C言語で配列を関数の引数として渡す方法｜一次元・多次元配列の基礎と応用ガイド│C言語ナビゲーター～システム開発のための最強リソース～

1. はじめに

C言語における配列を引数として扱う理由

C言語でプログラムを作成していると、配列を他の関数で利用したい場面が多々あります。例えば、データセットの一括処理や大量のデータの検索・並べ替えといった操作は、配列を他の関数で処理することでコードの再利用性が向上します。

配列を引数として渡すことにより、コードがモジュール化され、特定の機能を関数ごとに分離できます。これにより、各関数が独立してテストやデバッグが行いやすくなるだけでなく、複数の開発者が並行して作業を行う場合も効率的です。

この記事では、C言語における配列を引数として渡す方法や、その際の注意点について初心者向けに分かりやすく解説します。一次元配列から多次元配列まで、具体的なコード例を交えつつ、実践的な知識を提供します。

ターゲット読者

この記事は、C言語を始めたばかりの初心者から、基礎的な使い方をマスターした中級者までを対象にしています。この記事を通じて、配列と関数の基礎的な知識だけでなく、配列のメモリ管理やポインタについても学べるため、より効率的にプログラムを構築できるようになります。

2. 配列とポインタの基礎知識

配列名とポインタの関係

C言語において、配列は単に連続したメモリ領域を表す構造ですが、配列名自体は配列の先頭アドレスを指し示す特別な役割を持っています。たとえば、int array[5];という配列を宣言した場合、arrayは配列の先頭アドレス（&array[0]）を示します。これにより、関数に配列を渡す際には配列名をそのまま使用するだけで、配列全体の先頭アドレスが関数に渡されます。

この関係を理解することは重要です。なぜなら、配列名とポインタがC言語では密接に結びついており、特にポインタ演算を理解するうえで必要不可欠だからです。

配列名とポインタの違い

配列とポインタには共通点がある一方で、いくつかの重要な違いも存在します。たとえば、配列はそのサイズが固定であるのに対し、ポインタはサイズが可変であり、他のメモリ領域を指すことも可能です。さらに、配列はメモリ上に連続して配置されますが、ポインタは必ずしも連続しているメモリを指すわけではありません。

以下のコード例を参考にすると、配列とポインタの関係性がより明確になります。

#include <stdio.h>

void printArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(array, 5);  // 配列の先頭アドレスを渡す
    return 0;
}

このコードでは、printArray関数が配列の先頭アドレスを受け取り、配列の各要素を順に出力しています。

3. 一次元配列を関数の引数として渡す方法

配列の先頭アドレスを渡す基本手順

C言語では、配列の先頭アドレスを関数に渡すことで、関数内で配列の要素を操作できます。これは、配列全体をコピーして渡すのではなく、メモリの先頭アドレスのみを渡すため、効率的でメモリ消費が少ない方法です。

#include <stdio.h>

void modifyArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] *= 2;  // 配列の要素を2倍にする
    }
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    modifyArray(array, 5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    return 0;
}

このコードでは、modifyArray関数が配列の要素を2倍に変更します。arrayの先頭アドレスがmodifyArrayに渡されるため、arrayの各要素は関数内で操作可能です。

配列の要素数を伝える方法

関数に配列を渡す際、配列のサイズも一緒に渡す必要があります。C言語では配列の長さを取得する方法がないため、プログラマが手動でサイズを指定する必要があります。上記の例では、modifyArray関数に引数としてsizeを渡し、配列の長さを関数内で利用しています。

4. 多次元配列を関数の引数として渡す方法

二次元配列を渡す際の注意点

多次元配列を関数に渡す際、C言語では行数を省略できても列数は省略できません。これにより、関数の引数として二次元配列を渡すときには列数を指定する必要があります。

#include <stdio.h>

void print2DArray(int arr[][3], int rows) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main() {
    int array[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    print2DArray(array, 2);
    return 0;
}

ここでは、二次元配列の列数3が関数の引数内で指定されています。この指定により、関数は正しく配列の各要素にアクセスできます。

可変長配列の活用（C99以降）

C99以降では、可変長配列（VLA）が導入され、関数の引数で柔軟に配列サイズを指定できます。

#include <stdio.h>

void printFlexibleArray(int rows, int cols, int arr[rows][cols]) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main() {
    int array[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    printFlexibleArray(2, 3, array);
    return 0;
}

可変長配列を利用することで、列数や行数を柔軟に変更でき、関数内で多次元配列を扱いやすくなります。

5. 配列を引数として渡す際の注意点

配列のサイズ管理の重要性

関数に配列を渡す際、配列のサイズを誤るとメモリの無駄遣いやバッファオーバーフローの原因となります。配列のサイズ管理は慎重に行う必要があり、配列のサイズを超えないようにループ条件を設定することが重要です。

動的配列とメモリ管理

動的メモリ割り当てを行う場合、mallocやfreeを用いてヒープ領域にメモリを確保します。関数で動的配列を扱う際、メモリリークを防ぐために解放を忘れないよう注意が必要です。

関数内での配列の変更と副作用

配列を引数として渡すと、関数内での配列の変更が関数外にも影響します。必要であれば、配列のコピーを作成して操作するか、変更が外部に及ばないように設計しましょう。

6. よくある質問 (FAQ)

配列のサイズはどうやって取得するのか？

C言語では、関数内で配列のサイズを直接取得する方法はありません。したがって、配列のサイズを管理するために、配列のサイズ情報を関数に引数として渡す必要があります。たとえば、void myFunction(int *arr, int size)のように、配列と一緒にサイズも渡す形が一般的です。

配列のサイズは、メイン関数などの定義元で sizeof(array) / sizeof(array[0]) を使って計算することも可能です。以下の例では、配列のサイズを求める方法を示しています。

#include <stdio.h>

void printArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
}

int main() {
    int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(array) / sizeof(array[0]);  // 配列のサイズを計算
    printArray(array, size);
    return 0;
}

このコードでは、sizeof(array) / sizeof(array[0]) で配列の要素数を求め、そのサイズを引数として関数に渡しています。

動的配列の扱い方に関する疑問

動的配列は、メモリを効率的に使用したい場合や配列サイズが決まっていない場合に便利です。動的配列を使用するには、mallocやcalloc関数でヒープ領域にメモリを割り当て、作業が終わったらfree関数で解放することが必須です。

動的配列の例を以下に示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void fillArray(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] = i * 2;  // 配列の各要素に値を代入
    }
}

int main() {
    int size = 5;
    int *array = (int *)malloc(size * sizeof(int));  // メモリの動的割り当て
    if (array == NULL) {
        printf("メモリの割り当てに失敗しました。
");
        return 1;
    }
    fillArray(array, size);
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    free(array);  // メモリの解放
    return 0;
}

ここでmallocを使用して動的に配列のメモリを割り当て、関数内で配列の内容を操作しています。freeで解放を忘れないようにすることが重要です。

配列とポインタはどちらを使うべき？

配列とポインタは密接に関連していますが、使用目的によって使い分けるべきです。配列はデータが固定長であり、予めサイズが決まっている場合に適しています。一方、ポインタは動的にメモリを操作する場面や、可変長データを扱う際に役立ちます。

特に大規模なデータ構造や可変長のデータを扱う場合、ポインタを使用してメモリを動的に管理すると効率的です。また、配列よりもポインタの方が柔軟にメモリ操作ができるため、C言語の特性を活かしたプログラムを作成する際にはポインタの理解が欠かせません。

7. まとめ

配列を引数として渡す際のポイントの総括

本記事では、C言語における配列を関数の引数として渡す方法について、一次元配列から多次元配列までの基本的な知識や実践的なコード例を解説しました。配列を引数に渡すことでコードがモジュール化され、再利用性が向上しますが、特に多次元配列や動的配列の場合、ポインタやメモリ管理についての理解が求められます。

配列のサイズを正しく管理すること、動的メモリを扱う場合には必ずメモリ解放を行うことなど、C言語の配列と引数の扱いにはいくつかの注意点が伴います。これらを意識することで、C言語のプログラムの品質やパフォーマンスを向上させることができます。

C言語で配列を関数の引数として渡す方法｜一次元・多次元配列の基礎と応用ガイド