配列

[C言語] 配列とポインタとアドレスの関係について解説

2025-01-18更新日: 2025-01-18

C言語において、配列とポインタは密接な関係があります。配列の名前は、その配列の最初の要素のアドレスを指すポインタとして扱われます。

例えば、配列int arr[5]は、arrが&arr[0]と同じアドレスを持つポインタとして機能します。

ポインタを使って配列の要素にアクセスすることができ、*(arr + i)はarr[i]と同等です。

このように、配列とポインタはアドレスを介してデータにアクセスするため、効率的なメモリ操作が可能です。

目次から探す

配列とポインタの関係
アドレスとメモリ管理
応用例
まとめ

配列とポインタの関係

C言語において、配列とポインタは密接な関係があります。

配列は連続したメモリ領域を持ち、ポインタはそのメモリ領域のアドレスを指し示すことができます。

このセクションでは、配列とポインタの関係について詳しく解説します。

配列名とポインタの関係

配列名は、配列の先頭要素のアドレスを指すポインタとして扱われます。

例えば、int array[5];という配列がある場合、arrayは&array[0]と同じアドレスを持ちます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printf("配列名のアドレス: %p\n", (void*)array);
    printf("先頭要素のアドレス: %p\n", (void*)&array[0]);
    return 0;
}

配列名のアドレス: 0x7ffde5b8c8a0
先頭要素のアドレス: 0x7ffde5b8c8a0

この例からわかるように、配列名と先頭要素のアドレスは同じです。

配列の要素アクセスとポインタ演算

配列の要素にアクセスする際、ポインタ演算を利用することができます。

array[i]は*(array + i)と同等です。

これは、配列の先頭アドレスにiを加算したアドレスを指し示し、そのアドレスの値を取得することを意味します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("array[%d] = %d, *(array + %d) = %d\n", i, array[i], i, *(array + i));
    }
    return 0;
}

array[0] = 10, *(array + 0) = 10
array[1] = 20, *(array + 1) = 20
array[2] = 30, *(array + 2) = 30
array[3] = 40, *(array + 3) = 40
array[4] = 50, *(array + 4) = 50

このように、配列の要素アクセスはポインタ演算を用いても同じ結果を得ることができます。

ポインタを使った配列の操作

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。

ポインタをインクリメントすることで、次の要素にアクセスすることが可能です。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5] = {100, 200, 300, 400, 500};
    int *ptr = array; // 配列の先頭を指すポインタ
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("ポインタでアクセス: %d\n", *ptr);
        ptr++; // 次の要素に移動
    }
    return 0;
}

ポインタでアクセス: 100
ポインタでアクセス: 200
ポインタでアクセス: 300
ポインタでアクセス: 400
ポインタでアクセス: 500

ポインタを使うことで、配列の要素を順に操作することができます。

配列のサイズとポインタのサイズ

配列のサイズは、配列の要素数と要素の型によって決まります。

一方、ポインタのサイズは、システムのアーキテクチャに依存します。

通常、32ビットシステムでは4バイト、64ビットシステムでは8バイトです。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[5];
    int *ptr = array;
    printf("配列のサイズ: %zu バイト\n", sizeof(array));
    printf("ポインタのサイズ: %zu バイト\n", sizeof(ptr));
    return 0;
}

配列のサイズ: 20 バイト
ポインタのサイズ: 8 バイト

この例では、int型が4バイトであるため、5要素の配列は20バイトになります。

ポインタのサイズはシステムに依存しますが、64ビットシステムでは8バイトです。

アドレスとメモリ管理

C言語では、メモリ管理が非常に重要です。

プログラムが動作する際、変数や配列はメモリ上に配置され、そのアドレスを通じてアクセスされます。

このセクションでは、メモリアドレスとメモリ管理について詳しく解説します。

メモリアドレスとは

メモリアドレスは、コンピュータのメモリ上の特定の位置を示す数値です。

各変数や配列の要素は、メモリ上の一意のアドレスを持ちます。

アドレスを使うことで、プログラムはメモリ内のデータにアクセスできます。

ポインタによるメモリアドレスの取得

ポインタは、変数や配列のメモリアドレスを格納するための変数です。

ポインタを使うことで、メモリアドレスを取得し、そのアドレスを通じてデータを操作することができます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int value = 42;
    int *ptr = &value; // 変数valueのアドレスを取得
    printf("変数valueのアドレス: %p\n", (void*)&value);
    printf("ポインタptrの値: %p\n", (void*)ptr);
    printf("ポインタを使って取得した値: %d\n", *ptr);
    return 0;
}

変数valueのアドレス: 0x7ffde5b8c8a4
ポインタptrの値: 0x7ffde5b8c8a4
ポインタを使って取得した値: 42

この例では、ポインタptrを使って変数valueのアドレスを取得し、そのアドレスを通じて値を操作しています。

配列の先頭アドレスと要素アドレス

配列の先頭アドレスは、配列名を使って取得できます。

また、各要素のアドレスは、配列の先頭アドレスに要素のインデックスを加算することで取得できます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[3] = {10, 20, 30};
    printf("配列の先頭アドレス: %p\n", (void*)array);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("array[%d]のアドレス: %p\n", i, (void*)&array[i]);
    }
    return 0;
}

配列の先頭アドレス: 0x7ffde5b8c8b0
array[0]のアドレス: 0x7ffde5b8c8b0
array[1]のアドレス: 0x7ffde5b8c8b4
array[2]のアドレス: 0x7ffde5b8c8b8

この例では、配列の各要素のアドレスが連続していることが確認できます。

メモリ管理の注意点

メモリ管理は、プログラムの安定性と効率性に直結します。

以下の点に注意する必要があります。

メモリリークの防止: 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。

mallocやcallocで確保したメモリは、freeを使って解放します。

不正なメモリアクセスの回避: ポインタが指すアドレスが有効であることを確認してからアクセスします。

無効なアドレスへのアクセスは、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。

境界外アクセスの防止: 配列の要素にアクセスする際は、必ず配列の範囲内であることを確認します。

範囲外のアクセスは未定義動作を引き起こします。

これらの注意点を守ることで、安全で効率的なメモリ管理が可能になります。

応用例

配列とポインタの関係を理解することで、C言語のさまざまな応用が可能になります。

このセクションでは、ポインタを使った文字列操作、多次元配列の扱い、関数への配列とポインタの渡し方について解説します。

ポインタ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。

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>
void printString(char *str) {
    while (*str != '\0') { // 終端文字まで繰り返す
        printf("%c", *str);
        str++; // 次の文字に移動
    }
    printf("\n");
}
int main() {
    char message[] = "こんにちは、世界！";
    printString(message);
    return 0;
}

こんにちは、世界！

この例では、ポインタを使って文字列を1文字ずつ出力しています。

ポインタをインクリメントすることで、次の文字に移動しています。

多次元配列とポインタ

多次元配列は、配列の配列として表現されます。

ポインタを使うことで、多次元配列の要素にアクセスすることができます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    int (*ptr)[3] = matrix; // 3要素の配列を指すポインタ
    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、ポインタを使って多次元配列の要素にアクセスしています。

ptrは、3要素の配列を指すポインタとして宣言されています。

関数への配列とポインタの渡し方

配列を関数に渡す際、配列の先頭アドレスを渡すことになります。

ポインタを使うことで、関数内で配列を操作することができます。

#include <stdio.h>
void printArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
    }
}
int main() {
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int size = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);
    printArray(numbers, size);
    return 0;
}

arr[0] = 10
arr[1] = 20
arr[2] = 30
arr[3] = 40
arr[4] = 50

この例では、配列numbersの先頭アドレスを関数printArrayに渡しています。

関数内では、ポインタを使って配列の要素を出力しています。

配列のサイズも一緒に渡すことで、関数内で正しく配列を操作することができます。

まとめ

配列とポインタはC言語において重要な概念であり、メモリ管理においても密接に関連しています。

この記事では、配列とポインタの関係、メモリアドレスの取得方法、応用例、そしてよくある質問について解説しました。

これらの知識を活用して、より効率的で安全なプログラムを作成してください。