[C++] 構造体の基本的な使い方と定義方法

2024-08-232024-08-24

C++における構造体は、関連するデータを一つの単位としてまとめるためのデータ型です。

構造体は、キーワードstructを用いて定義され、メンバ変数を持つことができます。

構造体の定義は、structの後に構造体名を記述し、波括弧内にメンバ変数を宣言することで行います。

構造体のインスタンスを作成することで、メンバ変数にアクセスし、値を設定または取得することが可能です。

構造体は、クラスと似ていますが、デフォルトではメンバがpublicである点が異なります。

この記事でわかること

構造体の基本的な定義方法とメンバー変数の宣言方法
構造体のインスタンス化とメンバーへのアクセス方法
構造体の配列やポインタの使い方
構造体を使ったデータの集約や関数との連携方法
構造体の高度な使い方として、コンストラクタやデストラクタの利用方法

目次から探す

構造体とは何か

構造体の基本

構造体は、C++におけるデータ構造の一つで、異なる型のデータを一つのまとまりとして扱うことができます。

構造体を使用することで、関連するデータを一つの単位として管理しやすくなります。

例えば、名前、年齢、住所といった個人情報を一つの構造体にまとめることで、コードの可読性と保守性を向上させることができます。

クラスとの違い

構造体とクラスは、どちらもデータをまとめて扱うための手段ですが、いくつかの違いがあります。

主な違いは、デフォルトのアクセス修飾子です。

構造体では、メンバーはデフォルトでpublicですが、クラスではprivateです。

また、構造体は主にデータの集約に使用され、クラスはデータとそれに関連する操作をカプセル化するために使用されることが多いです。

構造体の利点と欠点

構造体の利点としては、シンプルで軽量なデータ構造であることが挙げられます。

特に、データの集約が主な目的の場合、構造体は非常に有効です。

しかし、構造体にはいくつかの欠点もあります。

例えば、クラスのようにメソッドを持たせることができないため、データに対する操作が複雑になる場合には不向きです。

また、継承やポリモーフィズムといったオブジェクト指向の機能を活用することができません。

構造体の定義方法

構造体の基本的な定義

構造体はstructキーワードを用いて定義します。

構造体の定義は、通常、プログラムの先頭やクラスの外部で行います。

以下は、基本的な構造体の定義例です。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name; // 名前
    int age;          // 年齢
};

この例では、Personという構造体を定義し、nameとageという2つのメンバー変数を持たせています。

メンバー変数の宣言

構造体のメンバー変数は、構造体の中で宣言します。

メンバー変数は、異なるデータ型を持つことができ、構造体のインスタンスを通じてアクセスされます。

以下の例では、Person構造体にaddressという新しいメンバー変数を追加しています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    std::string address; // 住所
};

構造体の初期化方法

構造体のインスタンスを初期化する方法はいくつかあります。

最も一般的な方法は、波括弧を使用してメンバー変数を初期化する方法です。

以下に例を示します。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    std::string address; // 住所
};
int main() {
    // 構造体のインスタンスを初期化
    Person person = {"山田太郎", 30, "東京都"};
    // メンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "名前: " << person.name << std::endl;
    std::cout << "年齢: " << person.age << std::endl;
    std::cout << "住所: " << person.address << std::endl;
    return 0;
}

名前: 山田太郎
年齢: 30
住所: 東京都

この例では、Person構造体のインスタンスpersonを初期化し、メンバー変数にアクセスしてその値を出力しています。

構造体の初期化は、メンバー変数の順序に従って行われるため、定義時の順序を守る必要があります。

構造体の使い方

構造体のインスタンス化

構造体のインスタンス化は、構造体を定義した後に行います。

インスタンス化することで、構造体のメンバー変数にアクセスし、値を設定することができます。

以下の例では、Person構造体のインスタンスを作成しています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    std::string address; // 住所
};
int main() {
    // Person構造体のインスタンスを作成
    Person person1;
    person1.name = "佐藤花子";
    person1.age = 25;
    person1.address = "大阪府";
    // メンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "名前: " << person1.name << std::endl;
    std::cout << "年齢: " << person1.age << std::endl;
    std::cout << "住所: " << person1.address << std::endl;
    return 0;
}

メンバーへのアクセス方法

構造体のメンバーにアクセスするには、ドット演算子.を使用します。

インスタンス化した構造体の変数名の後にドット演算子を付け、その後にメンバー変数名を記述します。

上記の例では、person1.nameのようにしてアクセスしています。

構造体の配列

構造体の配列を使用することで、同じ型の構造体を複数まとめて扱うことができます。

以下の例では、Person構造体の配列を作成し、複数のPersonインスタンスを管理しています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    std::string address; // 住所
};
int main() {
    // Person構造体の配列を作成
    Person people[2] = {
        {"田中一郎", 40, "福岡県"},
        {"鈴木次郎", 35, "北海道"}
    };
    // 配列の各要素にアクセスして出力
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        std::cout << "名前: " << people[i].name << std::endl;
        std::cout << "年齢: " << people[i].age << std::endl;
        std::cout << "住所: " << people[i].address << std::endl;
    }
    return 0;
}

名前: 田中一郎
年齢: 40
住所: 福岡県
名前: 鈴木次郎
年齢: 35
住所: 北海道

構造体のポインタ

構造体のポインタを使用することで、構造体のメモリ上のアドレスを直接操作することができます。

ポインタを使うと、構造体のメンバーにアクセスする際にアロー演算子->を使用します。

以下の例では、Person構造体のポインタを使用しています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    std::string address; // 住所
};
int main() {
    // Person構造体のインスタンスを作成
    Person person = {"高橋三郎", 28, "愛知県"};
    // Person構造体のポインタを作成
    Person* personPtr = &person;
    // ポインタを使ってメンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "名前: " << personPtr->name << std::endl;
    std::cout << "年齢: " << personPtr->age << std::endl;
    std::cout << "住所: " << personPtr->address << std::endl;
    return 0;
}

名前: 高橋三郎
年齢: 28
住所: 愛知県

この例では、personPtrというポインタを使って、Person構造体のメンバーにアクセスしています。

ポインタを使用することで、構造体のメモリ効率を向上させることができます。

構造体の応用

構造体を使ったデータの集約

構造体は、関連するデータを一つにまとめるための便利な手段です。

例えば、複数のデータを一つの構造体に集約することで、データの管理が容易になります。

以下の例では、Bookという構造体を使用して、本の情報を集約しています。

#include <iostream>
// Bookという構造体を定義
struct Book {
    std::string title;  // タイトル
    std::string author; // 著者
    int year;           // 出版年
};
int main() {
    // Book構造体のインスタンスを作成
    Book book = {"吾輩は猫である", "夏目漱石", 1905};
    // メンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "タイトル: " << book.title << std::endl;
    std::cout << "著者: " << book.author << std::endl;
    std::cout << "出版年: " << book.year << std::endl;
    return 0;
}

構造体と関数の連携

構造体は関数と連携させることができます。

関数に構造体を渡すことで、構造体のデータを操作することが可能です。

以下の例では、printBookInfo関数を使用して、Book構造体の情報を出力しています。

#include <iostream>
// Bookという構造体を定義
struct Book {
    std::string title;  // タイトル
    std::string author; // 著者
    int year;           // 出版年
};
// Book構造体の情報を出力する関数
void printBookInfo(const Book& book) {
    std::cout << "タイトル: " << book.title << std::endl;
    std::cout << "著者: " << book.author << std::endl;
    std::cout << "出版年: " << book.year << std::endl;
}
int main() {
    // Book構造体のインスタンスを作成
    Book book = {"こころ", "夏目漱石", 1914};
    // 関数を呼び出して情報を出力
    printBookInfo(book);
    return 0;
}

構造体のネスト

構造体は他の構造体をメンバーとして持つことができます。

これを構造体のネストと呼びます。

ネストを使用することで、より複雑なデータ構造を表現することが可能です。

以下の例では、Address構造体をPerson構造体のメンバーとして使用しています。

#include <iostream>
// Addressという構造体を定義
struct Address {
    std::string city;   // 市
    std::string state;  // 県
};
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    Address address;    // 住所
};
int main() {
    // Person構造体のインスタンスを作成
    Person person = {"山本五郎", 45, {"名古屋市", "愛知県"}};
    // メンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "名前: " << person.name << std::endl;
    std::cout << "年齢: " << person.age << std::endl;
    std::cout << "市: " << person.address.city << std::endl;
    std::cout << "県: " << person.address.state << std::endl;
    return 0;
}

構造体とメモリ管理

構造体を使用する際には、メモリ管理が重要です。

特に、動的メモリ割り当てを行う場合には、newおよびdelete演算子を使用してメモリを管理します。

以下の例では、Person構造体の動的メモリ割り当てを行っています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
};
int main() {
    // Person構造体の動的メモリ割り当て
    Person* personPtr = new Person;
    personPtr->name = "中村四郎";
    personPtr->age = 50;
    // メンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "名前: " << personPtr->name << std::endl;
    std::cout << "年齢: " << personPtr->age << std::endl;
    // メモリの解放
    delete personPtr;
    return 0;
}

名前: 中村四郎
年齢: 50

この例では、new演算子を使用してPerson構造体のメモリを動的に割り当て、delete演算子で解放しています。

動的メモリを使用する際は、必ず解放を行い、メモリリークを防ぐことが重要です。

構造体の高度な使い方

構造体とコンストラクタ

C++では、構造体にもコンストラクタを定義することができます。

コンストラクタを使用することで、構造体のインスタンスを生成する際にメンバー変数を初期化することが可能です。

以下の例では、Person構造体にコンストラクタを追加しています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    // コンストラクタの定義
    Person(const std::string& n, int a) : name(n), age(a) {}
};
int main() {
    // コンストラクタを使用して構造体のインスタンスを作成
    Person person("小林一郎", 32);
    // メンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "名前: " << person.name << std::endl;
    std::cout << "年齢: " << person.age << std::endl;
    return 0;
}

構造体とデストラクタ

構造体にもデストラクタを定義することができます。

デストラクタは、構造体のインスタンスが破棄される際に呼び出され、リソースの解放などを行います。

以下の例では、Person構造体にデストラクタを追加しています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    // コンストラクタの定義
    Person(const std::string& n, int a) : name(n), age(a) {}
    // デストラクタの定義
    ~Person() {
        std::cout << "デストラクタが呼び出されました: " << name << std::endl;
    }
};
int main() {
    // コンストラクタを使用して構造体のインスタンスを作成
    Person person("佐々木二郎", 28);
    // メンバー変数にアクセスして出力
    std::cout << "名前: " << person.name << std::endl;
    std::cout << "年齢: " << person.age << std::endl;
    return 0;
}

名前: 佐々木二郎
年齢: 28
デストラクタが呼び出されました: 佐々木二郎

構造体のコピーと代入

構造体のコピーと代入は、デフォルトでメンバー変数の値をコピーする形で行われます。

しかし、特別な処理が必要な場合は、コピーコンストラクタや代入演算子をオーバーロードすることができます。

以下の例では、Person構造体にコピーコンストラクタを追加しています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    // コンストラクタの定義
    Person(const std::string& n, int a) : name(n), age(a) {}
    // コピーコンストラクタの定義
    Person(const Person& other) : name(other.name), age(other.age) {
        std::cout << "コピーコンストラクタが呼び出されました: " << name << std::endl;
    }
};
int main() {
    // コンストラクタを使用して構造体のインスタンスを作成
    Person person1("田村三郎", 40);
    // コピーコンストラクタを使用して新しいインスタンスを作成
    Person person2 = person1;
    return 0;
}

コピーコンストラクタが呼び出されました: 田村三郎

構造体の比較

構造体の比較を行うには、比較演算子をオーバーロードする必要があります。

これにより、構造体のインスタンス同士を比較することが可能になります。

以下の例では、Person構造体に等価演算子をオーバーロードしています。

#include <iostream>
// Personという構造体を定義
struct Person {
    std::string name;   // 名前
    int age;            // 年齢
    // コンストラクタの定義
    Person(const std::string& n, int a) : name(n), age(a) {}
    // 等価演算子のオーバーロード
    bool operator==(const Person& other) const {
        return name == other.name && age == other.age;
    }
};
int main() {
    // 構造体のインスタンスを作成
    Person person1("山田四郎", 25);
    Person person2("山田四郎", 25);
    // 構造体の比較
    if (person1 == person2) {
        std::cout << "同じ人物です。" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "異なる人物です。" << std::endl;
    }
    return 0;
}