[C言語] 2次元配列を初期化する方法を解説

Q: 2次元配列のサイズを動的に変更できますか？

C言語では、動的に確保したメモリのサイズを変更することはできません。 ただし、realloc関数を使って新しいサイズのメモリを再確保し、既存のデータをコピーすることで、擬似的にサイズを変更することが可能です。 例：int *newArray = realloc(oldArray, newSize * sizeof(int));。 この操作には、メモリの再配置が伴うため、元のポインタは無効になる可能性があることに注意してください。

2023-09-242024-08-25

C言語で2次元配列を初期化する方法は、プログラミングの基本的なスキルの一つです。

2次元配列は、行と列で構成されるデータ構造で、宣言時に初期化することが可能です。

例えば、int array[3][2] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};のように、波括弧を使って各行の要素を指定します。

また、部分的に初期化することもでき、未指定の要素はデフォルトで0になります。

この方法を理解することで、効率的なメモリ管理とデータ操作が可能になります。

この記事でわかること

2次元配列の静的および動的な初期化方法
2次元配列の要素へのアクセスと変更方法
行列の加算や乗算、画像データの処理といった応用例
メモリ管理や境界外アクセスの防止に関する注意点

目次から探す

2次元配列の初期化方法

2次元配列の初期化は、C言語において重要な操作の一つです。

ここでは、静的初期化と動的初期化の方法について詳しく解説します。

静的初期化

静的初期化は、コンパイル時に配列のサイズと初期値を決定する方法です。

以下に、初期化子リストを使った方法と部分的な初期化について説明します。

初期化子リストを使った方法

初期化子リストを使うと、2次元配列を簡単に初期化できます。

以下はその例です。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 2次元配列を初期化子リストで初期化
    int matrix[3][3] = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6},
        {7, 8, 9}
    };
    // 配列の内容を表示
    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次元配列を初期化子リストを使って初期化しています。

各行の要素をカンマで区切って指定します。

部分的な初期化

部分的な初期化では、配列の一部の要素だけを初期化し、残りの要素はデフォルト値(通常は0)で初期化されます。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 部分的に初期化された2次元配列
    int matrix[3][3] = {
        {1, 2},  // 3番目の要素は0で初期化
        {4},     // 2番目と3番目の要素は0で初期化
        {7, 8, 9}
    };
    // 配列の内容を表示
    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 0 
4 0 0 
7 8 9

この例では、初期化されていない要素は自動的に0で初期化されます。

動的初期化

動的初期化は、実行時に配列のサイズを決定し、メモリを確保する方法です。

ここでは、mallocとcallocを使った方法を紹介します。

mallocを使った方法

malloc関数を使って、動的にメモリを確保し、2次元配列を初期化する方法です。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 3;
    int cols = 3;
    // 2次元配列のメモリを動的に確保
    int **matrix = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // 配列を初期化
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = i * cols + j + 1;
        }
    }
    // 配列の内容を表示
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    // メモリを解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    return 0;
}

1 2 3 
4 5 6 
7 8 9

この例では、mallocを使って行ごとにメモリを確保し、配列を初期化しています。

最後に、確保したメモリを解放することを忘れないでください。

callocを使った方法

calloc関数は、mallocと似ていますが、確保したメモリをゼロで初期化する点が異なります。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 3;
    int cols = 3;
    // 2次元配列のメモリを動的に確保し、ゼロで初期化
    int **matrix = (int **)calloc(rows, sizeof(int *));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)calloc(cols, sizeof(int));
    }
    // 配列の内容を表示
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    // メモリを解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    return 0;
}

0 0 0 
0 0 0 
0 0 0

この例では、callocを使ってメモリを確保し、すべての要素をゼロで初期化しています。

callocは、ゼロ初期化が必要な場合に便利です。

2次元配列の操作

2次元配列は、行と列で構成されるデータ構造で、さまざまな操作が可能です。

ここでは、要素へのアクセス方法、要素の変更方法、ループを使った操作について解説します。

要素へのアクセス方法

2次元配列の要素にアクセスするには、行と列のインデックスを指定します。

インデックスは0から始まることに注意してください。

#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}
    };
    // 要素へのアクセス
    int element = matrix[1][2]; // 2行目の3列目の要素にアクセス
    printf("アクセスした要素: %d\n", element);
    return 0;
}

アクセスした要素: 6

この例では、matrix[1][2]を使って2行目の3列目の要素にアクセスしています。

要素の変更方法

2次元配列の要素を変更するには、アクセスと同様に行と列のインデックスを指定し、新しい値を代入します。

#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}
    };
    // 要素の変更
    matrix[0][0] = 10; // 1行目の1列目の要素を変更
    // 配列の内容を表示
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

10 2 3 
4 5 6 
7 8 9

この例では、matrix[0][0]の要素を10に変更しています。

ループを使った操作

ループを使うことで、2次元配列のすべての要素に対して操作を行うことができます。

ここでは、配列のすべての要素を表示する例を示します。

#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}
    };
    // ループを使って配列のすべての要素を表示
    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、二重のforループを使って、配列のすべての要素を順番に表示しています。

ループを使うことで、配列の要素を効率的に操作することができます。

2次元配列の応用例

2次元配列は、さまざまな応用が可能です。

ここでは、行列の加算、行列の乗算、画像データの処理について解説します。

行列の加算

行列の加算は、同じサイズの2つの行列の対応する要素を加算して新しい行列を作成する操作です。

#include <stdio.h>
#define ROWS 2
#define COLS 2
int main() {
    // 2つの行列を宣言
    int matrixA[ROWS][COLS] = {
        {1, 2},
        {3, 4}
    };
    int matrixB[ROWS][COLS] = {
        {5, 6},
        {7, 8}
    };
    int result[ROWS][COLS];
    // 行列の加算
    for (int i = 0; i < ROWS; i++) {
        for (int j = 0; j < COLS; j++) {
            result[i][j] = matrixA[i][j] + matrixB[i][j];
        }
    }
    // 結果を表示
    for (int i = 0; i < ROWS; i++) {
        for (int j = 0; j < COLS; j++) {
            printf("%d ", result[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

6 8 
10 12

この例では、2×2の行列matrixAとmatrixBを加算し、結果をresultに格納しています。

行列の乗算

行列の乗算は、2つの行列を掛け合わせて新しい行列を作成する操作です。

行列の乗算には、行列のサイズに関する条件があります。

#include <stdio.h>
#define ROWS_A 2
#define COLS_A 3
#define ROWS_B 3
#define COLS_B 2
int main() {
    // 2つの行列を宣言
    int matrixA[ROWS_A][COLS_A] = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6}
    };
    int matrixB[ROWS_B][COLS_B] = {
        {7, 8},
        {9, 10},
        {11, 12}
    };
    int result[ROWS_A][COLS_B] = {0};
    // 行列の乗算
    for (int i = 0; i < ROWS_A; i++) {
        for (int j = 0; j < COLS_B; j++) {
            for (int k = 0; k < COLS_A; k++) {
                result[i][j] += matrixA[i][k] * matrixB[k][j];
            }
        }
    }
    // 結果を表示
    for (int i = 0; i < ROWS_A; i++) {
        for (int j = 0; j < COLS_B; j++) {
            printf("%d ", result[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

58 64 
139 154

この例では、2×3の行列matrixAと3×2の行列matrixBを乗算し、結果をresultに格納しています。

画像データの処理

2次元配列は、画像データの処理にも利用されます。

ここでは、簡単なグレースケール画像の反転処理を示します。

#include <stdio.h>
#define WIDTH 3
#define HEIGHT 3
int main() {
    // グレースケール画像データを表す2次元配列
    int image[HEIGHT][WIDTH] = {
        {0, 128, 255},
        {64, 192, 128},
        {255, 0, 64}
    };
    // 画像の反転処理
    for (int i = 0; i < HEIGHT; i++) {
        for (int j = 0; j < WIDTH; j++) {
            image[i][j] = 255 - image[i][j];
        }
    }
    // 結果を表示
    for (int i = 0; i < HEIGHT; i++) {
        for (int j = 0; j < WIDTH; j++) {
            printf("%d ", image[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

255 127 0 
191 63 127 
0 255 191

この例では、3×3のグレースケール画像を表す配列imageの各ピクセル値を反転しています。

反転処理は、各ピクセルの値を255から引くことで実現されます。

2次元配列の注意点

2次元配列を使用する際には、いくつかの注意点があります。

ここでは、メモリの確保と解放、境界外アクセスの防止、初期化の際の注意点について解説します。

メモリの確保と解放

動的にメモリを確保した2次元配列は、使用後に必ずメモリを解放する必要があります。

メモリリークを防ぐために、free関数を使って確保したメモリを解放します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 3;
    int cols = 3;
    // メモリを動的に確保
    int **matrix = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // メモリを解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    return 0;
}

この例では、mallocを使ってメモリを確保し、freeを使って解放しています。

メモリを解放しないと、メモリリークが発生し、プログラムの動作に悪影響を及ぼす可能性があります。

境界外アクセスの防止

2次元配列を操作する際には、配列の境界を超えないように注意が必要です。

境界外アクセスは、予期しない動作やプログラムのクラッシュを引き起こす可能性があります。

#include <stdio.h>
int main() {
    int matrix[3][3] = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6},
        {7, 8, 9}
    };
    // 境界外アクセスを防ぐための正しいループ
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

この例では、配列のサイズを超えないようにループを設定しています。

配列のサイズを超えるインデックスを指定すると、未定義の動作が発生する可能性があります。

初期化の際の注意点

2次元配列を初期化する際には、すべての要素が適切に初期化されていることを確認する必要があります。

未初期化の要素は、予期しない値を持つ可能性があります。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 部分的に初期化された2次元配列
    int matrix[3][3] = {
        {1, 2},  // 3番目の要素は0で初期化
        {4},     // 2番目と3番目の要素は0で初期化
        {7, 8, 9}
    };
    // 配列の内容を表示
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}