更できます。
安全性: std::vectorは範囲外アクセスを防ぐためのメソッド(例：at)を提供しており、安全性が高いです。