C言語入門｜10章のまとめ
第10章では、
C言語の中でも特に「難しい」「怖い」「でも本質的」なテーマである
メモリとポインタの正体に正面から向き合ってきました。
ここまで読み進めてきたあなたは、
もう単に文法をなぞる初心者ではありません。
この章で学んだ内容は、
- なぜ配列が勝手に書き換わるのか
- なぜエラーが出ないのに壊れるのか
- なぜC言語は自由で、同時に危険なのか
といった疑問に、
すべて筋の通った説明を与えてくれる知識です。
このまとめでは、第10章で登場した重要な考え方を
一度きれいに整理して振り返っていきましょう。
特殊構文が見せていた「C言語の素顔」
第10章の前半で学んだ最大のテーマは、
いわゆる 特殊構文 でした。
これは暗記しなければならないルールであると同時に、
C言語の思想そのものでもあります。
配列は引数になるとポインタに化ける
関数の引数や戻り値に配列型を指定すると、
C言語では自動的に ポインタ型として解釈されます。
void func(int a[3]);この宣言は、実質的に次と同じ意味になります。
void func(int* a);ここから、
- 配列を渡したつもりでも
- 実際にはアドレスを渡している
という事実が導かれます。
配列変数名は「値」ではなく「アドレス」
ソースコード中に配列変数名を書くと、
それは配列そのものではなく、
先頭要素のアドレス
として評価されます。
int a[4];
func(a);この a は、
a[0] のアドレスに化けて関数へ渡されていました。
添え字演算子の正体
[] 演算子は、「配列専用の特別な文法」ではありません。
本質的には、
- 指定されたアドレスを基準に
- N 個分だけ後ろの場所にある
- 変数を生み出す
という、純粋なメモリアクセス演算子です。
その結果、
p[n]と
*(p + n)は、常に同じ意味になります。
ポインタ演算が示す「型の重要性」
第10章では、
ポインタ演算についても詳しく学びました。
ポインタ演算の基本ルール
ある x 型のポインタ変数に対して加算や減算を行うと、
sizeof(x) の倍数でアドレスが増減する
というルールが適用されます。
たとえば、
- int 型なら 4 バイト単位
- short 型なら 2 バイト単位
で移動します。
この仕組みがあるからこそ、
- p[n]
- *(p + n)
が、正しい要素アクセスとして成立していました。
メモリアクセスのための標準関数
第10章の中盤では、
メモリを直接扱うための標準関数を学びました。
これらはすべて、
- ポインタ
- メモリアドレス
- バイト単位の操作
を前提とした、C言語らしい関数です。
memcpy ― メモリをまるごとコピーする
memcpy を使うことで、
- 配列
- 構造体
- 任意のメモリ領域
を、バイト単位で丸ごとコピーできます。
配列を = で代入してはいけなかった理由も、
この章で明確になりました。
memcmp ― メモリをまるごと比較する
memcmp は、
- 2つのメモリ領域の内容が
- 完全に一致しているか
を判定する関数です。
配列同士の等価判定は、
- == 演算子ではなく
- memcmp を使う
という判断基準が、ここで確立されました。
memset ― メモリを一気に初期化する
memset は、
- 指定したメモリ領域を
- 任意の 1 バイト値で
- まとめて埋める
ための関数です。
0 での初期化によく使われ、
ヒープ利用とも密接に関係します。
配列の限界とヒープという選択肢
第10章の後半では、
「普通の配列」が抱える限界を確認しました。
スタック上の配列の限界
| 問題 | 内容 |
|---|---|
| サイズ | 大きな領域を確保できない。 |
| 寿命 | 関数終了とともに消える。 |
この問題を解決するために登場したのが、
ヒープ領域 です。
malloc と free による動的メモリ管理
ヒープ領域は、
- 実行中に
- 必要なサイズを
- 必要なタイミングで
確保できる柔軟なメモリ領域です。
malloc の役割
malloc 関数を使うことで、
ヒープに連続したメモリ領域を確保できます。
void* malloc(size_t len);free の重要性
ヒープ領域は自動では解放されません。
そのため、
malloc を使ったら、必ず free を呼ぶ
というルールが成立します。
これを守らないと、
- メモリリーク
- 長時間実行時の異常終了
といった問題につながります。
第10章を通して身につけてほしい感覚
この章で一番大切なのは、
次の意識です。
C言語では
メモリは「見えないが確実に存在する」
そして
すべての責任はプログラマにある
エラーが出ないから安全なのではなく、
理解しているから安全なのです。
次の章へ向けて
第10章で学んだ内容は、
C言語の中核であり、避けて通れない部分です。
ここをしっかり理解できたあなたは、
もう「なんとなく動くコード」を書く段階を抜けています。
次の章では、
この知識を土台として、
より実践的なプログラムへ進んでいきましょう。