7 ポインタ (P.61) ポインタを使うと, メモリ上のデータを直接操作することができる. 例えばデータの変更 やコピーなどが簡単にできる. また処理が高速になる. 7.1 ポインタの概念 変数を次のように宣言すると, int num; メモリにその領域が確保される. 仮にその開始のアドレスを 10001 番地とすると, そこから int 型のサイズ, つまり 4 バイト分の領域が確保される.1 つのアドレスには通常 1 バイト が格納されるので,10001~10004 番地が確保されることになる. &num = アドレス 10001 番地 10002 この部分に変数 num の領域が確保される. 10003 大きさは int 型,4 バイトである. 10004 10005 図 1 メモリに確保される変数の領域 変数を宣言するだけでは確保された領域の値は不定である. 次のように変数へ値を代入す ると, num = 5; 確保された 4 バイトの領域に整数,5 がセットされる. 以後, 変数名で値にアクセスできる. 別の視点として, データの先頭のアドレス (10001 番地 ) とデータ型の 2 つの情報があれ ば, 変数,mun の値にアクセスできる. ポインタはこの考え方による. 7.2 ポインタ変数の宣言 データが記憶されている領域の先頭のアドレスの情報はポインタ変数で管理される. ポ インタ変数は次のように宣言してから使用する. データ型 * 変数名 ; アスタリスク例 : int * ptr; /* int 型ポインタ変数 ptr を宣言する. * は間接演算子である.*/
変数,ptr には int 型変数のアドレスが格納される. 変数,num のアドレスをポインタ変数, ptr へ代入するときは, ptr = # /*num のアドレスを ptr へ代入する.&num は num のアドレスを意味する */ とする. ポインタ変数,ptr を使うと, 変数,num の内容を操作できる. 例えば num の値を 5 から 7 へ変えるときは, *ptr = 7; /* 7 を ptr の指し示すアドレス上にある領域にセットする */ 次にポインタの使用例を示す. このプログラムは変数,num のアドレスをポインタ変数, ptr で受け取り,num と ptr を使って変数の値を画面に表示する. プログラム 7-1( 演習問題 (1) のヒント ) int num = 5; /*5 を int 型変数 num にセットする */ int *ptr; /*int 型ポインタ変数 ptr を宣言する */ ptr = # /*num のアドレスを ptr へセットする */ printf("num = %d, &num = %x n", num, &num);/* num の値と num のアドレスを表示する */ /*%x は 16 進数での表示を意味する.( 教科書 P. 20, 表 3-1)*/ printf("*ptr = %d, ptr = %x n", *ptr, ptr);/* ptr のアドレス上の値とそのアドレスを表示する */ /* *ptr は ptr の指し示す先の値を意味する */ コンパイル リンクの手順は次のとおり. >gcc -o p7_1 p7_1.c[enter] >./p7_1[enter] 注意 : ポインタ変数を初期化しないと, その値は不定である. もし初期化なしでポインタ 変数を使用すると, システム領域のデータを書き換える恐れがある. ポインタ変数 は必ず初期化後に使用しなければならない. 7.3 関数の引数としてのポインタ ポインタが関数の引数として使える. プログラム 7-3 は変数,num のアドレスを副関数の 引数であるポインタ変数,ptr で受け取り, 副関数内で num の値を変更している.( 自動 ) 変
数は宣言した位置によってその使用できる通用範囲 ( スコープ ) が定まり, それを越えると, 変数の値を操作できない. しかし, このプログラムではポインタを使って通用範囲外の変数 にアクセスできることを示している. プログラム 7-3 void change_number(int *ptr); /* int *ptr は int * でもよい */ int num = 5; /*5 を int 型変数 num へ代入する */ printf("num = %d (BEFORE) n", num); /* num の値を画面に表示する */ change_number(&num); /* num のアドレスを引数として, 関数 cange_number へ渡す */ printf("num = %d (AFTER) n", num); void change_number(int *ptr) /* num のアドレスが ptr へセットされる */ *ptr = 7; /* 7 を ptr の指し示す先の値とする */ printf("*ptr = %d (IN) n", *ptr);/* ptr の指し示すアドレス上にある値を画面に表示する */ return; /* 戻り値は無し */ 7.4 ポインタと配列 7.4.1 ポインタと 1 次元配列 1 次元配列変数を次のように宣言する. int num[ 3 ] = 5, 8, 2 ; 仮にメモリの開始のアドレスを 10001 番地とすると, そこから 4 バイト 3 個分の領域が確保され, 値が保存される. そのイメージは次のとおり. アドレス 配列 数値 ポインタが指す先の値 &num[ 0 ] = 10001 番地 num[ 0 ] 5 * ( ptr + 0 ) 10005 num[ 1 ] 8 * ( ptr + 1 ) 10009 num[ 2 ] 2 * ( ptr + 2 ) 1000d 未割当 不定 図 2 メモリに確保される変数の値とアドレス
連続した番地に 1 次元配列のデータが順番に格納される. ポインタ変数は次のように宣言してから使用する. int * ptr; /* int 型ポインタ変数 ptr を宣言する.*/ 変数,ptr には int 型変数のアドレスが格納される. 配列変数,num のアドレスをポインタ変数,ptr へ代入するときは, ptr = num; /* ptr = &num[ 0 ] でも可 */ i 番目の配列要素,num [ i ] の値にアクセスするときは * ( ptr + i ) の表現を使う. 次にポインタと 1 次元配列の変数の関係についての例を示す. このプログラムは配列変数,num のアドレスをポインタ変数,ptr で受け取り,num と ptr を使って変数の値とそのアドレスを画面に表示する. プログラム 7-6 int num[3] = 1, 8, 2; /* 初期値を int 型配列変数 num にセットする */ int *ptr; /*int 型ポインタ変数 ptr を宣言する */ ptr = num; /* num のアドレスを ptr にセットする */ printf("num[0] = %d, num[1] = %d, num[2] = %d, n", num[0], num[1], num[2]); /*num の値を表示 */ printf("*num = %d, *(num+1) = %d, *(num+2) = %d, n", *num, *(num+1), *(num+2));/* 上に同じ */ printf("*ptr = %d, *(ptr+1) = %d, *(ptr+2) = %d n", *ptr, *(ptr+1), *(ptr+2)); /*ptr による num の表示 */ printf("num = %x, num+1 = %x, num+2 = %x n", num, num+1, num+2); /*num のアドレスを表示 */ printf("ptr = %x, ptr+1 = %x, ptr+2 = %x n", ptr, ptr+1, ptr+2); /*ptr のアドレスを表示 */ 7.4.2 関数の引数として配列を与える場合 ( 省略 ) 配列変数のポインタが関数の引数として使える. プログラム 7-7 は,10 個の高さのデータをキーボードから入力する ( そのデータは配列変数,height に格納される ). 次に height のアドレスを引数をとして, 高さの平均を求める関数,average を呼ぶ. 関数内で平均を求め, その値を画面に表示する. プログラム 7-7 float average(float *h); /* float *h は float * でもよい */
float ave, height[10]; /*float 型変数を 2 つ宣言する */ int i; /*int 型変数を宣言する */ for(i=0; i<10; ++i) /*10 回ループをまわす */ printf("input height.(cm) n"); /* 画面に入力を促すための表示をする */ scanf("%f", &height[i]); /* キーボードから数値を入力する */ ave = average(height); /* 引数として配列 height を関数 average へ渡す */ printf("average is %6.1f n", ave); /* 平均値を表示する */ float average(float *h) /* 平均値を計算する関数.height[0] のアドレスが h へセットされる */ int i; /*int 型変数を宣言する */ float av, total = 0.0; /*float 型の変数を2つ宣言する */ for(i=0; i<10; ++i) /*10 回ループを回す */ total += *(h+i); /* 総計を求める.*/ av = total/10.0; /* 平均値を求める */ return(av); /* 平均値を ave へセットする */ 7.4.3 ポインタと 2 次元配列 ( ポインタと 2 次元配列の対応 ) 2 次元配列変数を次のように宣言する. int num[2][3] = 1, 2, 3, 4, 5, 6 仮にメモリの開始のアドレスを 10001 番地とすると, そこから 4 バイト 6 個分の領域が確 保され, 値が保存される. そのイメージは次のとおり. 配列 数値 ポインタが指す先の値 &a[ 0 ] = 10001 番地 num [ 0 ][ 0 ] 1 * ( num + 3 0 + 0 ) 10005 num [ 0 ][ 1 ] 2 * ( num + 3 0 + 1 ) 10009 num [ 0 ][ 2 ] 3 * ( num + 3 0 + 2 ) 1000d num [ 1 ][ 0 ] 4 * ( num + 3 1 + 0 ) 10011 num [ 1 ][ 1 ] 5 * ( num + 3 1 + 1 ) 10015 num [ 1 ][ 2 ] 6 * ( num + 3 1 + 2 ) 10019 未割当 不定 図 3 メモリに確保される変数の値とアドレス
連続した番地に 2 次元配列のデータが順番に格納される. M 行 N 列の配列において,i 行 j 列の配列要素を指すポインタは次式で表現される. 配列名 + N i + j 例えば配列変数,num[2][3] についてのそれは次のとおりである. num + 3 i + j 次にポインタと 2 次元配列の変数の関係についての例を示す. プログラム 7-8 は, 最初に配列変数,result に 3 教科の成績をセットする. 配列変数,result と average のアドレスを引数として, 副関数,gt_ave を呼ぶ. そこでは各教科の平均点の計算を行う. 最後に 3 教科の平均点を表示する.( 教科書の式とプログラム 7-8 の i と j の行と列の対応は反対なので注意する.) プログラム 7-8 void get_ave(float *score, float *ave); /* 副関数のプロトタイプ宣言 */ /*float 型 2 次元配列を宣言し,5 名分の英語, 数学, 国語の点数をセットする */ float result[5][3] = 50, 65, 45,77, 80, 90,30, 40, 50,75, 92, 80,65, 69, 90; float average[3]; /* float 型 1 次元配列を宣言する.3 教科の平均値を扱う */ get_ave(result, average); /* 配列名を引数で与えて, 関数を呼ぶ */ /*3 教科の平均値を表示する */ printf("average is %4.1f(Eng.), %4.1f(Math), %4.1f(Jap) n", average[0], average[1], average[2]); void get_ave(float *score, float *ave) /*3 教科の平均値を求める関数 */ int i, j; /*int 型変数を2つ宣言する */ float total[3]; /*float 型配列変数を宣言する. データの累積が格納される.*/ for(i=0; i<3; ++i) /*3 教科についての計算.iは列を意味する.*/ total[i] = 0.0; /* 総計の値をリセットする */ for(j=0; j<5; ++j) /* 5 名についての計算.jは行を意味する.*/ total[i] += *(score + 3*j + i); /* 教科書の式と比べるとiとjの対応が反対である */ for(i=0; i<3; ++i) *(ave + i) = total[i]/5.0; /* 平均を求めている */