４．ポインタ

４．ポインタ

　Ｃ言語を学ぶ時、実に多くのひとが「ポインタ」のところでつまづきます。確かに分かりづらい点もありますが、ポインタを使いこなせるとＣプログラミングの幅がぐっと広がることも確かです。

４．１　ポインタとアドレス

４．１．１　ポインタとは

　まず、「ポインタはアドレスを記憶するための変数である」ということを頭に入れておいてください。引き出しの例えでいえば、「引き出し番号を記憶しておくための変数」、ということになります。

　ポインタ変数を宣言する時には、それが「どのデータ型の変数のアドレスを記憶するためのものか」ということを指定する必要があります。それにはデータ型の後にアスタリスク（*）をつけて、次のように宣言します。

int *iptr; /* int型（の変数のアドレスを記憶するため）のポインタ */

char *cptr; /* char型（の変数のアドレスを記憶するため）のポインタ */

double *dptr; /* double型（の変数のアドレスを記憶するため）のポインタ */

　このように宣言すると、iptr, cptr, dptrはそれぞれint型、char型、double型の変数のアドレスを記憶するためのポインタになります。

４．１．２　ポインタへの代入、ポインタの参照

　「ポインタはアドレスを記憶するための変数」ですので、値の代入式は、例えば次のようになります。

＜例４−１＞

#include <stdio.h>

int main(void) {

int n=123;

int *iptr; /* int型のポインタiptrを宣言 */

iptr = &n; /* 変数nのアドレスを代入 */

printf("value of n : %d\n", n); /* nの値を表示 */

printf("address of n : %p\n", &n); /* nのアドレスを表示 */

printf("value of iptr : %#x\n", iptr); /* iptrの値を16進数表示 */

printf("value of *iptr: %d\n", *iptr); /* iptrが指している変数の値を表示 */

return 0;

}

（実行結果の例）

value of n : 123

address of n : 0xbffffaa0

value of iptr : 0xbffffaa0

value of *iptr: 123

［解説］ポインタ変数のサイズ

　この例では、int型変数nのアドレス（&n）を、ポインタ変数iptrに代入しています。この例にあるように、ポインタの前に*をつける（*iptr）と、「そのポインタに記憶してるアドレスにある（ポインタが"指している"）変数の値」が参照できます。値を参照するだけでなく、代入することもできます（*iptr=...）。

　引き出しの例えに当てはめれば、変数iptrのために確保された引き出しには、別のある引き出しの番号をいれることができ、*iptrと書くことで、iptrに入っている番号の引き出しの中身にアクセスできる、ということになります。

【課題４−１】（プログラムを提出）

　以下のプログラムは、初期化された変数xの値をそのまま表示するものである。このxの値を、xに直接代入することなしに２倍の値に変更する。

（x=...という文は使わずに、xを指すポインタを使ってxに値を代入する。）

#include <stdio.h>

int main(void) {

double x = 123.45;

printf("x = %6.2f\n", x);

return 0;

}

［解説］ポインタの宣言と初期化

《プログラム例》

４．２　配列とポインタ

　実際には、ポインタは配列を指すのに用いるケースがほとんどです。ポインタと配列はある意味で等価であり、配列を使って書いてあるプログラムはポインタを使って書き換えることができ、その逆も真です。

　一般に、配列で書くと直感的にとらえやすいプログラムになるのに対して、ポインタを用いると、やや直感的に理解しづらい反面、プログラムの自由度が増す、という利点があります。「ポインタはあるアドレスを記憶している」ということをいつも念頭において考えれば、Ｃ言語のポインタは、ややこしいようでも実はうまくできているということが次第に分かるでしょう。

＜例４−２＞

#include <stdio.h>

int main(void) {

int data[]={1, 2, 3, 4, 5}; /* int型の配列dataを宣言し初期化 */

int *ip; /* int型のポインタipを宣言 */

ip = data; /* 配列dataの先頭アドレスを代入 */

printf("value of ip = %p\n", ip); /* ipの値を表示 */

printf("value of *ip = %d\n", *ip); /* ipが指している変数の値を表示 */

return 0;

}

（実行例）

value of ip = 0xbffffa80

value of *ip = 1

［解説］文字列とポインタ

　上の例では、int型の配列dataの先頭アドレスをint型のポインタ変数ipに代入しています。＜例４−１＞でもみたように、ipと書けばアドレスの値、*ipと書けばそのアドレスにある変数の値が見られます。この場合*ipは配列dataの先頭の要素の値である1になります。

　さらにこの例で、同じポインタを使って他の配列要素にアクセスするにはどうすればよいでしょうか？答えは簡単で、ポインタに１を足せば次の要素、２を足せばその次の要素を指すようになります。下の例では、ポインタを使って配列の各要素にアクセスするための２つの方法を示しています。

＜例４−３＞

#include <stdio.h>

int main(void) {

int data[]={1, 2, 3}; /* int型の配列dataを宣言し初期化 */

int *ip1, *ip2; /* int型のポインタip1, ip2を宣言 */

ip1 = ip2 = data; /* ip1, ip2ともに配列dataの先頭アドレスを代入 */

/* ip1の値は変えずに配列dataの各要素のアクセス */

printf("accessing elements by ip1\n");

printf("%d\n", *ip1);

printf("%d\n", *(ip1+1));

printf("%d\n", *(ip1+2));

/* ip2の値を変えながら配列dataの各要素のアクセス */

printf("accessing elements by ip2\n");

printf("%d\n", *ip2);

ip2++;

printf("%d\n", *ip2);

ip2++;

printf("%d\n", *ip2);

return 0;

}

［解説］ポインタの演算

　この例で、始めの方法は、ポインタip1自身（が保持しているアドレス）の値は変えることなく各要素にアクセスしています。後の方法は、ポインタip2自体の値を+1ずつ増やす（インクリメントする）ことをしています。

　ポインタ変数に対する演算は、他の変数とは違った意味を持つので注意が必要です。＜例４−３＞の［解説］をみて、確認してください。

【課題４−２】（プログラムを提出）

【課題３−１】の課題（配列要素の順序反転）を、ポインタを用いたプログラムにする。（配列の各要素にポインタを使ってアクセスする。）

《プログラム例》

４．３　二次元配列とポインタ

　二元配列は「配列の配列」です。上述のように一次元配列はポインタで扱えますので、二次元配列は「ポインタの配列」や「ポインタへのポインタ」として扱うことができます。

　例として、char型の配列の配列を考えます。char型の配列は「文字列」ですので、文字列の配列、ということになります。

＜例４−４＞

#include <stdio.h>

int main(void) {

char str[3][5] = {"abcd", "ABCD", "1234"}; /* 文字列の配列strを宣言し、初期化 */

int i;

/* 各文字列を表示 */

for (i = 0; i < 3; i++) {

printf("address of %s : %p\n", str[i], str[i]);

}

return 0;

}

（実行例）

address of abcd : 0xbffffa90

address of ABCD : 0xbffffa95

address of 1234 : 0xbffffa9a

同じことを「ポインタ配列」で書くことができます。

＜例４−５＞

#include <stdio.h>

int main(void) {

char *str[3] = {"abcd", "ABCD", "1234"}; /* char型のポインタの配列strを宣言し、初期化 */

int i, j;

/* 各文字列の先頭アドレスを表示 */

for (i = 0; i < 3; i++) {

printf("address of %s : %p\n", str[i], str[i]);

}

/* 各文字列の中身を表示 */

for (i = 0; i < 3; i++) {

for (j = 0; j < 4; j++) {

printf("%c ", str[i][j]);

}

printf("\n");

}

return 0;

}

（実行例）

address of abcd : 0x2020

address of ABCD : 0x2028

address of 1234 : 0x2030

a b c d

A B C D

1 2 3 4

［解説］二次元配列とポインタ配列の違い

　上の例の後半のように、ポインタ配列として宣言したstrを二次元配列として使って、２つの添字で各文字要素にアクセスすることも可能です。

　二次元配列よりも、ポインタ配列として定義しておいたほうが、一般に柔軟性があります。例えば行単位で要素を入れ替える（並べ替える）ことも簡単にできます。＜例４−５＞のstrであれば、例えばstr[0]とstr[1]の値を入れ替えれば"abcd"と"ABCD"が入れ替わります。同じことを＜例４−４＞でやろうとすると、文字を一つ一つ入れ替えないとならなくなります。