【6日でできるC言語入門】動的メモリの生成と消去

【6日でできるC言語入門】動的メモリの生成と消去

　C言語でプログラムを書くとき、メモリ管理は非常に重要なテーマです。特に「動的メモリの生成と消去」は、実用的なプログラムを作る上で避けては通れない技術です。
　動的メモリ管理を使うことで、必要なタイミングでメモリを確保したり、使い終わったら解放したりでき、柔軟なデータ構造や大量データの一時的な取り扱いが可能になります。
　ここでは、C言語における動的メモリの基本から、具体的な使用例、メモリリークの危険性、そして実践的なサンプルプログラムまで、図や表を用いて分かりやすく解説します。

１．メモリ領域の基礎知識

1.1. C言語プログラムのメモリ領域

C言語のプログラム実行時、OSは大きく4つのメモリ領域を割り当てます。

メモリ領域イメージ

• プログラム領域 ・・・ 機械語プログラムが格納される。
• 静的領域 ・・・ グローバル変数/static変数が置かれる。
• ヒープ領域 ・・・ 動的にメモリを確保・消去する領域
• スタック領域 ・・・関数の実行時に使われる（ローカル変数・戻り値管理）

1.2. ヒープ領域の特徴と役割

ヒープ領域は、プログラムの実行中に動的にメモリを確保・解放できる特別な領域です。

• 必要なサイズの配列やデータを、実行時に確保できる
• 使い終わったメモリは手動で解放する必要がある
• 適切な管理を怠ると「メモリリーク」の原因になる

２．動的メモリの生成と消去

2.1. mallocとfreeの使い方

代表的なメモリ管理関数

malloc/freeの基本例

プロジェクト/ファイル名： Lesson59_1/main.c

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

int main(void) {
    int *nums = NULL;
    int i;

    // メモリの動的確保（int型5つ分）
    nums = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
    if (nums == NULL) {
        printf("メモリの確保に失敗しました。\n");
        return 1;
    }

    // 値の代入
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        nums[i] = (i + 1) * 10;
    }

    // 結果の表示
    printf("動的に確保した配列の内容：");
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", nums[i]);
    }
    printf("\n");

    // メモリの解放
    free(nums);

    return 0;
}

実行結果例

動的に確保した配列の内容：10 20 30 40 50

解説

• malloc関数で必要なバイト数のメモリを確保
• 戻り値はvoid型（「どんなデータであるか」が定義されていません。）なので、目的の型（ここではint）にキャスト
• 確保失敗時はNULLが返るため、エラーチェックが必須
• freeで解放しないと「メモリリーク」になる。

nums = (int*)malloc(sizeof(int) * 5); の意味

2.2. メモリリークとその防止

メモリリークとは

• ヒープ領域のメモリはfree関数で明示的に解放が必要
• 解放しないままプログラムが続くと、使えないメモリが積み重なり、最悪プログラムやOS全体が停止することもある

メモリリークのイメージ

３．実践例：動的配列とエラー処理

キーボードから配列の長さを入力し、その長さの整数配列を動的に生成。
1以上10以下の乱数を代入し表示するプログラム（失敗時のエラー処理あり）。

プロジェクト/ファイル名： Lesson59_2/main.c

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

int main(void) {
    int len, i;
    int* arr = NULL;

    printf("配列の長さを入力してください：");
    scanf("%d", &len);

    if (len <= 0) {
        printf("配列の長さは1以上にしてください。\n");
        return 0;
    }

    arr = (int*)malloc(sizeof(int) * len);
    if (arr == NULL) {
        printf("メモリの生成に失敗しました。\n");
        return 1;
    }

    srand((unsigned int)time(NULL));
    printf("生成した配列：");
    for (i = 0; i < len; i++) {
        arr[i] = rand() % 10 + 1;
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    free(arr);

    return 0;
}

「SDLチェック」を「いいえ」にして、プログラムを実行します。

実行結果例1

配列の長さを入力してください：7
生成した配列：4 1 9 2 9 5 2

実行結果例2

配列の長さを入力してください：0
配列の長さは1以上にしてください。

実行結果例3（極端な値で確保失敗時）

※実行環境によっては、メモリを確保できます。大量に数値が表示されるので、「Ctrl」＋「c」で中断します。

配列の長さを入力してください：999999999
メモリの生成に失敗しました。

まとめ

• C言語プログラムは「ヒープ領域」を使い、実行時に柔軟なメモリ確保ができる
• malloc で動的確保、free で解放を行う。エラー時のNULL判定も忘れずに
• 解放忘れによるメモリリークに注意。特に長時間稼働するプログラムでは致命的になる場合がある
• 配列サイズが実行時に決まる場合など、動的メモリ管理は非常に有効

　より複雑な用途や、より安全なメモリ管理をしたい場合には、callocやreallocも併せて活用すると良いでしょう。