[C言語] 2次元配列をmallocで初期化する方法

Q: mallocで確保したメモリはどのように解放するのか？

mallocで確保したメモリは、使用が終わったら必ずfree関数を使って解放する必要があります。 2次元配列の場合、まず各行のメモリを解放し、その後にポインタの配列自体を解放します。 例：free(array[i]);とfree(array);を使います。 これにより、メモリリークを防ぎ、システムリソースを効率的に管理できます。

Q: なぜmallocを使う必要があるのか？

mallocを使うことで、プログラム実行時に必要なメモリを動的に確保できます。 これにより、配列のサイズを柔軟に変更でき、メモリの効率的な利用が可能になります。 特に、配列のサイズが事前に決まっていない場合や、実行時にサイズを変更する必要がある場合に有用です。

2023-09-072024-08-25

C言語で2次元配列を動的に確保するには、malloc関数を使用します。

まず、行数分のポインタを格納するための配列をmallocで確保します。

次に、各行に対して列数分のメモリをmallocで確保し、これを行のポインタに割り当てます。

この方法により、必要なメモリを動的に確保し、2次元配列を柔軟に扱うことができます。

確保したメモリは使用後にfree関数で解放することが重要です。

この記事でわかること

mallocを使った2次元配列の初期化手順
メモリ確保時のエラーチェック方法
2次元配列のサイズを動的に変更する方法
文字列の2次元配列の扱い方
2次元配列を関数に渡す方法とその注意点

目次から探す

2次元配列をmallocで初期化する手順

C言語で2次元配列を動的に扱うためには、malloc関数を使ってメモリを確保する方法があります。

ここでは、その手順を詳しく解説します。

メモリの確保方法

2次元配列を動的に確保するには、まず行の数だけポインタの配列を確保し、次に各行に対して列の数だけメモリを確保します。

以下にその手順を示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 3; // 行数
    int cols = 4; // 列数
    // 行の数だけポインタの配列を確保
    int** array = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));
    // 各行に対して列の数だけメモリを確保
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        array[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // メモリ確保の確認
    if (array == NULL) {
        printf("メモリの確保に失敗しました。\n");
        return 1;
    }
    // 配列の初期化
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            array[i][j] = i * cols + j;
        }
    }
    // 配列の表示
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", array[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

0 1 2 3 
4 5 6 7 
8 9 10 11

このコードでは、3行4列の2次元配列を動的に確保し、初期化しています。

mallocを使ってメモリを確保し、各要素に値を代入しています。

ポインタの配列を使った初期化

ポインタの配列を使うことで、2次元配列を動的に扱うことができます。

これは、各行が独立したメモリ領域を持つため、柔軟なメモリ管理が可能です。

利点: 各行のサイズを個別に変更できるため、メモリの効率的な利用が可能。
欠点: メモリの確保と解放が複雑になるため、管理が難しい。

メモリの解放方法

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。

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します。

// メモリの解放
for (int i = 0; i < rows; i++) {
    free(array[i]); // 各行のメモリを解放
}
free(array); // ポインタの配列を解放

このコードでは、まず各行のメモリを解放し、その後にポインタの配列自体を解放しています。

これにより、すべての動的メモリが適切に解放されます。

具体的なコード例

ここでは、2次元配列をmallocで初期化する具体的なコード例を示します。

各ステップでの注意点やエラーチェックについても解説します。

単純な2次元配列の初期化

まず、基本的な2次元配列の初期化方法を示します。

以下のコードは、3行4列の整数型2次元配列を動的に確保し、初期化する例です。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 3; // 行数
    int cols = 4; // 列数
    // 行の数だけポインタの配列を確保
    int** array = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));
    // 各行に対して列の数だけメモリを確保
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        array[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // 配列の初期化
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            array[i][j] = i * cols + j;
        }
    }
    // 配列の表示
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", array[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    // メモリの解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(array[i]);
    }
    free(array);
    return 0;
}

0 1 2 3 
4 5 6 7 
8 9 10 11

このコードでは、mallocを使ってメモリを動的に確保し、各要素に値を代入しています。

最後に、確保したメモリを解放しています。

初期化時のエラーチェック

メモリの確保が失敗することもあるため、エラーチェックは重要です。

以下のコードは、メモリ確保時にエラーチェックを追加した例です。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 3;
    int cols = 4;
    int** array = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));
    if (array == NULL) {
        printf("メモリの確保に失敗しました。\n");
        return 1;
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        array[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));
        if (array[i] == NULL) {
            printf("メモリの確保に失敗しました。\n");
            return 1;
        }
    }
    // 配列の初期化と表示は省略
    // メモリの解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(array[i]);
    }
    free(array);
    return 0;
}

このコードでは、mallocの戻り値をチェックし、メモリ確保に失敗した場合にはエラーメッセージを表示してプログラムを終了します。

配列の要素にアクセスする方法

動的に確保した2次元配列の要素にアクセスするには、通常の配列と同様にインデックスを使用します。

以下に要素へのアクセス方法を示します。

// 配列の要素にアクセスして値を設定
array[1][2] = 10;
// 配列の要素を取得して表示
printf("array[1][2] = %d\n", array[1][2]);

この例では、array[1][2]に値を設定し、その値を取得して表示しています。

動的配列でも通常の配列と同じようにインデックスを使って要素にアクセスできます。

応用例

2次元配列をmallocで初期化する基本を理解したら、次はその応用例を見ていきましょう。

ここでは、2次元配列のサイズを動的に変更する方法、文字列の2次元配列を扱う方法、そして2次元配列を関数に渡す方法について解説します。

2次元配列のサイズを動的に変更する

動的に確保した2次元配列のサイズを変更するには、realloc関数を使います。

以下に、行数を変更する例を示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 3;
    int cols = 4;
    // 初期の2次元配列の確保
    int** array = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        array[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // 行数を5に変更
    rows = 5;
    array = (int**)realloc(array, rows * sizeof(int*));
    for (int i = 3; i < rows; i++) {
        array[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // メモリの解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(array[i]);
    }
    free(array);
    return 0;
}

このコードでは、reallocを使って行数を増やしています。

新しい行に対してもメモリを確保する必要があります。

文字列の2次元配列を扱う

文字列の2次元配列を扱う場合、各行が文字列を指すポインタになります。

以下に、文字列の2次元配列を初期化する例を示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
    int rows = 3;
    char* words[] = {"こんにちは", "世界", "プログラミング"};
    // 文字列の2次元配列の確保
    char** array = (char**)malloc(rows * sizeof(char*));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        array[i] = (char*)malloc((strlen(words[i]) + 1) * sizeof(char));
        strcpy(array[i], words[i]);
    }
    // 配列の表示
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        printf("%s\n", array[i]);
    }
    // メモリの解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(array[i]);
    }
    free(array);
    return 0;
}

このコードでは、文字列を動的に確保したメモリにコピーしています。

strcpyを使って文字列をコピーし、各行に文字列を格納しています。

2次元配列を関数に渡す方法

2次元配列を関数に渡すには、ポインタを使います。

以下に、2次元配列を関数に渡して要素を表示する例を示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void printArray(int** array, int rows, int cols) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", array[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main() {
    int rows = 3;
    int cols = 4;
    // 2次元配列の確保と初期化
    int** array = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        array[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            array[i][j] = i * cols + j;
        }
    }
    // 関数に配列を渡して表示
    printArray(array, rows, cols);
    // メモリの解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(array[i]);
    }
    free(array);
    return 0;
}

このコードでは、printArray関数に2次元配列を渡し、配列の要素を表示しています。

関数に渡す際には、配列の行数と列数も一緒に渡す必要があります。