4 配列

同じ型のデータが大量にある場合，配列を使うと便利である．配列名と自然数の添え字によりデータが指定できるので，大量のデータでも容易にアクセスできる．この配列とメモリー及びポインターの関係を述べる．

ここでの話で特に重要なことは，配列の添え字から，データが格納されているアドレスを割り出す方法である．

4.1 一次元配列

C言語では，配列名はデータの先頭を表すポインターのように動作する．以前学習したように，ポインターの値に1加算すると，次のデータを示すようになる．したがって，配列名に1加算すると，次の配列の値を示すポインターになる．これについては，具体例を示した方が分かりやすいだろう．リスト5を使って説明する． -4pt

4行: 整数型のポインターpと要素数3の整数型の配列a，整数型の変数 iの宣言
10行: 配列aの先頭アドレスをポインターpへ代入
12行: ポインターpのアドレスと，そこに格納されているアドレスを表示
15行: 配列のアドレスと値，aをポインターと考えた場合のアドレスと値，ポインターpのアドレスと値の表示

   1 #include <stdio.h>
   2 
   3 int main(void){
   4   int *p, a[3], i;
   5   
   6   a[0]=11;
   7   a[1]=22;
   8   a[2]=33;
   9 
  10   p=a;
  11 
  12   printf("%p %p\n", &p, p);
  13 
  14   for(i=0;i<3; i++){
  15     printf("%p %d %p %d %p %d\n", &(a[i]), a[i], a+i, *(a+i), p+i, *(p+i));
  16   }
  17 
  18   return 0;
  19 }

$\fbox{実行結果}$

0xbffff69c 0xbffff680
0xbffff680 11 0xbffff680 11 0xbffff680 11
0xbffff684 22 0xbffff684 22 0xbffff684 22
0xbffff688 33 0xbffff688 33 0xbffff688 33

このプログラムの実行直後のメモリーの様子を図1に示す．このメモリーの様子と実行結果から，次に示す2つのことが分かるだろう．

まずは，配列名は配列の先頭アドレスを示すポインターのように動作する．したがって，リスト5の10行目のように，左辺値として配列名を指定して，それをポインターに代入することができる．

次に分かることは，配列への要素のアクセスは，ポインターを使って表現できる．すなわち，a[i]は，*(a+i)と同じであることがわかる．事実，コンパイラーはこのようにしてメモりーにアクセスするように機械語に変換するのである．

**図 1:** プログラム実行後のメモリーの様子
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/array_1D.eps}$

配列名は配列の先頭を示すポインターのように動作する．
配列の要素へのアクセスa[i]は，*(a+i)と同じである．

4.2 多次元配列

C言語の多次元配列について正確に述べようとすると，ここでの説明よりも，さらにもっと込み入った話がある．ますます混乱する者が多くなりそうなので，ここではコンパイラーの動作を考慮した細かい説明は避ける．興味のある者は，自分で学習せよ．

これまでの話で，一元のポインターは分かった．2次元以上はどうなっているのだろうか?．同じようにプログラムを作成して調べてみるのが良いだろう．ここでは，配列の添え字からどのようにしてメモりーのアドレスの導出方法に興味がある．そのために，リスト 6の2次元の配列を使ったプログラムを考える²．

このプログラムの実行結果と図2のメモリーの様子から，a[i][j] は配列名の先頭アドレスaに3*i+j加算したアドレスになることが分かる．

さらに，ここでも配列はポインターを用いて，

a[i][j] $\quad\rightarrow\quad$ *(a+i)[j] $\quad\rightarrow\quad$ *(*(a+i)+j)

となっていることが分かる．ここのところは分からなくても良い．

   1 #include <stdio.h>
   2 
   3 int main(void){
   4   int a[2][3], i,j;
   5   int *p;
   6 
   7   p=a;
   8 
   9   printf("pointer p address %p  value %p\n", &p, p);
  10   
  11   a[0][0]=0;   a[0][1]=1;   a[0][2]=2;
  12   a[1][0]=10;  a[1][1]=11;  a[1][2]=12;
  13 
  14   for(i=0; i<2; i++){
  15     for(j=0; j<3; j++){
  16       printf("%p %d %p %d %p %d\n",
  17 	     &(a[i][j]), a[i][j], p+3*i+j, *(p+3*i+j), *(a+i)+j, *(*(a+i)+j));
  18 
  19     }
  20   }
  21 
  22   return 0;
  23 }

$\fbox{実行結果}$

pointer p address 0xbffff674  value 0xbffff680
0xbffff680 0 0xbffff680 0
0xbffff684 1 0xbffff684 1
0xbffff688 2 0xbffff688 2
0xbffff68c 10 0xbffff68c 10
0xbffff690 11 0xbffff690 11
0xbffff694 12 0xbffff694 12

**図 2:** 2次元配列を使ったプログラムの実行後のメモリーの様子
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/array_2D.eps}$

int a[10][20]と配列を定義した場合を考える．このとき，a[i][j] のデータは，配列の先頭アドレスaに20*i+j加算したアドレスに格納される．
int a[10][20][30]と配列を定義した場合を考える．このとき， a[i][j][k]のデータは，配列の先頭アドレスaに (20*30)*i+30*j+k加算したアドレスに格納される．
4次元以上の配列でも同じ．

ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志

Yamamoto Masashi
平成19年2月16日