配列

[C言語] 配列の使い方についてわかりやすく詳しく解説

2025-01-18更新日: 2025-01-18

C言語における配列は、同じデータ型の要素を連続して格納するためのデータ構造です。

配列は宣言時にサイズを指定し、固定長のメモリ領域を確保します。

要素にはインデックスを使用してアクセスし、インデックスは0から始まります。

例えば、int array[5]は5つの整数を格納できる配列を宣言します。

配列はループを用いて効率的に操作することができ、forループを使って全要素にアクセスするのが一般的です。

また、配列は関数に渡す際にはポインタとして扱われるため、注意が必要です。

目次から探す

配列の基本

配列とは何か

配列とは、同じデータ型の複数の要素を一つのまとまりとして扱うためのデータ構造です。

C言語では、配列を使うことで、同じ種類のデータを効率的に管理し、操作することができます。

配列は、連続したメモリ領域に格納され、各要素にはインデックスを使ってアクセスします。

配列の宣言と初期化

配列を使用するためには、まず宣言を行います。

宣言時には、配列のデータ型と要素数を指定します。

以下に、配列の宣言と初期化の例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 整数型の配列を宣言し、初期化
    int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    // 配列の要素を出力
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", numbers[i]);
    }
    return 0;
}

1 2 3 4 5

この例では、整数型の配列numbersを宣言し、5つの要素を初期化しています。

forループを使って、各要素を順に出力しています。

配列のメモリ配置

配列は、連続したメモリ領域に格納されます。

各要素は、配列の先頭から順にメモリに配置され、インデックスを使ってアクセスできます。

例えば、int型の配列の場合、各要素は4バイトのメモリを占有します。

以下に、配列のメモリ配置のイメージを示します。

インデックス	メモリアドレス	値
0	0x1000	1
1	0x1004	2
2	0x1008	3
3	0x100C	4
4	0x1010	5

この表は、int型の配列numbersがメモリにどのように配置されるかを示しています。

配列の要素へのアクセス

配列の要素にアクセスするには、インデックスを使用します。

インデックスは0から始まり、配列の要素数-1までの範囲で指定します。

以下に、配列の要素にアクセスする例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // 配列の要素にアクセスして出力
    printf("First element: %d\n", numbers[0]);
    printf("Third element: %d\n", numbers[2]);
    printf("Last element: %d\n", numbers[4]);
    return 0;
}

First element: 10
Third element: 30
Last element: 50

この例では、配列numbersの特定の要素にアクセスし、その値を出力しています。

インデックスを使うことで、任意の要素に直接アクセスすることができます。

配列の操作

配列の要素の変更

配列の要素を変更するには、インデックスを指定して新しい値を代入します。

以下に、配列の要素を変更する例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // 配列の要素を変更
    numbers[2] = 100;
    numbers[4] = 200;
    // 変更後の配列を出力
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", numbers[i]);
    }
    return 0;
}

10 20 100 40 200

この例では、配列numbersの3番目と5番目の要素を新しい値に変更しています。

forループを使って、変更後の配列を出力しています。

配列の長さの取得

C言語では、配列の長さを直接取得する関数はありませんが、配列のサイズを計算することで長さを求めることができます。

以下に、配列の長さを取得する方法を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // 配列の長さを計算
    int length = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);
    printf("Length of array: %d\n", length);
    return 0;
}

Length of array: 5

この例では、sizeof演算子を使って配列全体のサイズを取得し、1つの要素のサイズで割ることで配列の長さを計算しています。

配列のコピー

配列をコピーするには、forループを使って要素を一つずつコピーします。

以下に、配列のコピーの例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int source[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int destination[5];
    // 配列をコピー
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        destination[i] = source[i];
    }
    // コピー後の配列を出力
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", destination[i]);
    }
    return 0;
}

1 2 3 4 5

この例では、source配列の要素をdestination配列にコピーしています。

forループを使って、コピー後の配列を出力しています。

配列のソート

配列をソートするには、一般的にバブルソートやクイックソートなどのアルゴリズムを使用します。

ここでは、バブルソートを使った配列のソートの例を示します。

#include <stdio.h>
void bubbleSort(int array[], int size) {
    for (int step = 0; step < size - 1; ++step) {
        for (int i = 0; i < size - step - 1; ++i) {
            if (array[i] > array[i + 1]) {
                // 要素を交換
                int temp = array[i];
                array[i] = array[i + 1];
                array[i + 1] = temp;
            }
        }
    }
}
int main() {
    int data[5] = {64, 34, 25, 12, 22};
    // 配列をソート
    bubbleSort(data, 5);
    // ソート後の配列を出力
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", data[i]);
    }
    return 0;
}

12 22 25 34 64

この例では、bubbleSort関数を使って配列dataを昇順にソートしています。

バブルソートは、隣接する要素を比較し、必要に応じて交換することで配列をソートします。

多次元配列

多次元配列の宣言と初期化

多次元配列は、配列の中に配列を持つ構造で、特に2次元配列は行列のようにデータを扱うことができます。

C言語では、以下のように多次元配列を宣言し、初期化します。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 2次元配列の宣言と初期化
    int matrix[3][3] = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6},
        {7, 8, 9}
    };
    // 配列の要素を出力
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

1 2 3
4 5 6
7 8 9

この例では、3×3の2次元配列matrixを宣言し、初期化しています。

forループを使って、各要素を行ごとに出力しています。

多次元配列の要素へのアクセス

多次元配列の要素にアクセスするには、各次元のインデックスを指定します。

以下に、特定の要素にアクセスする例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int matrix[2][2] = {
        {10, 20},
        {30, 40}
    };
    // 特定の要素にアクセスして出力
    printf("Element at (0, 1): %d\n", matrix[0][1]);
    printf("Element at (1, 0): %d\n", matrix[1][0]);
    return 0;
}

Element at (0, 1): 20
Element at (1, 0): 30

この例では、2×2の配列matrixの特定の要素にアクセスし、その値を出力しています。

インデックスは行と列の順に指定します。

多次元配列のメモリ配置

多次元配列は、メモリ上では一次元配列として連続的に配置されます。

C言語では、行優先(row-major order)でメモリに配置されます。

以下に、2次元配列のメモリ配置のイメージを示します。

行	列	メモリアドレス	値
0	0	0x1000	1
0	1	0x1004	2
0	2	0x1008	3
1	0	0x100C	4
1	1	0x1010	5
1	2	0x1014	6
2	0	0x1018	7
2	1	0x101C	8
2	2	0x1020	9

この表は、3×3の2次元配列がメモリにどのように配置されるかを示しています。

行ごとに連続してメモリに配置されるため、行のインデックスが先に変化します。

配列とポインタ

配列名とポインタの関係

C言語では、配列名は配列の先頭要素へのポインタとして扱われます。

つまり、配列名は配列の最初の要素のアドレスを指しています。

以下に、配列名とポインタの関係を示す例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int numbers[3] = {10, 20, 30};
    int *ptr = numbers; // 配列名をポインタに代入
    // ポインタを使って配列の要素にアクセス
    printf("First element: %d\n", *ptr);
    printf("Second element: %d\n", *(ptr + 1));
    printf("Third element: %d\n", *(ptr + 2));
    return 0;
}

First element: 10
Second element: 20
Third element: 30

この例では、配列numbersの名前をポインタptrに代入しています。

ポインタを使って、配列の各要素にアクセスしています。

ポインタを使った配列操作

ポインタを使うことで、配列の要素を操作することができます。

ポインタ演算を利用して、配列の要素を順に処理することが可能です。

以下に、ポインタを使った配列操作の例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int *ptr = numbers;
    // ポインタを使って配列の要素を2倍にする
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        *(ptr + i) *= 2;
    }
    // 変更後の配列を出力
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", numbers[i]);
    }
    return 0;
}

2 4 6 8 10

この例では、ポインタptrを使って配列numbersの各要素を2倍にしています。

ポインタ演算を使うことで、配列の要素を効率的に操作できます。

配列とポインタの違い

配列とポインタは似ていますが、いくつかの重要な違いがあります。

特徴	配列	ポインタ
メモリ配置	連続したメモリ領域に配置	任意のメモリアドレスを指す
サイズ変更	固定サイズ	動的に変更可能
初期化	宣言時に初期化が必要	任意のアドレスを代入可能
演算	インデックスを使ってアクセス	ポインタ演算が可能

メモリ配置: 配列は宣言時に連続したメモリ領域が確保されますが、ポインタは任意のメモリアドレスを指すことができます。
サイズ変更: 配列のサイズは固定ですが、ポインタは動的にメモリを割り当てることができ、サイズを変更できます。
初期化: 配列は宣言時に初期化が必要ですが、ポインタは任意のアドレスを代入することができます。
演算: 配列はインデックスを使ってアクセスしますが、ポインタはポインタ演算を使って要素にアクセスできます。

これらの違いを理解することで、適切に配列とポインタを使い分けることができます。

配列の応用例

配列を使った文字列操作

C言語では、文字列は文字の配列として扱われます。

文字列操作には、文字配列を使うことが一般的です。

以下に、配列を使った文字列操作の例を示します。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char greeting[20] = "Hello, ";
    char name[] = "World!";
    // 文字列を結合
    strcat(greeting, name);
    // 結合後の文字列を出力
    printf("%s\n", greeting);
    return 0;
}

Hello, World!

この例では、strcat関数を使って、greeting配列にname配列の文字列を結合しています。

文字列は文字の配列として扱われ、strcatなどの標準ライブラリ関数を使って操作できます。

配列を使った数値計算

配列を使うことで、複数の数値を一度に処理することができます。

以下に、配列を使った数値計算の例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int sum = 0;
    int length = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);
    // 配列の要素を合計
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        sum += numbers[i];
    }
    // 合計を出力
    printf("Sum: %d\n", sum);
    return 0;
}

Sum: 150

この例では、配列numbersの要素を合計しています。

forループを使って、各要素を順に加算し、合計を計算しています。

配列を使ったデータ構造の実装

配列を使って、スタックやキューなどのデータ構造を実装することができます。

以下に、配列を使ったスタックの簡単な実装例を示します。

#include <stdio.h>
#define MAX 5
int stack[MAX];
int top = -1;
// スタックに要素をプッシュ
void push(int value) {
    if (top < MAX - 1) {
        stack[++top] = value;
    } else {
        printf("Stack overflow\n");
    }
}
// スタックから要素をポップ
int pop() {
    if (top >= 0) {
        return stack[top--];
    } else {
        printf("Stack underflow\n");
        return -1;
    }
}
int main() {
    push(10);
    push(20);
    push(30);
    printf("Popped: %d\n", pop());
    printf("Popped: %d\n", pop());
    return 0;
}