Another introduction to programming language C 08: ポインタと配列2

ポインタと配列について，別の角度から解説する．

メモリの割り当ては，静的，自動的があることを述べた．calloc関数は第三の方式であって，これを狭い意味での動的と呼ぶ（自動的は広い意味の動的に含まれる）．動的な変数のうち，自動的な変数のために確保されたメモリは自動的に破棄される．一方，狭い意味での動的に確保されたメモリは自動的には破棄されない．例えば，

int *func(void) {
  int *a;
  a = calloc(100, sizeof(int));
  return a;
}

として関数funcから取り出したintポインタは，関数funcの外でも「生きて」いる．callocされたメモリを捨てるには，プログラマが明示的にfree関数を呼ばなければならない．ところが，まだ必要なのに捨ててしまうという事故が絶えない．そこで，小さなプログラムでは，callocしたメモリはいつも捨てずに置いておくことを勧める．（C++を除く近代的なプログラミング言語では，メモリは自動管理されているからこのような事故は起こらない．）

callocしたメモリは次のように配列としてアクセスできる．

int *a = calloc(100, sizeof(int));
a[2] = 20; /* aの第3要素（第2要素ではない）に20を代入する */

同じことが，静的変数，自動変数でも出来る．

int b[100]; /* 初期化は省略 */
b[2] = 20;

C言語ではいつでもx[y]と *(x + y) は同じ意味である．ポインタaに対してa[i]は *(a + i) であり，これは配列のi番目の要素を指す．ということは，静的変数，自動変数バージョンのb[i]も *(b + i) と同じという意味である．つまり

int b[100];
int *pointer_version_of_b = b;

とするとpointer_version_of_bはbと同じように使える．pointer_version_of_b[2] = 20 は b[2] = 20 と同じ意味である．なお，pointer_version_of_bの定義は

int *pointer_version_of_b = &b[0];

とする場合もある．こちらのほうがどちらかと言えば通な雰囲気がする（理由は後述）．

配列版とポインタ版の唯一の違いは，その変数へ代入が出来るかどうかである．

int *a = calloc(100, sizeof(int));
int b[100];
a += 1; /* OK */
b += 1; /* エラー */

配列に関する注意を列挙する．
  • 添え字の範囲チェックは行われない．
  • 配列の大きさは変えられない．
  • 配列の大きさは配列とは別途管理しなければならない．
  • 配列に対して一括操作（例えば全体の2倍するなど）の仕組みはない．
  • 多次元配列，連想配列は陽にサポートされない．
Cプログラマは，それでも配列とポインタを使わざるを得ない．

配列，ポインタを使ったプログラムの例を挙げる．次のコードは100個の配列の中身を順に偶数で埋めていく．（Pythonで言うところの a = [2 * x for x in range(0, 50)] である．）

int a[100];
int i;
for (i = 0; i < 100; i += 1) {
  a[i] = i * 2;
}

興味深いことにa[100]へのアクセスは無意味であるが（a[0]からa[99]までだけが意味を持つ），&a[100]すなわち a + 100 は意味のある数値であることが保証されている．この性質をC++プログラマは最大限に使う．もしCプログラムの中に次のようなコードを見つけたら，優れたC++プログラマの仕業と見てよかろう．

int a[100];
int *b = &a[0], *e = &a[100];
while (b != e) {
  *b = ...;
  ++b;
}
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