関数

Go言語構造体の値渡しについて解説

2025-02-19更新日: 2025-02-19

Go言語の構造体は、値渡しによってデータがコピーされます。

変数を関数に渡す際、この仕組みを理解しておくと想定外の動作を防ぎやすくなります。

この記事では、値渡しの基本的な動作や注意点についてシンプルに説明します。

目次から探す

構造体の値渡しの仕組み
- 値渡しの基本
- 値渡しと参照渡しの違い
関数呼び出し時の構造体の扱い
- 引数としての構造体の動作
値渡し利用時の注意点
- 意図しないデータ変更のリスク
- パフォーマンスへの影響
実践的な検討事項
- 適切なデータ設計の判断基準
- 設計時に留意すべきポイント
まとめ

構造体の値渡しの仕組み

値渡しの基本

Go言語における値渡しの動作

Go言語では、関数に引数として構造体などの値を渡す際、その値がコピーされる仕組みになっています。

たとえば、以下のサンプルコードでは、構造体Personの値渡しを示しており、関数内で構造体のメンバが変更されても元の変数には反映されないことが確認できます。

package main
import "fmt"
// Person構造体：名前と年齢を保持する
type Person struct {
    Name string // 名前
    Age  int    // 年齢
}
// updateAgeは受け取ったコピーの年齢を変更する
func updateAge(p Person) {
    p.Age = 30 // 年齢を30に変更
    fmt.Println("関数内更新後:", p)
}
func main() {
    person := Person{Name: "太郎", Age: 20}
    fmt.Println("更新前:", person)
    updateAge(person) // 値渡しするのでコピーが作成される
    fmt.Println("関数呼び出し後:", person)
}

更新前: {太郎 20}
関数内更新後: {太郎 30}
関数呼び出し後: {太郎 20}

このように、関数内での変更はローカルなコピーに対するものであり、元のデータは変更されない仕様となっています。

コピーが発生するタイミング

コピーは関数呼び出しの際に発生します。

すなわち、関数に引数を渡すタイミングで、元の変数の内容をそのまま複製します。

コピー処理は、構造体のサイズに依存するため、サイズが大きくなるとコピーにかかるコストも増加します。

たとえば、構造体のサイズを $S$ とすると、コピー処理のコストは $O (S)$ となります。

したがって、頻繁に大きな構造体を関数に渡す場合は、パフォーマンスへの影響に注意する必要があります。

値渡しと参照渡しの違い

ポインタ渡しの特徴

ポインタ渡しでは、構造体の実体そのものではなく、そのメモリアドレスが関数に渡されます。

これにより、関数内で値を変更すると、元の構造体にも影響が及びます。

さらに、データのコピーが発生しないため、メモリ使用量や処理速度の観点で有利になる場合があります。

以下のコードは、ポインタ渡しを用いた場合の例です。

package main
import "fmt"
// Person構造体：名前と年齢を保持する
type Person struct {
    Name string // 名前
    Age  int    // 年齢
}
// updateAgePointerはポインタを受け取り, 元のPersonの年齢を変更する
func updateAgePointer(p *Person) {
    p.Age = 30 // 年齢を30に変更
    fmt.Println("関数内更新後(ポインタ渡し):", *p)
}
func main() {
    person := Person{Name: "花子", Age: 20}
    fmt.Println("更新前:", person)
    updateAgePointer(&person) // ポインタ渡しするのでコピーは発生しない
    fmt.Println("関数呼び出し後(ポインタ渡し):", person)
}

更新前: {花子 20}
関数内更新後(ポインタ渡し): {花子 30}
関数呼び出し後(ポインタ渡し): {花子 30}

この例のように、ポインタ渡しを利用することで、関数内での変更が呼び出し元に反映される点が特徴です。

関数呼び出し時の構造体の扱い

引数としての構造体の動作

ローカルコピー生成のプロセス

値渡しの場合、関数が呼び出されると、引数として渡された構造体はローカル変数としてコピーされます。

このプロセスにより、関数内で操作されるのは元の変数とは別のインスタンスになります。

以下のサンプルコードは、ローカルコピーが生成される様子を示しています。

package main
import "fmt"
// Person構造体：名前と年齢を保持する
type Person struct {
    Name string // 名前
    Age  int    // 年齢
}
// modifyPersonは、受け取ったPersonのコピーに対して変更を行う
func modifyPerson(p Person) {
    p.Name = "変更済み" // 名前を変更する
    fmt.Println("関数内のコピー:", p)
}
func main() {
    original := Person{Name: "元の名前", Age: 25}
    fmt.Println("関数呼び出し前:", original)
    modifyPerson(original)
    fmt.Println("関数呼び出し後:", original)
}

関数呼び出し前: {元の名前 25}
関数内のコピー: {変更済み 25}
関数呼び出し後: {元の名前 25}

このコードから、関数内で変更されたのはローカルコピーであり、呼び出し元のデータには影響が及ばないことがわかります。

関数内でのデータ変更への影響

値渡しした場合、関数内でのデータ変更はあくまで一時的なコピーに対して行われるため、呼び出し元のデータには影響がありません。

これに対し、ポインタ渡しでは、関数内での変更がそのまま呼び出し元のデータに反映されるため、どちらの渡し方を選択するかがプログラムの挙動に大きな影響を与えます。

たとえば、データの保護が必要な場合は値渡しを利用する方が安全ですが、呼び出し元のデータを直接操作する必要がある場合はポインタ渡しが適しています。

値渡し利用時の注意点

意図しないデータ変更のリスク

値渡しを利用すると、関数内で操作した変更が呼び出し元に影響しないため、データの整合性が保たれやすいというメリットがあります。

ただし、一方で、関数内で意図した変更が呼び出し元に反映されないため、期待に反した動作として問題になる場合があります。

また、値渡しとポインタ渡しの使い分けを誤ると、意図しないデータの変更や、不要なデータコピーが発生するリスクがあるため、プログラムの設計段階でどちらの方法を採用するかを明確にする必要があります。

パフォーマンスへの影響

メモリ消費の観点

大きな構造体を値渡しする場合、コピー処理により余分なメモリが使用される可能性があります。

たとえば、構造体のサイズを $S$ とし、関数呼び出しごとにコピーが行われると、全体のメモリ消費は次のように表されます。

$メモリ消費 = S \times コピー回数$

そのため、大きなデータを頻繁に処理する場合は、ポインタ渡しを検討することで有効なメモリ管理が可能となります。

処理速度との関係

値渡しによるコピー処理は、関数呼び出しのたびに実施されるため、大きな構造体ではコピーのオーバーヘッドが無視できなくなります。

特に、次のような場合に処理速度が低下する可能性があります。

ループ内で同じ構造体を何度も関数に渡す場合
再帰呼び出しが頻繁に発生する場合

これらのケースでは、ポインタ渡しを利用することで、コピーコストを削減し、処理速度の向上を図ることができます。

実践的な検討事項

適切なデータ設計の判断基準

データ設計する際は、値渡しとポインタ渡しの選択について次の点を判断基準に考慮するとよいです。

構造体のサイズ
関数内でデータの変更が必要か否か
プログラム全体のパフォーマンス要件
メモリ消費の効率

たとえば、小規模な構造体の場合は値渡しで十分ですが、大規模な構造体ではコピーによるパフォーマンス低下を防ぐため、ポインタ渡しを採用するのが適切といえます。

設計時に留意すべきポイント

実際にプログラムを設計する際に、以下の点に注意してください。

構造体が非常に小さい場合は、値渡しでもパフォーマンスに大きな影響はない
大きな構造体や頻繁に呼び出される関数では、コピーによるオーバーヘッドを最小限にするため、ポインタ渡しを検討する
データ保護や意図した変更の適用に関しては、どちらの渡し方が理にかなっているかを設計時に明確にする
可読性や保守性も重視し、適切なコメントや命名規則を用いることで、コードの理解を容易にする

以上の観点を踏まえ、プログラムの要件に合わせた最適なデータ設計を行ってください。

まとめ

この記事では、Go言語の構造体の値渡しの仕組みや、コピー発生のタイミング、参照渡しとの違い、関数呼び出し時の挙動、パフォーマンスやメモリ消費への影響、そして実践的な設計時の留意点について詳しく解説しました。

総括すると、値渡しとポインタ渡しの利点・欠点が明確に整理され、シチュエーションに応じた適切な実装技法が理解できます。

ぜひ、ご自身の開発環境でサンプルコードを実行しながら、より効果的なデータ設計に挑戦してみてください。