【C言語超入門】 第19回 配列とポインタ

https://youtu.be/YgaZTze2F88

$四国めたん:\textcolor{pink}{四国めたん: }$教師役ですわ

$ずんだもん:\textcolor{lime}{ずんだもん: }$生徒役なのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 皆さん、こんにちは。四国めたんです

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ ずんだもんなのだ。こんにちはなのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 今回もC言語のお勉強をしていきましょう

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ レッツゴーなのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 前回は ポインタ についてお話ししましたわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ すこし分かりづらかったのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ まぁ、少しずつ理解していくしかありませんわね

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 今回は 配列 と ポインタ の関係についてお話ししますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ よろしくなのだ

配列のアドレスは？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 配列 については以前にお話ししましたわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ おぼえているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 今回は 配列 のアドレスについてお話ししますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 配列 の各要素についても、通常の変数のようにアドレスを取得できるのか？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、通常の変数と同様、 配列 の各要素に アドレス演算子 &を使うことで得ることができますわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 具体的に見ていきましょう

#include <stdio.h>

void main() {
  char c[] = {'a', 'b', 'c'};

  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("c[%d]のアドレスは0x%pです。\n", i, &c[i]);
  }
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 各要素のアドレスが表示されたのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ char型 の 配列 の場合は、各要素が1バイトなので、アドレスは1ずつ変化していますわね

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 他の型の 配列 の場合はどうなのだ？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ では int型 の 配列 を見てみましょう

#include <stdio.h>

void main() {
  int a[] = {1, 2, 3};

  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("a[%d]のアドレスは0x%pです。\n", i, &a[i]);
  }
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ アドレスが4ずつ変化しているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、 int型 の 配列 の場合は、各要素が4バイトなので、アドレスは4ずつ変化していますわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ところで、 配列 の要素のアドレスではなく、配列の名前のみを指定するとどうなるでしょうか？

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ わからないのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ とりあえず確認してみましょう

#include <stdio.h>

void main() {
  char c[] = {'a', 'b', 'c'};
  int a[] = {1, 2, 3};

  printf("c[0]のアドレスは0x%p、cのアドレスは0x%pです。\n", &c[0], c);
  printf("a[0]のアドレスは0x%p、aのアドレスは0x%pです。\n", &a[0], a);
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 配列 の名前のみの場合と 配列 の先頭の要素のアドレスが一致しているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、 配列 の名前のみを指定する場合、 アドレス演算子 &を指定しなくても、アドレスを取得できるのですわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ そして 配列 の先頭の要素のアドレスと同じになりますわね

配列とポインタは似ていますよね

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ところで 配列 の名前がアドレスを示すのって何かに似ていませんか？

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ ポインタ？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ そう、ポインタですわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ポインタ自体は何も演算子を付けなければアドレスを指しますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ ということは、ポインタを使って 配列 の要素にアクセスできるのか？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 鋭いですわね

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ということで、ポインタに 配列 のアドレスを代入して各要素にアクセスしてみましょう

#include <stdio.h>

void main() {
  char c[] = {'a', 'b', 'c'};
  char* pc = c;

  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("c[%d]の値は%cです。\n", i, pc[i]);
  }
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 問題なく実行できたのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、ポインタを 配列 のように角括弧[]による要素指定でアクセスすることができましたわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ でも、本来のポインタで値にアクセスするための 間接演算子 *は使えないのか？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 使えますわね

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 例えば*(p + i)のように、ポインタpにインデックスiを足したアドレスに、 間接演算子 *を使いますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 具体的におねがいしたいのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ とりあえず書き換えてみましょう

#include <stdio.h>

void main() {
  int a[] = {1, 2, 3};
  int* pa = a;

  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("a[%d]のアドレスは0x%pで値は%dです。\n", i, (pa + i), *(pa + i));
  }
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ たしかにポインタにインデックスを足すと、各要素のアドレスになっているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ int型 のポインタですので、 配列 と同様にインデックスが1変わるとアドレスが4バイト分変化しますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ そして 間接演算子 *を使って、 配列 の要素の値を取得できているのだ

配列とポインタは別ものです

配列とポインタは同じような使い方ができますが、全く別のものです

意外に混同しがちなのですが、しっかりと区別をつけて下さい

配列は宣言時に値を保持するためのメモリ領域を確保します

一方、ポインタは宣言時にアドレスを保持する領域は確保しますが、値を保持するメモリ領域は確保しません

ポインタは、値を保持するメモリ領域が既に確保されている変数や配列などのアドレスを代入して使用します

ちなみに配列の場合には、配列名に別の変数や配列などのアドレスを代入することはできません

int a[] = {1, 2, 3};
int b[] = {10, 20, 30};
int *pc = b;  // これは可能
a = b;        // これはできない

ところで各要素へのアクセスは、角括弧[]と 間接演算子 *のどちらを使えばいいのでしょうか？

特にきまりはないので、好きな方を使えばいいと思います

ただ、配列名を使用する場合は角括弧[]、ポインタを使用する場合はインデックスの加減算に 間接演算子 *を使う場合が多いと思います

関数に配列やポインタを使おう

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ここで一歩進んで、配列とポインタを関数で使ってみましょう

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 関数の引数に配列やポインタを使うのか？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ それもありますが、戻り値を配列やポインタにするとどうなるかも確認してみましょう

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 普通に使えるのではないのか？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ そうでもないのですわ

関数の引数に配列を使おう

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ところで、前回、関数の引数や戻り値にポインタを使った例を確認しましたわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ おぼえているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 今回は、まず関数の引数に配列を使う場合の例を見てみましょう

#include <stdio.h>

int add(int a[]) {
  int c = a[0] + a[1];
  return c;
}

void main() {
  int a[] = {1, 2, 3};
  int c = add(a);

  printf("配列を使った足し算の結果は%dです。\n", c);
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 「配列を使った足し算の結果は3です。」と表示されたのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、add関数では、渡された配列の0番目と1番目の要素を足した値を返していますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 関数の引数についての説明をおねがいするのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ わかりましたわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 関数の引数に配列を使う場合は、引数名に角括弧[]を付けますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 要素数の指定は、しなくてもいいのか？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、要素数の指定は行わなくてもかまいませんわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 関数の呼び出し側の引数の指定はどうするのだ？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 関数の呼び出し側では、引数として配列名のみを指定するようにしますわ

関数のポインタ型の引数に配列を渡しましょう

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 次に関数の引数にポインタ型を指定した場合に、配列を渡す例を見てみましょう

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 関数のポインタ型の引数にポインタを渡せるなら配列も渡せるはずなのだ

#include <stdio.h>

int add(int* pa) {
  int c = *pa + *(pa + 1);
  return c;
}

void main() {
  int a[] = {1, 2, 3};
  int c = add(a);

  printf("ポインタを使った足し算の結果は%dです。\n", c);
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 「ポインタを使った足し算の結果は3です。」と表示されたのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、add関数では、渡されたポインタの0番目と1番目の要素を足した値を返していますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 関数の引数についての説明をおねがいするのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ わかりましたわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 今回の関数では、引数の型にポインタ型を使っていますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 前回の例では、この引数に変数のアドレスを渡していたのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ そして関数の呼び出し側で配列を渡す場合には、引数として配列名のみを指定するようにしますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 配列の引数の関数の場合と同じなのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ その通りですわ

配列の引数で値を返す

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ところで以前に関数の引数はコピーなので、引数を通して値を直接返すことはできないとお話ししましたわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ おぼえているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ さらに前回、ポインタを関数の引数に使うと、元の変数の値を変更できることもお話ししましたわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ それもおぼえているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 関数の引数に配列を使った場合も元の配列の各要素にアクセスすることができますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 関数の引数にポインタを使った場合と同じなのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ とりあえずプログラムを見てみましょう

#include <stdio.h>

void add(int a[]) {
  a[0] = a[1] + a[2];
  return;
}

void main() {
  int a[] = {1, 2, 3};
  add(a);

  printf("配列を使った足し算の結果は%dです。\n", a[0]);
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 「配列を使った足し算の結果は5です。」と表示されたのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、元の配列のa[0]は1で初期化されていましたが、add関数内で、変更されましたわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ add関数内で、足し算の答えが代入された結果、関数コール後は5になったのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、関数の引数に配列を指定すると、配列がコピーされるのではなく、元の配列そのものが渡されることになりますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ ところで関数内で、配列の内容を変えてほしくない場合には、どうするのだ？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ その場合にはconstキーワードを使いますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 具体的には？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 例えば関数の引数をvoid add(const int* pa)やvoid add(const int a[])のようにしますわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ただし、その場合はa[0] = a[1] + a[2];の部分はエラーとなりますわね

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ りょうかいなのだ

関数の戻り値に配列を使えますか？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 次に関数の戻り値に配列を使用できるか、確認してみましょう

#include <stdio.h>

int[] get_array() {
  int a[] = {1, 2, 3};
  return a;
}

void main() {
  int* a = get_array();
  printf("a[0]は%dです。\n", a[0]);
  printf("a[1]は%dです。\n", a[1]);
  printf("a[2]は%dです。\n", a[2]);
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 「E0040 識別子が必要です」と「E0065 ; が必要です」というエラーが出ているのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、実はC言語では配列そのものを関数の戻り値に指定することはできませんわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ ですので、通常はポインタとして返しますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ うん？関数内で宣言した変数をポインタで戻すのは御法度だったのでは？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ その通りですわ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ とりあえず確認してみましょう

#include <stdio.h>

int* get_array() {
  int a[] = {1, 2, 3};
  return a;
}

void main() {
  int* a = get_array();
  printf("a[0]は%dです。\n", a[0]);
  printf("a[1]は%dです。\n", a[1]);
  printf("a[2]は%dです。\n", a[2]);
}

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 実行はできたけど、結果がおかしいのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 「ローカル変数またはテンポラリのアドレスを返します」と云うワーニングが出ますわね

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 基本的には、関数からポインタ型で戻す配列は、特別な方法で確保することが必要ですわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 特別な方法？

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ はい、それについては後ほど説明しますわ

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ 今はがまんするのだ

まとめ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ お疲れさまでした

$ずんだもん:\footnotesize \textcolor{lime}{ずんだもん:}$ おつかれさまなのだ

$四国めたん:\footnotesize \textcolor{pink}{四国めたん:}$ 配列とポインタ についての説明は以上ですわ