配列

[C++] vectorで2次元配列を生成する方法をわかりやすく解説

C++で2次元配列を生成するには、std::vectorをネストして使用します。

具体的には、外側のvectorが行を、内側のvectorが列を表します。

例えば、std::vector<std::vector<int>> matrix(rows, std::vector<int>(cols, 初期値));のように記述します。

ここでrowsは行数、colsは列数、初期値は各要素の初期値を指定します。

この方法により、動的なサイズ変更が可能な2次元配列を簡単に作成できます。

目次から探す

vectorで2次元配列を生成する基本的な方法

C++のvectorを使用して2次元配列を生成する方法は非常にシンプルです。

vectorは動的配列であり、サイズを変更できるため、2次元配列を扱うのに適しています。

以下に基本的な生成方法を示します。

1. vectorの初期化

まず、2次元配列を生成するために、vectorのベクトルを使用します。

以下のコードでは、3行4列の2次元配列を生成しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 3行4列の2次元配列を生成
    std::vector<std::vector<int>> array(3, std::vector<int>(4));
    // 配列に値を代入
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            array[i][j] = i * j; // 行と列のインデックスの積を代入
        }
    }
    // 配列の内容を表示
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            std::cout << array[i][j] << " "; // 各要素を表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

0 0 0 0 
0 1 2 3 
0 2 4 6

2. vectorのサイズ変更

vectorの特性を活かして、後からサイズを変更することも可能です。

以下のコードでは、最初に2行3列の配列を生成し、その後に行数を増やしています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 2行3列の2次元配列を生成
    std::vector<std::vector<int>> array(2, std::vector<int>(3));
    // 配列に値を代入
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        for (int j = 0; j < 3; ++j) {
            array[i][j] = i + j; // 行と列のインデックスの和を代入
        }
    }
    // 行数を増やす
    array.push_back(std::vector<int>(3, 0)); // 新しい行を追加
    // 配列の内容を表示
    for (int i = 0; i < array.size(); ++i) {
        for (int j = 0; j < array[i].size(); ++j) {
            std::cout << array[i][j] << " "; // 各要素を表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

0 1 2 
1 2 3 
0 0 0

このように、vectorを使うことで、簡単に2次元配列を生成し、操作することができます。

動的にサイズを変更できるため、柔軟なデータ構造として非常に便利です。

2次元配列の操作方法

C++のvectorを使用した2次元配列の操作は、基本的な配列と同様に行えますが、動的なサイズ変更や便利なメソッドを利用できる点が特徴です。

ここでは、2次元配列の基本的な操作方法について解説します。

1. 要素のアクセス

2次元配列の要素には、行と列のインデックスを使用してアクセスします。

以下のコードでは、特定の要素にアクセスし、その値を表示しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 2行3列の2次元配列を生成
    std::vector<std::vector<int>> array = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6}
    };
    // 特定の要素にアクセス
    int value = array[1][2]; // 2行目3列目の要素を取得
    std::cout << "2行目3列目の要素: " << value << std::endl; // 値を表示
    return 0;
}

2行目3列目の要素: 6

2. 行の追加と削除

vectorを使用すると、行の追加や削除が簡単に行えます。

以下のコードでは、行を追加し、特定の行を削除する方法を示しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 2行3列の2次元配列を生成
    std::vector<std::vector<int>> array = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6}
    };
    // 新しい行を追加
    array.push_back({7, 8, 9}); // 3行目を追加
    // 1行目を削除
    array.erase(array.begin()); // 1行目を削除
    // 配列の内容を表示
    for (const auto& row : array) {
        for (const auto& elem : row) {
            std::cout << elem << " "; // 各要素を表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

4 5 6 
7 8 9

3. 行列の転置

行列の転置は、行と列を入れ替える操作です。

以下のコードでは、2次元配列の転置を行っています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 2行3列の2次元配列を生成
    std::vector<std::vector<int>> array = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6}
    };
    // 転置行列を生成
    std::vector<std::vector<int>> transposed(array[0].size(), std::vector<int>(array.size()));
    for (int i = 0; i < array.size(); ++i) {
        for (int j = 0; j < array[i].size(); ++j) {
            transposed[j][i] = array[i][j]; // 行と列を入れ替え
        }
    }
    // 転置行列の内容を表示
    for (const auto& row : transposed) {
        for (const auto& elem : row) {
            std::cout << elem << " "; // 各要素を表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

1 4 
2 5 
3 6

4. 2次元配列の初期化

2次元配列を初期化する際に、特定の値で埋めることも可能です。

以下のコードでは、すべての要素を0で初期化しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 3行4列の2次元配列を0で初期化
    std::vector<std::vector<int>> array(3, std::vector<int>(4, 0)); // すべての要素を0で初期化
    // 配列の内容を表示
    for (const auto& row : array) {
        for (const auto& elem : row) {
            std::cout << elem << " "; // 各要素を表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

0 0 0 0 
0 0 0 0 
0 0 0 0

このように、vectorを使用した2次元配列の操作は非常に柔軟で、さまざまな方法でデータを管理できます。

応用的な使い方

C++のvectorを使用した2次元配列は、基本的な操作に加えて、さまざまな応用が可能です。

ここでは、いくつかの応用的な使い方を紹介します。

1. 2次元配列を使ったグリッドの表現

2次元配列は、ゲームやシミュレーションなどでグリッドを表現するのに便利です。

以下のコードでは、簡単な迷路を表現しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 迷路を表現する2次元配列
    std::vector<std::vector<char>> maze = {
        {'#', '#', '#', '#', '#'},
        {'#', ' ', ' ', '#', '#'},
        {'#', '#', ' ', ' ', '#'},
        {'#', ' ', '#', ' ', '#'},
        {'#', '#', '#', '#', '#'}
    };
    // 迷路の内容を表示
    for (const auto& row : maze) {
        for (const auto& cell : row) {
            std::cout << cell; // 各セルを表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

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

2. 2次元配列を使った行列計算

行列の加算や乗算などの計算も、2次元配列を使って実装できます。

以下のコードでは、2つの行列の加算を行っています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 2つの2次元配列を定義
    std::vector<std::vector<int>> matrixA = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6}
    };
    std::vector<std::vector<int>> matrixB = {
        {7, 8, 9},
        {10, 11, 12}
    };
    // 行列の加算
    std::vector<std::vector<int>> result(matrixA.size(), std::vector<int>(matrixA[0].size()));
    for (int i = 0; i < matrixA.size(); ++i) {
        for (int j = 0; j < matrixA[i].size(); ++j) {
            result[i][j] = matrixA[i][j] + matrixB[i][j]; // 各要素を加算
        }
    }
    // 結果の行列を表示
    for (const auto& row : result) {
        for (const auto& elem : row) {
            std::cout << elem << " "; // 各要素を表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

8 10 12 
14 16 18

3. 2次元配列を使ったデータの集計

2次元配列を使用して、データの集計や統計処理を行うこともできます。

以下のコードでは、各行の合計を計算しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 2次元配列を定義
    std::vector<std::vector<int>> data = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6},
        {7, 8, 9}
    };
    // 各行の合計を計算
    for (int i = 0; i < data.size(); ++i) {
        int sum = 0;
        for (int j = 0; j < data[i].size(); ++j) {
            sum += data[i][j]; // 各要素を加算
        }
        std::cout << "行 " << i + 1 << " の合計: " << sum << std::endl; // 合計を表示
    }
    return 0;
}

行 1 の合計: 6
行 2 の合計: 15
行 3 の合計: 24

4. 2次元配列を使った画像処理

2次元配列は、画像データの表現にも使用されます。

以下のコードでは、簡単なグレースケール画像を表現し、明るさを調整しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // グレースケール画像を表現する2次元配列
    std::vector<std::vector<int>> image = {
        {100, 150, 200},
        {50, 75, 100},
        {0, 25, 50}
    };
    // 明るさを調整
    int brightnessAdjustment = 50;
    for (int i = 0; i < image.size(); ++i) {
        for (int j = 0; j < image[i].size(); ++j) {
            image[i][j] = std::min(255, image[i][j] + brightnessAdjustment); // 明るさを調整
        }
    }
    // 調整後の画像を表示
    for (const auto& row : image) {
        for (const auto& pixel : row) {
            std::cout << pixel << " "; // 各ピクセルを表示
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

150 200 250 
100 125 150 
50 75 100

このように、vectorを使用した2次元配列は、さまざまな応用が可能であり、特にデータの表現や計算において非常に便利です。

実践例：vectorで2次元配列を使ったプログラム

ここでは、C++のvectorを使用して2次元配列を活用した実践的なプログラムの例を紹介します。

このプログラムでは、簡単な成績管理システムを作成し、学生の成績を管理・表示します。

プログラムの概要

学生の数と科目の数を指定し、各学生の成績を2次元配列で管理します。
成績を入力し、各学生の平均点を計算して表示します。

コード例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <iomanip> // std::setprecisionを使用するために必要
int main() {
    int numStudents, numSubjects;
    // 学生数と科目数の入力
    std::cout << "学生の数を入力してください: ";
    std::cin >> numStudents;
    std::cout << "科目の数を入力してください: ";
    std::cin >> numSubjects;
    // 2次元配列を生成
    std::vector<std::vector<int>> grades(numStudents, std::vector<int>(numSubjects));
    // 成績の入力
    for (int i = 0; i < numStudents; ++i) {
        std::cout << "学生 " << (i + 1) << " の成績を入力してください:\n";
        for (int j = 0; j < numSubjects; ++j) {
            std::cout << "科目 " << (j + 1) << ": ";
            std::cin >> grades[i][j]; // 成績を入力
        }
    }
    // 各学生の平均点を計算して表示
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(2); // 小数点以下2桁まで表示
    for (int i = 0; i < numStudents; ++i) {
        int sum = 0;
        for (int j = 0; j < numSubjects; ++j) {
            sum += grades[i][j]; // 成績を合計
        }
        double average = static_cast<double>(sum) / numSubjects; // 平均を計算
        std::cout << "学生 " << (i + 1) << " の平均点: " << average << std::endl; // 平均点を表示
    }
    return 0;
}

プログラムの説明

学生数と科目数の入力: ユーザーから学生の数と科目の数を入力してもらいます。
2次元配列の生成: vectorを使用して、学生数×科目数の2次元配列を生成します。
成績の入力: 各学生の成績を入力します。
平均点の計算: 各学生の成績を合計し、平均点を計算して表示します。

以下は、プログラムを実行した際の例です。

学生の数を入力してください: 2
科目の数を入力してください: 3
学生 1 の成績を入力してください:
科目 1: 80
科目 2: 90
科目 3: 85
学生 2 の成績を入力してください:
科目 1: 70
科目 2: 75
科目 3: 80
学生 1 の平均点: 85.00
学生 2 の平均点: 75.00

このプログラムは、vectorを使用した2次元配列の実践的な利用例を示しており、成績管理の基本的な機能を実装しています。

vectorの特性を活かすことで、動的にサイズを変更できる柔軟なデータ構造を利用しています。

よくあるエラーとその対処法

C++のvectorを使用した2次元配列のプログラミングでは、いくつかの一般的なエラーが発生することがあります。

ここでは、よくあるエラーとその対処法について解説します。

1. インデックスの範囲外アクセス

エラー内容

vectorのインデックスが範囲外の場合、プログラムがクラッシュすることがあります。

たとえば、存在しない行や列にアクセスしようとすると、未定義の動作が発生します。

対処法

インデックスが有効な範囲内であることを確認するために、条件文を使用してチェックします。

以下のように、インデックスを使用する前にサイズを確認することが重要です。

if (i >= 0 && i < array.size() && j >= 0 && j < array[i].size()) {
    // 有効なインデックスの場合の処理
}

2. 初期化されていない要素の使用

エラー内容

vectorの要素を初期化せずに使用すると、未定義の値が出力されることがあります。

特に、数値型の要素は初期化されていない場合、ゴミ値が含まれることがあります。

対処法

vectorを初期化する際に、デフォルト値を指定することができます。

以下のように、初期化時に値を設定することで、未定義の値を防ぐことができます。

std::vector<std::vector<int>> array(rows, std::vector<int>(cols, 0)); // すべての要素を0で初期化

3. メモリ不足エラー

エラー内容

非常に大きな2次元配列を作成しようとすると、メモリ不足エラーが発生することがあります。

特に、vectorは動的にメモリを確保するため、サイズが大きくなると問題が発生します。

対処法

必要なサイズを見積もり、メモリの使用量を最適化することが重要です。

また、プログラムの実行環境に応じて、メモリ制限を確認し、適切なサイズの配列を使用するようにします。

4. 行数や列数の不一致

エラー内容

2次元配列を操作する際に、行数や列数が一致しない場合、計算や表示が正しく行われないことがあります。

たとえば、行列の加算を行う際に、サイズが異なるとエラーが発生します。

対処法

行数や列数が一致していることを確認するために、条件文を使用してチェックします。

以下のように、サイズを比較することが重要です。

if (matrixA.size() == matrixB.size() && matrixA[0].size() == matrixB[0].size()) {
    // 行列の加算処理
}

5. 参照の無効化

エラー内容

vectorの要素を参照している場合、元のvectorが変更されると、参照が無効になることがあります。

これにより、予期しない動作が発生することがあります。

対処法

参照を使用する際は、元のvectorが変更されないことを確認するか、必要に応じてコピーを作成することが重要です。

以下のように、コピーを作成することで安全に操作できます。

std::vector<int> copy = originalVector; // コピーを作成

これらのエラーとその対処法を理解することで、C++のvectorを使用した2次元配列のプログラミングがよりスムーズに行えるようになります。

エラーを事前に防ぐためのチェックを行い、適切な初期化やサイズ管理を心がけましょう。

まとめ

この記事では、C++のvectorを使用して2次元配列を生成し、操作する方法について詳しく解説しました。

基本的な使い方から応用的な利用法、実践例、よくあるエラーとその対処法まで幅広く取り上げ、実際のプログラミングに役立つ情報を提供しました。

これを機に、2次元配列を活用したプログラムを自分で作成し、さらなるスキル向上に挑戦してみてください。

vectorで2次元配列を生成する基本的な方法

1. vectorの初期化

2. vectorのサイズ変更

2次元配列の操作方法

1. 要素のアクセス

2. 行の追加と削除

3. 行列の転置

4. 2次元配列の初期化

応用的な使い方

1. 2次元配列を使ったグリッドの表現

2. 2次元配列を使った行列計算

3. 2次元配列を使ったデータの集計

4. 2次元配列を使った画像処理

実践例：vectorで2次元配列を使ったプログラム

プログラムの概要

コード例

プログラムの説明

よくあるエラーとその対処法

1. インデックスの範囲外アクセス

エラー内容

対処法

2. 初期化されていない要素の使用

エラー内容

対処法

3. メモリ不足エラー

エラー内容

対処法

4. 行数や列数の不一致

エラー内容

対処法

5. 参照の無効化

エラー内容

対処法

まとめ

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