配列

[C++] 2次元配列の変数を宣言する方法を解説

C++で2次元配列を宣言するには、配列の型、行数、列数を指定します。

基本的な構文は型配列名[行数][列数];です。

例えば、int array[3][4];は3行4列の整数型2次元配列を宣言します。

初期化も可能で、int array[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};のように記述します。

目次から探す

2次元配列の基本的な宣言方法

C++における2次元配列は、配列の配列として考えることができます。

これにより、行と列の形式でデータを格納することが可能です。

以下に、2次元配列の基本的な宣言方法を示します。

2次元配列の宣言

2次元配列を宣言するには、次のように記述します。

#include <iostream>
int main() {
    // 3行2列の2次元配列を宣言
    int array[3][2];  
    // 配列に値を代入
    array[0][0] = 1;  
    array[0][1] = 2;  
    array[1][0] = 3;  
    array[1][1] = 4;  
    array[2][0] = 5;  
    array[2][1] = 6;  
    // 配列の内容を出力
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            std::cout << array[i][j] << " ";  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

1 2 
3 4 
5 6

このコードでは、3行2列の2次元配列を宣言し、各要素に値を代入しています。

その後、ネストされたforループを使用して、配列の内容を出力しています。

2次元配列は、行と列のインデックスを使って要素にアクセスすることができます。

2次元配列の初期化と操作

C++では、2次元配列を宣言する際に同時に初期化することができます。

また、初期化後の操作方法についても解説します。

以下に、2次元配列の初期化と基本的な操作の例を示します。

2次元配列の初期化

2次元配列を初期化するには、次のように記述します。

#include <iostream>
int main() {
    // 2次元配列の初期化
    int array[3][3] = { 
        {1, 2, 3}, 
        {4, 5, 6}, 
        {7, 8, 9} 
    };
    // 配列の内容を出力
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            std::cout << array[i][j] << " ";  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

1 2 3 
4 5 6 
7 8 9

このコードでは、3行3列の2次元配列を初期化し、各要素に値を設定しています。

初期化の際に、波括弧 {} を使用して行ごとに値を指定します。

2次元配列の要素へのアクセス

2次元配列の要素には、行と列のインデックスを使ってアクセスします。

以下に、特定の要素を変更する例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    int array[3][3] = { 
        {1, 2, 3}, 
        {4, 5, 6}, 
        {7, 8, 9} 
    };
    // 要素の変更
    array[1][1] = 10;  // 4を10に変更
    // 配列の内容を出力
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            std::cout << array[i][j] << " ";  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

1 2 3 
4 10 6 
7 8 9

このコードでは、array[1][1] の要素を変更しています。

変更後の配列を出力すると、指定した要素が更新されていることが確認できます。

2次元配列の合計値の計算

2次元配列の全要素の合計を計算する方法もあります。

以下にその例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    int array[2][3] = { 
        {1, 2, 3}, 
        {4, 5, 6} 
    };
    int sum = 0;  // 合計値を格納する変数
    // 合計値の計算
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            sum += array[i][j];  
        }
    }
    // 合計値を出力
    std::cout << "合計値: " << sum << std::endl;  
    return 0;  
}

合計値: 21

このコードでは、2次元配列の全要素をループで回し、合計値を計算しています。

最終的に合計値を出力しています。

2次元配列の応用的な使い方

2次元配列は、さまざまなデータ構造やアルゴリズムに応用できます。

ここでは、2次元配列のいくつかの応用例を紹介します。

行列の演算

2次元配列は、行列の演算に非常に便利です。

以下に、2つの行列の加算を行う例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // 2つの2次元配列(行列)を定義
    int matrixA[2][2] = { {1, 2}, {3, 4} };
    int matrixB[2][2] = { {5, 6}, {7, 8} };
    int result[2][2];  // 結果を格納する配列
    // 行列の加算
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            result[i][j] = matrixA[i][j] + matrixB[i][j];  
        }
    }
    // 結果を出力
    std::cout << "行列の加算結果:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            std::cout << result[i][j] << " ";  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

行列の加算結果:
6 8 
10 12

このコードでは、2つの2次元配列(行列)を定義し、それらを加算して結果を出力しています。

迷路の表現

2次元配列は、迷路やグリッド状のデータを表現するのにも使われます。

以下に、簡単な迷路の表現を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // 迷路を2次元配列で表現
    char maze[5][5] = { 
        {'#', '#', '#', '#', '#'}, 
        {'#', ' ', ' ', '#', '#'}, 
        {'#', ' ', '#', ' ', '#'}, 
        {'#', ' ', ' ', ' ', '#'}, 
        {'#', '#', '#', '#', '#'} 
    };
    // 迷路を出力
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        for (int j = 0; j < 5; j++) {
            std::cout << maze[i][j];  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

#####
#  ##
# # #
#   #
#####

このコードでは、# が壁、(スペース)が通路を表す迷路を2次元配列で表現しています。

迷路の構造を簡単に視覚化できます。

画像データの表現

2次元配列は、画像データを表現するのにも使われます。

以下に、簡単なグレースケール画像の例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // グレースケール画像を2次元配列で表現
    int image[3][3] = { 
        {255, 128, 0}, 
        {128, 64, 32}, 
        {0, 32, 64} 
    };
    // 画像データを出力
    std::cout << "グレースケール画像データ:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            std::cout << image[i][j] << " ";  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

グレースケール画像データ:
255 128 0 
128 64 32 
0 32 64

このコードでは、各要素がピクセルの明るさを表すグレースケール画像を2次元配列で表現しています。

画像処理の基礎として、2次元配列は非常に重要な役割を果たします。

2次元配列の具体例

2次元配列は、さまざまな実用的なシナリオで使用されます。

ここでは、具体的な例をいくつか紹介し、2次元配列の使い方を理解する手助けをします。

例1: 学生の成績管理

2次元配列を使用して、学生の成績を管理するシステムを作成することができます。

以下に、学生の名前とその成績を格納する例を示します。

#include <iostream>
#include <string>
int main() {
    // 学生の名前と成績を格納する2次元配列
    std::string students[3][2] = { 
        {"田中", "85"}, 
        {"鈴木", "90"}, 
        {"佐藤", "78"} 
    };
    // 学生の成績を出力
    std::cout << "学生の成績:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        std::cout << students[i][0] << "さんの成績: " << students[i][1] << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

学生の成績:
田中さんの成績: 85
鈴木さんの成績: 90
佐藤さんの成績: 78

このコードでは、3人の学生の名前と成績を2次元配列に格納し、出力しています。

例2: 地図データの表現

2次元配列を使用して、地図データを表現することもできます。

以下に、簡単な地図の例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // 地図データを2次元配列で表現
    char map[4][4] = { 
        {'#', '#', '#', '#'}, 
        {'#', ' ', ' ', '#'}, 
        {'#', ' ', '#', '#'}, 
        {'#', '#', '#', '#'} 
    };
    // 地図を出力
    std::cout << "地図データ:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            std::cout << map[i][j];  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

####
#  #
# ##
####

このコードでは、# が壁、(スペース)が通路を表す地図を2次元配列で表現しています。

地図の構造を視覚化するのに役立ちます。

例3: ゲームのボード

2次元配列は、ゲームのボードを表現するのにも使われます。

以下に、簡単なチェスボードの例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // チェスボードを2次元配列で表現
    char chessBoard[8][8] = { 
        {'R', 'N', 'B', 'Q', 'K', 'B', 'N', 'R'}, 
        {'P', 'P', 'P', 'P', 'P', 'P', 'P', 'P'}, 
        {' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' '}, 
        {' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' '}, 
        {' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' '}, 
        {' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' '}, 
        {'p', 'p', 'p', 'p', 'p', 'p', 'p', 'p'}, 
        {'r', 'n', 'b', 'q', 'k', 'b', 'n', 'r'} 
    };
    // チェスボードを出力
    std::cout << "チェスボード:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        for (int j = 0; j < 8; j++) {
            std::cout << chessBoard[i][j] << " ";  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

チェスボード:
R N B Q K B N R 
P P P P P P P P 
               
               
               
               
p p p p p p p p 
r n b q k b n r

このコードでは、チェスの駒を表す文字を使用して、チェスボードを2次元配列で表現しています。

ゲームの状態を簡単に管理することができます。

例4: 画像のピクセルデータ

2次元配列は、画像のピクセルデータを表現するのにも使われます。

以下に、簡単なRGB画像の例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // RGB画像を2次元配列で表現
    int image[2][2][3] = { 
        {{255, 0, 0}, {0, 255, 0}}, 
        {{0, 0, 255}, {255, 255, 0}} 
    };
    // 画像データを出力
    std::cout << "RGB画像データ:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            std::cout << "ピクセル(" << i << ", " << j << "): ";
            std::cout << "R: " << image[i][j][0] << ", ";
            std::cout << "G: " << image[i][j][1] << ", ";
            std::cout << "B: " << image[i][j][2] << std::endl;  
        }
    }
    return 0;  
}

RGB画像データ:
ピクセル(0, 0): R: 255, G: 0, B: 0
ピクセル(0, 1): R: 0, G: 255, B: 0
ピクセル(1, 0): R: 0, G: 0, B: 255
ピクセル(1, 1): R: 255, G: 255, B: 0

このコードでは、各ピクセルのRGB値を格納した3次元配列を使用して、画像データを表現しています。

2次元配列は、画像処理やグラフィックスプログラミングにおいて非常に重要な役割を果たします。

2次元配列の制限と注意点

2次元配列は非常に便利なデータ構造ですが、使用する際にはいくつかの制限や注意点があります。

ここでは、2次元配列を使用する際に考慮すべきポイントを解説します。

1. サイズの固定

2次元配列は、宣言時にサイズを固定する必要があります。

動的にサイズを変更することはできません。

以下に、サイズを固定する例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // 3行2列の2次元配列を宣言
    int array[3][2];  
    // サイズを変更することはできない
    // array[4][2]; // エラー: サイズが固定されているため
    return 0;  
}

このように、サイズを変更しようとするとコンパイルエラーが発生します。

必要なサイズを事前に計算しておくことが重要です。

2. メモリの使用量

2次元配列は、メモリを連続して確保するため、大きな配列を使用するとメモリの使用量が増加します。

特に大きな配列を使用する場合は、メモリ不足に注意が必要です。

#include <iostream>
int main() {
    // 大きな2次元配列を宣言
    int largeArray[10000][10000];  // メモリを大量に消費する可能性がある
    return 0;  
}

このように、大きな配列を使用する際は、システムのメモリ制限を考慮する必要があります。

3. 初期化の手間

2次元配列を初期化する際、すべての要素に値を設定する必要があります。

特に大きな配列の場合、初期化が煩雑になることがあります。

以下に、初期化の例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    // 2次元配列の初期化
    int array[3][3] = { 
        {1, 2, 3}, 
        {4, 5, 6}, 
        {7, 8, 9} 
    };
    // 初期化が必要な場合、手間がかかる
    return 0;  
}

初期化を簡略化するために、ループを使用することもできますが、初期化の手間を考慮する必要があります。

4. 可読性の低下

2次元配列を多用すると、コードの可読性が低下することがあります。

特に、ネストされたループを使用する場合、コードが複雑になりがちです。

以下に、可読性の低下の例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    int array[3][3] = { 
        {1, 2, 3}, 
        {4, 5, 6}, 
        {7, 8, 9} 
    };
    // ネストされたループでの処理
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            // 処理が複雑になることがある
            std::cout << array[i][j] << " ";  
        }
        std::cout << std::endl;  
    }
    return 0;  
}

このように、ネストされたループが多くなると、コードの理解が難しくなることがあります。

可読性を保つために、適切なコメントや関数を使用することが重要です。

5. 異なるデータ型の格納が不可

2次元配列は、同じデータ型の要素を格納するため、異なるデータ型を混在させることができません。

異なるデータ型を扱いたい場合は、構造体やクラスを使用する必要があります。

#include <iostream>
int main() {
    // int型とdouble型を混在させることはできない
    // int array[3][3] = { {1, 2.5, 3}, ... }; // エラー
    return 0;  
}

このように、異なるデータ型を扱う場合は、別のデータ構造を検討する必要があります。

6. 配列の範囲外アクセス

2次元配列の要素にアクセスする際、範囲外のインデックスを指定すると未定義の動作が発生します。

以下に、範囲外アクセスの例を示します。

#include <iostream>
int main() {
    int array[3][3] = { 
        {1, 2, 3}, 
        {4, 5, 6}, 
        {7, 8, 9} 
    };
    // 範囲外アクセス(エラーになる可能性がある)
    std::cout << array[3][3];  // 未定義の動作
    return 0;  
}

このように、範囲外のインデックスを指定すると、プログラムがクラッシュする可能性があるため、注意が必要です。

範囲チェックを行うことが推奨されます。

以上のように、2次元配列を使用する際には、これらの制限や注意点を考慮し、適切に利用することが重要です。