配列

[C言語] ポインタを使って配列を操作する方法を解説

2025-01-18更新日: 2025-01-18

C言語では、ポインタを使用して配列を効率的に操作することができます。

配列の先頭要素のアドレスを指すポインタを用いることで、配列の各要素にアクセスできます。

例えば、int型の配列arrがある場合、int *ptr = arr;とすることで、ptrを使ってarrの要素にアクセスできます。

ポインタをインクリメントすることで、次の要素に移動することが可能です。

この方法は、特に関数に配列を渡す際に便利で、配列のサイズを明示的に渡す必要がある場合に役立ちます。

目次から探す

ポインタを使った配列の操作
ポインタと配列の応用例
ポインタと配列の注意点
まとめ

ポインタを使った配列の操作

C言語において、ポインタは配列を操作するための強力なツールです。

ここでは、ポインタを使って配列の要素にアクセスし、変更し、サイズを取得する方法について詳しく解説します。

配列の要素にアクセスする方法

インデックスを使ったアクセス

配列の要素にアクセスする最も一般的な方法は、インデックスを使用することです。

インデックスは0から始まり、配列の要素に直接アクセスできます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // インデックスを使って配列の要素にアクセス
    printf("array[2] = %d\n", array[2]); // 30を出力
    return 0;
}

array[2] = 30

この例では、array[2]を使って配列の3番目の要素にアクセスしています。

ポインタを使ったアクセス

ポインタを使うと、配列の要素にアクセスする別の方法が提供されます。

配列の名前は配列の先頭要素へのポインタとして扱われます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int *ptr = array; // 配列の先頭要素へのポインタ
    // ポインタを使って配列の要素にアクセス
    printf("*(ptr + 2) = %d\n", *(ptr + 2)); // 30を出力
    return 0;
}

*(ptr + 2) = 30

この例では、*(ptr + 2)を使って配列の3番目の要素にアクセスしています。

配列の要素を変更する方法

ポインタを使った要素の変更

ポインタを使って配列の要素を変更することも可能です。

ポインタを使うことで、配列の特定の要素に直接アクセスして値を変更できます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int *ptr = array;
    // ポインタを使って配列の要素を変更
    *(ptr + 2) = 100;
    printf("array[2] = %d\n", array[2]); // 100を出力
    return 0;
}

array[2] = 100

この例では、*(ptr + 2) = 100を使って配列の3番目の要素を変更しています。

ポインタ演算による要素の変更

ポインタ演算を使うと、配列の要素を効率的に変更できます。

ポインタをインクリメントすることで、次の要素に移動し、値を変更することができます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int *ptr = array;
    // ポインタ演算を使って配列の要素を変更
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        *ptr = *ptr + 10; // 各要素に10を加算
        ptr++;
    }
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("array[%d] = %d\n", i, array[i]);
    }
    return 0;
}

array[0] = 20
array[1] = 30
array[2] = 40
array[3] = 50
array[4] = 60

この例では、各要素に10を加算しています。

配列のサイズを取得する方法

sizeof演算子の使用

配列のサイズを取得するために、sizeof演算子を使用します。

これは配列全体のバイト数を返します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // 配列のサイズを取得
    printf("Size of array = %lu\n", sizeof(array)); // 20を出力(int型が4バイトの場合)
    return 0;
}

Size of array = 20

この例では、sizeof(array)を使って配列のサイズを取得しています。

ポインタを使ったサイズ計算の注意点

ポインタを使って配列のサイズを計算する際には注意が必要です。

ポインタ自体のサイズを取得してしまうことがあるため、正確な配列のサイズを得るにはsizeofを使う必要があります。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int *ptr = array;
    // ポインタのサイズを取得
    printf("Size of pointer = %lu\n", sizeof(ptr)); // ポインタのサイズを出力
    return 0;
}

Size of pointer = 8

この例では、sizeof(ptr)はポインタのサイズを返します。

配列のサイズを取得するには、sizeof(array)を使用する必要があります。

ポインタと配列の応用例

ポインタと配列は、C言語において非常に強力な組み合わせです。

ここでは、ポインタを使った配列の応用例をいくつか紹介します。

文字列操作におけるポインタの利用

C言語では、文字列は文字の配列として扱われます。

ポインタを使うことで、文字列の操作が効率的に行えます。

#include <stdio.h>
int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    char *ptr = str;
    // ポインタを使って文字列を出力
    while (*ptr != '\0') {
        printf("%c", *ptr);
        ptr++;
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

Hello, World!

この例では、ポインタを使って文字列の各文字にアクセスし、出力しています。

多次元配列の操作

多次元配列もポインタを使って操作することができます。

特に、2次元配列はポインタの配列として扱われます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    int (*ptr)[3] = matrix; // 2次元配列のポインタ
    // ポインタを使って2次元配列の要素にアクセス
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("matrix[%d][%d] = %d\n", i, j, *(*(ptr + i) + j));
        }
    }
    return 0;
}

matrix[0][0] = 1
matrix[0][1] = 2
matrix[0][2] = 3
matrix[1][0] = 4
matrix[1][1] = 5
matrix[1][2] = 6

この例では、ポインタを使って2次元配列の各要素にアクセスしています。

関数への配列の渡し方

配列を関数に渡す際には、ポインタを使う方法が一般的です。

これにより、配列全体をコピーすることなく、関数内で配列を操作できます。

ポインタを使った配列の渡し方

配列を関数に渡す際、配列の先頭要素へのポインタを渡します。

#include <stdio.h>
void printArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // 配列を関数に渡す
    printArray(array, 5);
    return 0;
}

10 20 30 40 50

この例では、printArray関数に配列の先頭要素へのポインタを渡しています。

配列の先頭アドレスを渡す方法

配列の先頭アドレスを渡すことで、関数内で配列を操作することができます。

これは、配列のサイズを指定する必要がある場合に特に有用です。

#include <stdio.h>
void modifyArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] += 10; // 各要素に10を加算
    }
}
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    // 配列の先頭アドレスを関数に渡す
    modifyArray(array, 5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

20 30 40 50 60

この例では、modifyArray関数に配列の先頭アドレスを渡し、各要素に10を加算しています。

ポインタと配列の注意点

ポインタと配列を扱う際には、いくつかの注意点があります。

これらを理解し、適切に対処することで、安全で効率的なプログラムを作成することができます。

メモリ管理の重要性

C言語では、メモリ管理はプログラマの責任です。

特にポインタを使う場合、メモリの確保と解放を適切に行わないと、メモリリークや不正なメモリアクセスが発生する可能性があります。

メモリの確保: mallocやcallocを使って動的にメモリを確保します。
メモリの解放: 使用が終わったメモリはfreeを使って解放します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int *array = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // メモリの確保
    if (array == NULL) {
        printf("メモリの確保に失敗しました\n");
        return 1;
    }
    // 配列の使用
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        array[i] = i * 10;
    }
    // メモリの解放
    free(array);
    return 0;
}

この例では、mallocを使ってメモリを確保し、freeで解放しています。

ポインタの初期化とNULLポインタ

ポインタを使用する前に必ず初期化することが重要です。

未初期化のポインタを使用すると、予期しない動作やクラッシュの原因となります。

また、ポインタが有効なメモリを指していない場合は、NULLポインタを使用することが推奨されます。

ポインタの初期化: ポインタを宣言したら、すぐに初期化します。
NULLポインタ: ポインタが有効なメモリを指していない場合は、NULLを代入します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int *ptr = NULL; // ポインタの初期化
    if (ptr == NULL) {
        printf("ポインタはNULLです\n");
    }
    return 0;
}

この例では、ポインタをNULLで初期化し、NULLチェックを行っています。

境界外アクセスの危険性

配列やポインタを使用する際には、境界外アクセスに注意が必要です。

配列の範囲外にアクセスすると、未定義の動作が発生し、プログラムがクラッシュする可能性があります。

境界チェック: 配列やポインタを操作する際には、必ず境界チェックを行います。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    for (int i = 0; i < 5; i++) { // 正しい範囲でアクセス
        printf("array[%d] = %d\n", i, array[i]);
    }
    // 境界外アクセスの例(コメントアウト)
    // printf("array[5] = %d\n", array[5]); // 未定義の動作
    return 0;
}

この例では、配列の範囲内でアクセスを行っています。

境界外アクセスは未定義の動作を引き起こすため、避けるべきです。