【C言語】配列のポインタを引数で渡すとどうなる？

2023-09-242024-07-22

C言語でプログラミングをしていると、配列を関数に渡す場面がよくあります。

この記事では、配列のポインタを使って関数に配列を渡す方法について詳しく解説します。

配列のポインタの基本的な使い方から、実際のコード例、メリットとデメリットまで、初心者でも理解しやすいように説明しています。

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配列のポインタを引数で渡す方法

C言語では、配列を関数に渡す際にポインタを使うことが一般的です。

これにより、メモリ効率が向上し、関数間でデータを共有することが容易になります。

ここでは、配列のポインタを引数で渡す方法について詳しく解説します。

配列のポインタの宣言

配列のポインタを宣言するには、通常のポインタと同様にアスタリスク(*)を使用します。

ただし、配列のポインタの場合、配列の型を指定する必要があります。

以下に例を示します。

int *arr;

この宣言は、整数型の配列を指すポインタ arr を定義しています。

配列のポインタの基本的な書き方

配列のポインタを使う際には、配列の先頭アドレスをポインタに代入します。

例えば、以下のように書くことができます。

int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr = array;

この場合、ptr は array の先頭要素を指すポインタとなります。

配列の要素にアクセスするには、ポインタを使ってインデックスを指定します。

printf("%d\n", ptr[0]); // 出力: 1
printf("%d\n", ptr[1]); // 出力: 2

配列のポインタと通常のポインタの違い

配列のポインタと通常のポインタにはいくつかの違いがあります。

主な違いは以下の通りです。

メモリの割り当て: 配列は宣言時にメモリが割り当てられますが、通常のポインタは動的にメモリを割り当てる必要があります。
サイズの固定: 配列のサイズは固定されていますが、通常のポインタは動的にサイズを変更できます。
アクセス方法: 配列の要素にはインデックスを使ってアクセスしますが、通常のポインタはアドレス演算子を使ってアクセスします。

関数に配列のポインタを渡す

関数に配列のポインタを渡すことで、関数内で配列の要素を操作することができます。

以下に、配列のポインタを引数として受け取る関数の例を示します。

関数プロトタイプの書き方

関数プロトタイプでは、配列のポインタを引数として指定します。

例えば、整数型の配列を受け取る関数のプロトタイプは以下のようになります。

void printArray(int *arr, int size);

このプロトタイプは、整数型の配列 arr と配列のサイズ size を引数として受け取る printArray関数を定義しています。

関数定義の例

実際の関数定義では、配列のポインタを使って配列の要素にアクセスします。

以下に、配列の要素を出力する関数の例を示します。

#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] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(array, 5);
    return 0;
}

このプログラムでは、printArray関数が配列のポインタ arr と配列のサイズ size を受け取り、配列の要素を順に出力します。

main関数では、配列 array を定義し、そのポインタを printArray関数に渡しています。

実行結果は以下の通りです。

1 2 3 4 5

このように、配列のポインタを引数で渡すことで、関数内で配列の要素を操作することができます。

これにより、メモリ効率が向上し、関数間でデータを共有することが容易になります。

配列のポインタを使った関数の実例

1次元配列の場合

1次元配列を関数に渡す場合、配列のポインタを使うことで効率的にデータを操作できます。

以下に、1次元配列を関数に渡す例を示します。

#include <stdio.h>
// 配列の要素を表示する関数
void printArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}
int main() {
    int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(array) / sizeof(array[0]);
    // 関数に配列のポインタを渡す
    printArray(array, size);
    return 0;
}

この例では、printArray関数が配列のポインタ(int *arr)と配列のサイズ(int size)を受け取ります。

main関数から配列のポインタを渡すことで、printArray関数内で配列の要素を表示しています。

実行結果は以下の通りです。

1 2 3 4 5

2次元配列の場合

2次元配列を関数に渡す場合も、配列のポインタを使うことで効率的にデータを操作できます。

ただし、2次元配列の場合は少し注意が必要です。

以下に、2次元配列を関数に渡す例を示します。

#include <stdio.h>
// 2次元配列の要素を表示する関数
void print2DArray(int (*arr)[3], int rows) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int array[2][3] = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6}
    };
    // 関数に2次元配列のポインタを渡す
    print2DArray(array, 2);
    return 0;
}

この例では、print2DArray関数が2次元配列のポインタ(int (*arr)[3])と行数(int rows)を受け取ります。

main関数から2次元配列のポインタを渡すことで、print2DArray関数内で配列の要素を表示しています。

実行結果は以下の通りです。

1 2 3
4 5 6

このように、1次元配列や2次元配列を関数に渡す際に配列のポインタを使うことで、効率的にデータを操作することができます。

配列のポインタを使うことで、関数間でのデータの受け渡しが容易になり、メモリ効率も向上します。

配列のポインタを使うメリットとデメリット

メリット

メモリ効率の向上

配列のポインタを引数として渡すことで、メモリ効率が向上します。

通常、配列全体を関数に渡す場合、配列のコピーが作成されるため、メモリを多く消費します。

しかし、ポインタを渡すことで、配列の先頭アドレスだけが渡されるため、メモリの使用量が大幅に削減されます。

#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] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(array, 5);
    return 0;
}

上記の例では、printArray関数に配列のポインタを渡すことで、メモリ効率が向上しています。

関数間でのデータ共有の容易さ

配列のポインタを使うことで、関数間でデータを簡単に共有できます。

配列のポインタを渡すことで、関数内で配列の内容を直接操作できるため、データの一貫性が保たれます。

#include <stdio.h>
void modifyArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] *= 2;
    }
}
int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    modifyArray(array, 5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

この例では、modifyArray関数が配列の内容を直接変更しています。

これにより、関数間でデータを簡単に共有できます。

デメリット

コードの可読性の低下

配列のポインタを使用すると、コードの可読性が低下することがあります。

特に、ポインタ演算や配列のインデックス操作が複雑になると、コードの理解が難しくなります。

#include <stdio.h>
void complexFunction(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        *(arr + i) = *(arr + i) * 2;
    }
}
int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    complexFunction(array, 5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

この例では、ポインタ演算を使用して配列の要素にアクセスしていますが、コードが複雑で理解しにくくなっています。

メモリ管理の複雑さ

配列のポインタを使用する場合、メモリ管理が複雑になることがあります。

特に、動的にメモリを確保する場合や、メモリリークを防ぐために適切にメモリを解放する必要があります。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void allocateArray(int **arr, int size) {
    *arr = (int *)malloc(size * sizeof(int));
    if (*arr == NULL) {
        printf("メモリの確保に失敗しました\n");
        exit(1);
    }
}
void freeArray(int *arr) {
    free(arr);
}
int main() {
    int *array;
    allocateArray(&array, 5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        array[i] = i + 1;
    }
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");
    freeArray(array);
    return 0;
}

この例では、動的にメモリを確保し、使用後に解放しています。

メモリ管理が適切に行われないと、メモリリークが発生する可能性があります。