C言語の基本｜1次元配列の基本操作

C言語の基本｜1次元配列の基本操作

宣言して、値を入れて、必要な要素を取り出す。1次元配列の基本操作を覚えて、複数のデータをすっきり管理しよう。

1次元配列の基本操作

C言語では、同じ型のデータを複数まとめて扱いたい場面がよくあります。

たとえば、次のようなデータです。

• 5人分の点数
• 7日分の売上
• 10個の商品価格
• 複数地点の測定値

配列を使わずに保存する場合は、データの数だけ変数を用意しなければなりません。

int value1;
int value2;
int value3;
int value4;
int value5;

この書き方でも値は保存できますが、変数が増えるほど管理しにくくなります。同じ処理を繰り返したい場合も、それぞれの変数名を個別に指定しなければなりません。

そこで役立つのが1次元配列です。

int values[5];

この1行で、int型の値を5個保存するための領域をまとめて用意できます。それぞれの要素には添字という番号が付いているため、必要な場所を指定して値を代入したり参照したりできます。

1次元配列の基本操作は、大きく分けると次の3つです。

• 配列を宣言する
• 要素に値を代入する
• 要素を参照する

この3つの操作と、添字が0から始まるルールを理解すれば、配列の基本的なコードを読み書きできるようになります。

1次元配列とは

1次元配列は、同じ型のデータを一列に並べて保存する仕組みです。

番号の付いた箱が横一列に並び、それぞれの箱に値を保存するイメージを持つと分かりやすいでしょう。

配列を構成する一つひとつの保存場所を要素と呼びます。また、要素の位置を表す番号を添字と呼びます。

C言語では、添字は0から始まります。

たとえば、int型の要素を5個持つ配列は、次のように宣言します。

int values[5];

この配列には、次の5つの要素があります。

values[0]
values[1]
values[2]
values[3]
values[4]

1番目の要素はvalues[0]です。values[1]は2番目の要素を表します。

図1：1次元配列を構成する5つの要素

この図から分かること

配列valuesには、int型の要素が5個あります。

要素の位置と添字の対応は次のとおりです。

要素数は5ですが、最後の添字は4です。要素数と最後の添字を混同しないようにしましょう。

1次元配列を宣言する

1次元配列を使うには、最初に配列を宣言します。

基本的な文法は次のとおりです。

型名 配列名[要素数];

各部分には、次の意味があります。

整数を5個保存する配列scoresなら、次のように宣言します。

int scores[5];

この宣言によって、int型の値を5個保存できる配列scoresが用意されます。

ほかの型でも、同じ形で宣言できます。

1つの配列に保存する要素は、すべて同じ型です。int型の配列へはint型の値、double型の配列へはdouble型の値を保存します。

宣言しただけでは要素の値は決まらない

関数内で次のように配列を宣言しただけでは、各要素の値は初期化されていません。

int scores[5];

この時点の状態は、次のように考えられます。

不定値とは、使用できる値が設定されていない状態です。不定値の要素を参照してはいけません。

安全に使うためには、値を参照する前に次のどちらかを行います。

• 各要素へ値を代入する
• 宣言と同時に配列を初期化する

宣言したことと、値を設定したことは別の操作です。

要素数と添字の違い

配列を扱うときは、要素数と添字を区別する必要があります。

int scores[5];

この配列の要素数は5ですが、使用できる添字は0から4です。

一般的には、要素数がnなら使用できる添字は0からn - 1です。

要素数5の配列でscores[5]を指定すると、6番目の要素を使おうとすることになります。これは配列の範囲外です。

1次元配列の要素に値を代入する

宣言した配列には、添字を使って要素ごとに値を代入します。

基本的な形は次のとおりです。

配列名[添字] = 値;

たとえば、配列scoresの先頭から3つの要素へ値を代入する場合は、次のように書きます。

scores[0] = 85;
scores[1] = 92;
scores[2] = 78;

それぞれの文には、次の意味があります。

配列全体ではなく、添字で指定した1つの要素へ値を入れています。

一部の要素だけに代入した場合

次のコードでは、5個ある要素のうち、先頭から3個だけに値を代入しています。

int scores[5];

scores[0] = 85;
scores[1] = 92;
scores[2] = 78;

代入後の状態は次のとおりです。

値を代入した要素だけが使用できる状態になります。scores[3]とscores[4]には値を設定していないため、まだ参照してはいけません。

配列を宣言したからといって、すべての要素へ同じ値が自動的に入るわけではありません。

図2：代入済みの要素と不定値の要素

この図から分かること

配列の一部へ値を代入しても、ほかの要素まで自動的に初期化されるわけではありません。

図では、levels[0]からlevels[2]までに値が入っています。一方、levels[3]とlevels[4]には値を代入していないため、不定値のままです。

配列を安全に使うには、どの要素に値を設定したかを把握しておく必要があります。

1次元配列の要素を参照する

配列に保存した値を取り出して使うことを、要素の参照といいます。

要素を参照するときも、配列名と添字を使います。

配列名[添字]

たとえば、scores[0]に保存されている値を表示するなら、次のように書きます。

printf("%d\n", scores[0]);

複数の要素を順番に表示する場合は、次のように記述できます。

printf("%d\n", scores[0]);
printf("%d\n", scores[1]);
printf("%d\n", scores[2]);

scores[0]、scores[1]、scores[2]は、それぞれ1つのint型の値として扱われます。

配列要素は普通の変数のように使える

添字で指定した配列要素は、普通の変数と同じように計算や代入に使えます。

たとえば、2つの要素を加算できます。

int total;

total = scores[0] + scores[1];

scores[0]が85、scores[1]が92なら、totalには177が代入されます。

要素の値を変更することもできます。

scores[0] = scores[0] + 5;

この処理では、scores[0]の値に5を加え、その結果を同じ要素へ代入します。

複合代入演算子を使えば、次のようにも書けます。

scores[0] += 5;

配列全体は複数の値のまとまりですが、添字を付けた1つの要素は、普通の変数のように扱えます。

1次元配列の基本操作をプログラムで確認する

ここでは、5地点分の騒音レベルを保存する配列を使います。

配列には5個の要素がありますが、今回は先頭から3個だけに値を代入し、その3個だけを参照します。

3地点分の騒音レベルを配列へ代入して表示するプログラム

ファイル名：10_2_1.c

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    /* 5地点分の騒音レベルを保存する配列を宣言する */
    int levels[5];

    /* 先頭から3つの要素に値を代入する */
    levels[0] = 42;    /* 1地点目 */
    levels[1] = 48;    /* 2地点目 */
    levels[2] = 39;    /* 3地点目 */

    /* 値を代入した3つの要素を参照して表示する */
    printf("%d\n", levels[0]);
    printf("%d\n", levels[1]);
    printf("%d\n", levels[2]);

    return 0;
}

実行結果の例

42
48
39

配列の宣言を確認する

最初に、次の宣言によって配列levelsを用意しています。

int levels[5];

この配列には、int型の要素が5個あります。

levels[0]
levels[1]
levels[2]
levels[3]
levels[4]

宣言した直後は、各要素に使用できる値が設定されていません。そのため、値を代入する前にprintfで表示してはいけません。

要素への代入を確認する

次の部分では、先頭から3つの要素へ値を代入しています。

levels[0] = 42;
levels[1] = 48;
levels[2] = 39;

対応関係は次のとおりです。

1地点目をlevels[0]で表している点が重要です。C言語の添字は0から始まります。

要素の参照を確認する

値を表示する部分では、代入済みの要素だけを参照しています。

printf("%d\n", levels[0]);
printf("%d\n", levels[1]);
printf("%d\n", levels[2]);

levels[0]には42、levels[1]には48、levels[2]には39が入っているため、これらの値が順番に表示されます。

levels[3]とlevels[4]には値を代入していないので、このプログラムでは参照していません。

宣言・代入・参照の関係

プログラム内の操作を整理すると、次のようになります。

宣言は保存場所を用意する操作です。代入は指定した要素に値を入れる操作です。参照は保存されている値を取り出して使う操作です。

この3つは、それぞれ別の役割を持っています。

初期化との違い

配列には、宣言と同時に値を設定する初期化という書き方もあります。

int levels2[] = {42, 48, 39, 45, 41};

この場合は、配列を用意すると同時に、すべての要素へ値が入ります。

初期値が5個あるため、角括弧の中の要素数を省略しても、要素数は5になります。

宣言、代入、初期化の違いは次のとおりです。

今回の中心は宣言、代入、参照ですが、初期化を使えば未設定の要素を減らしやすくなります。

一部だけ初期化した場合

要素数を指定し、初期値を一部だけ書くこともできます。

int data[5] = {10, 20};

この場合、残りの要素は0で初期化されます。

配列全体を0で初期化する場合は、次のように書けます。

int data[5] = {0};

宣言だけを行う場合と、初期値を指定して宣言する場合では、要素の状態が異なる点を覚えておきましょう。

添字の範囲外へアクセスしてはいけない

配列では、使用できる添字の範囲を必ず守ります。

次の配列では、使用できる添字は0から4です。

int levels[5];

次の指定は範囲外です。

levels[5] = 50;
levels[-1] = 30;

levels[5]は6番目の要素を指定していますが、配列には5個しか要素がありません。levels[-1]は配列の先頭より前を指定しています。

C言語では、範囲外アクセスをしても、必ずその場で分かりやすいエラーが表示されるとは限りません。ほかのデータを壊したり、実行結果がおかしくなったりする可能性があります。

添字が正しい範囲にある条件は、次のように表せます。

0 <= 添字 && 添字 < 要素数

for文と組み合わせて参照する

配列の要素は、for文で添字を変化させながら順番に参照できます。

5個の要素をすべて初期化した配列なら、次のように表示できます。

int levels[] = {42, 48, 39, 45, 41};

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d\n", levels[i]);
}

iは0、1、2、3、4と変化します。そのため、次の要素が順番に参照されます。

levels[0]
levels[1]
levels[2]
levels[3]
levels[4]

for文の条件がi < 5になっている点が重要です。i <= 5にすると、範囲外のlevels[5]まで参照してしまいます。

図3：宣言・代入・参照の基本的な流れ

この図から分かること

1次元配列の基本操作は、宣言、代入、参照の順番で考えると分かりやすくなります。

• 宣言で要素を保存する場所を用意する
• 代入で指定した要素へ値を入れる
• 参照で保存されている値を取り出して使う

宣言しただけの要素は、不定値のままです。値を代入または初期化してから参照する必要があります。

また、代入と参照のどちらでも添字を使います。添字が配列の範囲内にあることを確認しましょう。

普通の変数と1次元配列を比べる

普通の変数は1つの値を保存します。1次元配列は、同じ型の値を複数保存します。

配列の各要素は普通の変数と同じように使えますが、どの要素を使うかを添字で指定する点が異なります。

よくある間違いを確認する

1次元配列の基本操作では、次のような間違いが起こりやすくなります。

特に、要素数と最後の添字の違いは重要です。

要素数が5なら、添字は次の5個です。

0、1、2、3、4

1次元配列を読むときの確認ポイント

1次元配列を含むプログラムでは、次の順番で確認すると処理を追いやすくなります。

• 配列の型を確認する
• 配列名を確認する
• 要素数を確認する
• 使用できる添字の範囲を確認する
• どの要素に値を代入しているか確認する
• 参照する要素に値が入っているか確認する
• 添字が0から始まっているか確認する
• 範囲外の要素を使用していないか確認する

1次元配列では、配列全体を一度に考えるよりも、添字で指定した1つの要素に注目すると理解しやすくなります。宣言で箱を用意し、代入で値を入れ、参照で取り出すという流れを意識して使いましょう。