構造体

[C言語] 構造体配列の動的メモリ確保方法と活用例

C言語で構造体配列の動的メモリを確保するには、malloc関数を使用します。

まず、構造体を定義し、次にその構造体のポインタを宣言します。

mallocを使って、必要な要素数分のメモリを確保し、ポインタに割り当てます。

例えば、struct MyStruct *array = malloc(n * sizeof(struct MyStruct));のようにします。

活用例として、学生の情報を管理する場合、各学生のデータを構造体で表現し、動的に配列を確保することで、学生数が変動する場合でも柔軟に対応できます。

メモリ使用後はfree関数で解放することが重要です。

目次から探す

構造体配列の動的メモリ確保方法
構造体配列の活用例
応用例
まとめ

構造体配列の動的メモリ確保方法

構造体の定義

C言語で構造体を定義する際には、structキーワードを使用します。

構造体は複数のデータ型をまとめて扱うことができるため、データの管理が容易になります。

以下は、学生情報を管理するための構造体の例です。

#include <stdio.h>
// 学生情報を表す構造体
typedef struct {
    char name[50];  // 学生の名前
    int age;        // 学生の年齢
    float gpa;      // 学生のGPA
} Student;

構造体配列の宣言

構造体を配列として宣言することで、複数のデータを一括で管理することができます。

以下は、Student構造体の配列を宣言する例です。

// 学生情報の配列を宣言
Student students[100];

この例では、100人分の学生情報を格納できる配列を宣言しています。

mallocを使ったメモリ確保

動的にメモリを確保するには、malloc関数を使用します。

mallocは指定したバイト数のメモリを確保し、その先頭アドレスを返します。

以下は、構造体配列の動的メモリ確保の例です。

#include <stdlib.h>
// 学生情報の配列を動的に確保
Student *students = (Student *)malloc(100 * sizeof(Student));

このコードでは、100人分の学生情報を格納するためのメモリを動的に確保しています。

メモリの初期化とアクセス

動的に確保したメモリは、必要に応じて初期化し、アクセスすることができます。

以下は、学生情報を初期化し、アクセスする例です。

// 学生情報の初期化
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    snprintf(students[i].name, sizeof(students[i].name), "Student%d", i + 1);
    students[i].age = 20 + i % 5;  // 年齢を20から24の範囲で設定
    students[i].gpa = 3.0 + (i % 10) * 0.1;  // GPAを3.0から3.9の範囲で設定
}
// 学生情報のアクセス
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.1f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
}

この例では、各学生の名前、年齢、GPAを初期化し、出力しています。

メモリの解放

動的に確保したメモリは、使用後に必ず解放する必要があります。

free関数を使用してメモリを解放します。

// メモリの解放
free(students);

このコードは、mallocで確保したメモリを解放し、メモリリークを防ぎます。

構造体配列の活用例

構造体配列は、複数のデータを効率的に管理するための強力なツールです。

以下に、構造体配列を活用した具体的なシステムの例を紹介します。

学生情報管理システム

学生情報管理システムでは、学生の名前、年齢、成績などを管理する必要があります。

構造体配列を使用することで、これらの情報を一括で管理できます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
    char name[50];
    int age;
    float gpa;
} Student;
int main() {
    int num_students = 3;
    Student *students = (Student *)malloc(num_students * sizeof(Student));
    // 学生情報の初期化
    for (int i = 0; i < num_students; i++) {
        snprintf(students[i].name, sizeof(students[i].name), "Student%d", i + 1);
        students[i].age = 18 + i;
        students[i].gpa = 3.5 + i * 0.1;
    }
    // 学生情報の表示
    for (int i = 0; i < num_students; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.1f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
    }
    free(students);
    return 0;
}

この例では、3人の学生情報を動的に管理し、表示しています。

構造体配列を使うことで、学生の追加や削除が容易になります。

商品在庫管理システム

商品在庫管理システムでは、商品名、数量、価格などを管理します。

構造体配列を用いることで、在庫情報を効率的に管理できます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
    char product_name[50];
    int quantity;
    float price;
} Product;
int main() {
    int num_products = 5;
    Product *inventory = (Product *)malloc(num_products * sizeof(Product));
    // 商品情報の初期化
    for (int i = 0; i < num_products; i++) {
        snprintf(inventory[i].product_name, sizeof(inventory[i].product_name), "Product%d", i + 1);
        inventory[i].quantity = 10 + i * 5;
        inventory[i].price = 100.0 + i * 20.0;
    }
    // 商品情報の表示
    for (int i = 0; i < num_products; i++) {
        printf("Product: %s, Quantity: %d, Price: %.2f\n", inventory[i].product_name, inventory[i].quantity, inventory[i].price);
    }
    free(inventory);
    return 0;
}

この例では、5つの商品情報を管理し、表示しています。

構造体配列を使うことで、商品の在庫管理が簡単になります。

図書館の蔵書管理

図書館の蔵書管理では、書籍のタイトル、著者、ISBNなどを管理します。

構造体配列を使用することで、蔵書情報を効率的に管理できます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
    char title[100];
    char author[50];
    char isbn[20];
} Book;
int main() {
    int num_books = 4;
    Book *library = (Book *)malloc(num_books * sizeof(Book));
    // 書籍情報の初期化
    for (int i = 0; i < num_books; i++) {
        snprintf(library[i].title, sizeof(library[i].title), "Book Title %d", i + 1);
        snprintf(library[i].author, sizeof(library[i].author), "Author %d", i + 1);
        snprintf(library[i].isbn, sizeof(library[i].isbn), "ISBN%d", 1000 + i);
    }
    // 書籍情報の表示
    for (int i = 0; i < num_books; i++) {
        printf("Title: %s, Author: %s, ISBN: %s\n", library[i].title, library[i].author, library[i].isbn);
    }
    free(library);
    return 0;
}

この例では、4冊の書籍情報を管理し、表示しています。

構造体配列を使うことで、蔵書の追加や削除が容易になります。

応用例

構造体配列は、基本的なデータ管理だけでなく、さまざまな応用が可能です。

ここでは、構造体配列の再確保、ソート、検索について説明します。

構造体配列の再確保

動的に確保した構造体配列のサイズを変更する必要がある場合、realloc関数を使用します。

reallocは、既存のメモリブロックを新しいサイズに変更し、そのアドレスを返します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
    char name[50];
    int age;
} Person;
int main() {
    int initial_size = 2;
    Person *people = (Person *)malloc(initial_size * sizeof(Person));
    // 初期データの設定
    for (int i = 0; i < initial_size; i++) {
        snprintf(people[i].name, sizeof(people[i].name), "Person%d", i + 1);
        people[i].age = 20 + i;
    }
    // 配列のサイズを拡張
    int new_size = 4;
    people = (Person *)realloc(people, new_size * sizeof(Person));
    // 新しいデータの追加
    for (int i = initial_size; i < new_size; i++) {
        snprintf(people[i].name, sizeof(people[i].name), "Person%d", i + 1);
        people[i].age = 20 + i;
    }
    // データの表示
    for (int i = 0; i < new_size; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d\n", people[i].name, people[i].age);
    }
    free(people);
    return 0;
}

この例では、最初に2人分のデータを確保し、その後4人分に拡張しています。

reallocを使うことで、メモリの再確保が簡単に行えます。

構造体配列のソート

構造体配列をソートするには、qsort関数を使用します。

qsortは、配列を指定した比較関数に基づいてソートします。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct {
    char name[50];
    int age;
} Person;
// 年齢で比較する関数
int compareByAge(const void *a, const void *b) {
    return ((Person *)a)->age - ((Person *)b)->age;
}
int main() {
    int num_people = 3;
    Person people[] = {
        {"Alice", 30},
        {"Bob", 25},
        {"Charlie", 35}
    };
    // 年齢でソート
    qsort(people, num_people, sizeof(Person), compareByAge);
    // ソート結果の表示
    for (int i = 0; i < num_people; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d\n", people[i].name, people[i].age);
    }
    return 0;
}

この例では、年齢を基準に構造体配列をソートしています。

qsortを使うことで、任意の基準で簡単にソートが可能です。

構造体配列の検索

構造体配列から特定の要素を検索するには、bsearch関数を使用します。

bsearchは、ソートされた配列から指定した条件に合致する要素を検索します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct {
    char name[50];
    int age;
} Person;
// 名前で比較する関数
int compareByName(const void *a, const void *b) {
    return strcmp(((Person *)a)->name, ((Person *)b)->name);
}
int main() {
    int num_people = 3;
    Person people[] = {
        {"Alice", 30},
        {"Bob", 25},
        {"Charlie", 35}
    };
    // 名前でソート
    qsort(people, num_people, sizeof(Person), compareByName);
    // 検索する名前
    Person key = {"Bob", 0};
    Person *found = (Person *)bsearch(&key, people, num_people, sizeof(Person), compareByName);
    if (found != NULL) {
        printf("Found: Name: %s, Age: %d\n", found->name, found->age);
    } else {
        printf("Not found\n");
    }
    return 0;
}

この例では、名前を基準に構造体配列を検索しています。

bsearchを使うことで、効率的に要素を見つけることができます。