C言語の基本｜配列の基本

C言語の基本｜配列の基本

同じ型の値を、番号つきの箱へすっきり収納。配列を使えば、たくさんのデータをまとめて処理できます。

C言語でプログラムを作っていると、同じ種類の値を複数保存したい場面がたくさん出てきます。

たとえば、次のようなデータです。

• 5人分のテスト結果
• 7日分の気温
• 10個分の商品価格
• 複数回測定したセンサー値

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

int score1;
int score2;
int score3;
int score4;
int score5;

この方法でも値は保存できますが、変数が増えるほど管理が大変になります。同じ処理をすべての変数に行いたい場合も、一つずつ処理を書かなければなりません。

そこで役立つのが配列です。

int scores[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。各要素には番号が付いているため、for文などの繰り返し処理で順番に扱うこともできます。

配列は、同じ型の値を番号つきの箱に並べて保存する仕組みです。ここでは、1次元配列の宣言、代入、参照、初期化を順番に確認していきます。

配列とは

配列は、同じ型のデータを複数まとめて管理する仕組みです。

たとえば、次のような配列を作れます。

1つの配列に入る要素は、すべて同じ型です。int型の配列なら各要素はint型、double型の配列なら各要素はdouble型になります。

配列に保存されている一つひとつの値を要素と呼びます。そして、どの要素を使うのかを指定する番号を添字と呼びます。

配列の要素と添字

C言語の配列では、添字が0から始まります。

要素数が5個なら、使用できる添字は0から4です。

人が数える位置と、C言語で指定する添字には1つのずれがあります。

1番目の要素を使うときはdata[1]ではなく、data[0]と書きます。5個の要素を持つ配列の最後はdata[4]です。

図1：配列の次元とデータの並び方

この図から分かること

配列には、データの並べ方を表す次元があります。

1次元配列では、添字を1つ使って要素を指定します。

data[0]

2次元配列では行と列に対応する2つの添字を使いますが、まずは添字を1つだけ使う1次元配列の仕組みを身につけましょう。

1次元配列とは

1次元配列は、同じ型の要素を一列に並べた配列です。

次の宣言では、int型の値を5個保存できる1次元配列dataを用意しています。

int data[5];

この配列には、次の5つの要素があります。

data[0]
data[1]
data[2]
data[3]
data[4]

配列名はdataですが、個々の要素を使うときは、配列名の後ろに角括弧と添字を付けます。

配列を使う基本的な流れ

配列を使う流れは、普通の変数とよく似ています。

普通の変数は1つの値を扱いますが、配列では添字を使って複数の要素から1つを選びます。

配列を宣言する

配列の基本的な宣言は、次の形です。

型名 配列名[要素数];

int型の値を5個保存するなら、次のように宣言します。

int data[5];

それぞれの部分には、次の意味があります。

ほかの型でも同じ形で宣言できます。

double prices[10];
char letters[20];

配列を宣言しただけでは、各要素に使用できる値が入っているとは限りません。初期化していない配列の要素を、値を代入する前に参照しないようにしましょう。

要素数と最後の添字を区別する

次の配列の要素数は5です。

int data[5];

しかし、最後の添字は4です。

要素数をnとすると、使用できる添字は0からn - 1までです。

要素数と最後の添字を同じ値だと考えないように注意しましょう。

配列の要素に値を代入する

配列を宣言した後は、添字を指定して各要素に値を代入できます。

int data[5];

data[0] = 10;
data[1] = 20;
data[2] = 30;
data[3] = 40;
data[4] = 50;

代入の左側にあるdata[0]やdata[1]は、配列の中にある個別の要素を表しています。

data[0] = 10;

これは、dataの1番目の要素に10を代入するという意味です。

data[1] = 20;

こちらは、dataの2番目の要素に20を代入します。

図2：要素数5の配列と添字の対応

この図から分かること

要素数が5個の配列では、添字は0、1、2、3、4となります。

配列の要素は、次のように対応します。

• data[0]は1番目
• data[1]は2番目
• data[2]は3番目
• data[3]は4番目
• data[4]は5番目

data[5]は6番目を指定することになるため、要素数5の配列では使用できません。

配列の要素を参照する

配列に保存した値を計算や表示に使うことを、要素の参照といいます。

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

data[0]には10が入っているため、最初のprintfは10を表示します。data[1]には20が入っているため、次のprintfは20を表示します。

配列の要素は、普通の変数と同じように計算にも使えます。

int total;

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

この場合は10 + 20が計算され、totalに30が代入されます。

配列名だけでは、どの要素を使いたいのかを表せません。個々の値を代入したり参照したりするときは、配列名と添字を組み合わせます。

配列を宣言と同時に初期化する

配列は、宣言と同時に複数の値を入れられます。

int data[5] = {10, 20, 30, 40, 50};

波括弧の中に並べた値が、添字の小さい順に各要素へ入ります。

初期値をすべて書く場合は、要素数を省略できます。

int data[] = {10, 20, 30, 40, 50};

初期値が5個あるため、コンパイラが要素数を5と判断します。

初期化の書き方を整理する

配列の初期化には、次のような書き方があります。

次の初期化では、指定されていない要素が0になります。

int a[5] = {1, 2};

各要素の値は次のとおりです。

配列をすべて0で初期化したい場合は、次の書き方が便利です。

int a[5] = {0};

初期化と代入の違い

初期化と代入は、値を入れるタイミングが異なります。

初期化では、複数の初期値を波括弧の中にまとめて書けます。

int a[] = {1, 2, 3};

宣言後に値を変更するときは、それぞれの要素を指定して代入します。

a[0] = 10;
a[1] = 20;
a[2] = 30;

宣言後に、配列全体へ波括弧を使ってまとめて代入することはできません。宣言後は個々の要素に代入します。

配列の基本操作をプログラムで確認する

ここでは、4日分の発送件数を配列に保存します。

1つ目の配列では、宣言した後に各要素へ値を代入します。2つ目の配列では、宣言と同時に初期化します。

発送件数の配列を宣言・代入・初期化するプログラム

ファイル名：10_1_1.c

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    /* 4日分の発送件数を保存する配列を宣言する */
    int shipments[4];

    /* 初期値から要素数が決まる配列を作る */
    int shipments2[] = {8, 12, 7, 15};

    /* shipmentsの各要素に値を代入する */
    shipments[0] = 8;
    shipments[1] = 12;
    shipments[2] = 7;
    shipments[3] = 15;

    /* shipmentsの要素を1つずつ参照して表示する */
    printf("%d\n", shipments[0]);
    printf("%d\n", shipments[1]);
    printf("%d\n", shipments[2]);
    printf("%d\n", shipments[3]);

    /* 初期化した配列の全要素を表示する */
    printf("%d %d %d %d\n",
           shipments2[0], shipments2[1],
           shipments2[2], shipments2[3]);

    return 0;
}

実行結果の例

8
12
7
15
8 12 7 15

配列の宣言を確認する

最初に、要素数4の配列shipmentsを宣言しています。

int shipments[4];

この配列で使用できる要素は次の4つです。

shipments[0]
shipments[1]
shipments[2]
shipments[3]

宣言した時点では、まだ各要素に使用する値を設定していません。この後の代入によって、すべての要素へ値を入れています。

配列の要素への代入を確認する

次の部分では、shipmentsの各要素に発送件数を代入しています。

shipments[0] = 8;
shipments[1] = 12;
shipments[2] = 7;
shipments[3] = 15;

それぞれの対応は次のとおりです。

1日目がshipments[1]ではなく、shipments[0]である点を確認しておきましょう。

配列の初期化を確認する

次の配列は、宣言と同時に値を入れています。

int shipments2[] = {8, 12, 7, 15};

角括弧の中に要素数を書いていませんが、初期値が4個あるため、要素数は自動的に4になります。

これは次の書き方と同じ要素数です。

int shipments2[4] = {8, 12, 7, 15};

どちらの書き方でも、使用できる添字は0から3です。

配列の要素の参照を確認する

次のprintfでは、shipmentsの要素を1つずつ参照しています。

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

shipments[0]には8が保存されているため、8が表示されます。

shipments2では、1つのprintfに4つの要素を指定しています。

printf("%d %d %d %d\n",
       shipments2[0], shipments2[1],
       shipments2[2], shipments2[3]);

このように、同じ配列の要素でも、それぞれを別の値としてprintfへ渡せます。

添字の範囲外アクセスに注意する

配列を使うときに特に注意したいのが、添字の範囲外アクセスです。

次の配列を考えてみましょう。

int data[5];

使用できる要素はdata[0]からdata[4]です。

次の指定は範囲外です。

data[5] = 100;
data[-1] = 200;

C言語では、配列の範囲外を使っても、必ず分かりやすいエラーメッセージが出るとは限りません。別のデータを壊したり、予想外の結果になったりする可能性があります。

要素数がnなら、添字は0以上n未満にします。

0 <= 添字 && 添字 < 要素数

配列とfor文を組み合わせる

配列は、for文と組み合わせることで便利さを発揮します。

shipments2の4要素を順番に表示するなら、次のように書けます。

for (int i = 0; i < 4; i++) {
    printf("%d\n", shipments2[i]);
}

iは0、1、2、3と変化します。そのため、次の要素が順番に参照されます。

shipments2[0]
shipments2[1]
shipments2[2]
shipments2[3]

継続条件をi <= 4ではなく、i < 4と書いている点が重要です。

i <= 4ではiが4のときもループ本体が実行され、shipments2[4]を参照してしまいます。要素数4の配列に添字4は存在しません。

図3：for文で配列を先頭から順番に処理する

この図から分かること

for文のカウンタ変数iを添字として使うと、配列の全要素を先頭から順番に処理できます。

要素数が4なら、iは0から3まで変化させます。

継続条件はi < 4です。iが4になると条件が偽になるため、範囲外のshipments[4]は参照されません。

配列を使わない場合と比較する

4日分の発送件数を個別の変数で管理すると、次のようになります。

int shipment1 = 8;
int shipment2 = 12;
int shipment3 = 7;
int shipment4 = 15;

配列なら、次のように1つのまとまりとして表現できます。

int shipments[] = {8, 12, 7, 15};

違いを整理すると、次のようになります。

配列は、単に変数名を短くする仕組みではありません。同じ役割を持つ複数の値を1つのまとまりとして扱い、添字によって順番に処理できる点が大きな特徴です。

普通の変数と配列を比べる

普通の変数は1つの値を保存します。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値の代入や参照ができます。違うのは、どの要素を使うかを添字で指定する点です。

1次元配列の基本的な書き方

1次元配列でよく使う書き方を整理すると、次のようになります。

この中でも、最初は次の4つを確実に使えるようにしましょう。

• 宣言
• 代入
• 参照
• 初期化

配列でつまずきやすいポイント

配列を学び始めたときは、次のような間違いが起こりやすくなります。

添字を使うコードでは、要素数と添字の範囲をセットで確認する習慣を付けると安心です。

配列を読むときの確認ポイント

配列を含むプログラムを読むときは、次の順番で確認すると理解しやすくなります。

• 配列の型は何か
• 配列名は何か
• 要素数はいくつか
• 使用できる添字はどこからどこまでか
• どの要素に値を代入しているか
• どの要素を参照しているか
• 宣言時に初期化されているか
• for文の添字が範囲内に収まっているか

配列は、同じ型の値を番号つきの箱へ並べる仕組みです。要素数、添字、代入、参照の関係を一つずつ確認できれば、1次元配列のコードはぐっと読みやすくなります。