「C言語】ポインタを使って配列を操作する方法を解説

2023 3/20

ポインタを使った配列の操作方法を理解することで、より効率的なC言語プログラミングが可能になります。

本記事では、ポインタを使用した配列の宣言や初期化方法、要素へのアクセス方法などについて詳しく解説します。

ポインタを使った配列の宣言方法

ポインタを使った配列の宣言方法について説明します。

まず、通常の配列の宣言方法は以下のようになります。

int array[5];

これは、要素数が5である整数型の配列を宣言しています。しかし、ポインタを使った場合は以下のように書くことができます。

int *array;

この場合、*（アスタリスク）が付いていることに注目してください。

これは、「ポインタ型」と呼ばれるものであり、変数名の前に「*」を付けることで定義されます。

また、この時点ではまだメモリ上に領域が確保されておらず、配列として扱えません。

次に、先程定義したポインタ array に、配列の要素数分だけメモリ領域を確保して、アドレスを代入する必要があります。その際は malloc() 関数を使用します。

malloc()関数は、stdlib.hのインクルードが必要なので注意してください。

array = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);

上記コードでは sizeof(int) をかけることで1つ分（4バイト）確保し、それを5倍することで全体的なサイズ（20バイト）を計算しています。そして (int*) というキャスト演算子を用いて int型のポインタへキャストし代入しています。

これにより、要素数5個の配列が生成されます。

この方法の場合、動的に要素数を指定できるため、データ量に合わせて柔軟に配列の要素数を最適化することが出来ます。

ポインタを使った配列要素へのアクセス方法

ポインタを使った配列要素へのアクセス方法について説明します。

まず、配列名はその先頭要素のアドレスを表しています。例えば、int型の配列aがある場合、aと書くことで最初の要素a[0]のアドレスを表します。

次に、ポインタ変数を用意し、その中に配列を代入することで、ポインタ変数でも同じアドレスが指されます。例えば、

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p;
p = a; // pにa[0]のアドレスが代入される
printf("%d\n", p[2]); //p[2] は a[2]と同じ

このようにすることで、pからもa[0]～a[4]まで全ての要素にアクセスすることが出来ます。

また、「*(ポインタ変数 + インデックス)」という書き方でも特定の要素に直接アクセスすることが出来ます。例えば、

*(p + 2) = 10; // a[2] = 10; と同じ意味

このような書き方であれば、「+」や「-」演算子を使って任意の位置から始めることも可能です。

関数におけるポインタを使った配列の渡し方

関数において、配列を引数として渡す場合、その配列の先頭アドレスが渡されます。このため、ポインタを使って配列要素にアクセスすることができます。

以下は、ポインタを使った配列の渡し方の例です。

#include <stdio.h>

void printArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
}

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    // 関数呼び出し時にポインタを渡す
    printArray(arr, size);

    return 0;
}

1 2 3 4 5

上記のコードでは、printArray()関数内で受け取ったポインタ *arr を使用して、配列要素にアクセスしています。また、main()関数内で定義した arr 配列を printArray()関数に引数として渡しています。

このような方法であれば、大量のデータや複雑な処理でも、関数化して処理を分けることで、効率的かつ簡単にプログラムを実装することが可能です。

ポインタを使った多次元配列の宣言方法と要素へのアクセス方法

多次元配列は、2次元以上の配列を指します。例えば、行列や画像処理などでよく使われます。

二次元配列の宣言方法

まずは、2次元配列の宣言方法から説明します。以下のように、int型の要素を持つ3×3の2次元配列を宣言する場合を考えてみましょう。

int array[3][3];

このように書くことで、9個分のメモリが確保されます。また、各要素へは以下のようにアクセスすることが出来ます。

array[0][0] = 1;
array[0][1] = 2;
array[0][2] = 3;

array[1][0] = 4;
array[1][1] = 5;
array[1][2] = 6;

array[2][0] = 7;
array[2][1] = 8;
array[2][2] = 9;

ポインタを使った二次元配列の宣言方法

ポインタを使っても、二次元配列の宣言やアクセスが可能です。以下では上記と同じ内容をポインタで表現した場合です。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main() {
   int **p_array; // ポインタ変数
    
    int dim1_size = 3;
    int dim2_size = 3;
    // 配列全体用にメモリ確保
    p_array=(int**)malloc(sizeof(int*) * dim1_size);

    // 各行用にメモリ確保
    for(int i=0; i < 3; i++){
        p_array[i]=(int *)malloc(sizeof(int) * dim2_size);
    }
    
    // 値代入（初期化）
    p_array [0][0]=10 ;
    p_array [0][1]=20 ;
    p_array [0][2]=30 ;
    
    p_array [1][0]=40 ;
    p_array [1][1]=50 ;
    p_array [1][2]=60 ;
    
    p_array [2][0]=70 ;
    p_array [2][1]=80 ;
    p_array [2][2]=90 ; 
    
    for(int i = 0; i < dim1_size; i++){
        for(int j = 0; j < dim1_size; j++){
            printf("p_array[%d][%d] = %d\n", i, j, p_array[i][j]);
        }
        
    }

    return 0;
}

p_array[0][0] = 10
p_array[0][1] = 20
p_array[0][2] = 30
p_array[1][0] = 40
p_array[1][1] = 50
p_array[1][2] = 60
p_array[2][0] = 70
p_array[2][1] = 80
p_array[2][2] = 90

三次元以上でも同様にポインタを使って宣言・代入・取得が扱えますが、ポインタ変数の扱いやメモリ確保部分が複雑化していきます。

使いこなせれば非常に便利ですが、バグの温床にもなりやすいため、次元数が大きくなりすぎる場合は構造体を定義するなどをして、対策するようにしましょう。