C言語入門｜メモリ操作の基本関数

ここまで本当によく頑張りました。
配列、ポインタ、添え字、アドレス……
正直、C言語の中でも一番ややこしいところを通り抜けてきましたね。

そして今、ようやく
「ポインタを引数に取る標準関数」
を、安全に使うための準備が整いました。

C言語の標準ライブラリには、
メモリを直接扱うための便利な関数がいくつも用意されています。
今回はその中でも、実務で最重要クラスの関数を入口として紹介します。

なぜメモリ操作用の関数が必要なのか

C言語では、配列や文字列について次のような大原則がありました。

配列は = で代入してはいけない。
文字列も丸ごと代入してはいけない。
関数の引数や戻り値で直接やり取りしない。

これは不便に見えますが、理由はとてもシンプルです。

= は「値のコピー」ではない

int a[4];
int b[4];

b = a;   // これはできない

この書き方が禁止されているのは、

配列名はアドレスに化ける。
b = a は「アドレスの代入」を意味してしまう。

からです。

でも現実のプログラムでは、

配列を丸ごとコピーしたい。
構造体の中身をまとめて複製したい。

という場面が頻繁にあります。

そこで登場するのが、メモリ操作の標準関数です。

メモリ操作関数を使う準備

これから紹介する関数を使うときは、
必ずソースコードの先頭に次を記述します。

#include <string.h>

string.h という名前ですが、
文字列だけでなく メモリ操作全般 を扱う関数が含まれています。

memcpy ― メモリ領域をまるごとコピーする

最初に紹介するのは、もっとも基本で、もっとも重要な関数です。

memcpy の役割

あるメモリ領域の中身を
別のメモリ領域に、指定したバイト数だけコピーする。

配列・構造体・バッファなど、
形や型を問わず使える汎用コピー関数です。

memcpy の書式

void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t len);

引数の意味

引数	内容
dest	コピー先の先頭アドレス
src	コピー元の先頭アドレス
len	コピーするバイト数

戻り値

dest と同じアドレス

戻り値はあまり使われませんが、
関数の連結などで利用できます。

size_t とは何か

len に指定する size_t 型は、

0以上の整数
メモリサイズや配列サイズを表すための型

です。

感覚的には、

サイズ専用の int

と思っておけば問題ありません。

const void* の意味（軽く）

src が const void* になっているのは、

コピー元のメモリ内容を
関数内で変更しない

という約束を示しています。

安全のための仕組みなので、
「そういうもの」と受け取ってOKです。

配列を memcpy でコピーしてみよう

次の例では、int型配列を丸ごとコピーします。

サンプルプログラム

プロジェクト名：10-7-1　ソースファイル名： sample10-7-1.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    int src[3] = {8, 16, 24};
    int dst[3];

    memcpy(dst, src, sizeof(src));

    printf("src[1]=%d (%p)\n", src[1], &src[1]);
    printf("dst[1]=%d (%p)\n", dst[1], &dst[1]);

    return 0;
}

実行結果（例）

src[1]=16 (0x7ffee2c1a4c4)
dst[1]=16 (0x7ffee2c1a4b4)

何が起きているのか

src と dst は 別々の配列
アドレスも完全に異なる。
中身だけがコピーされている。

これが、

正しい配列コピー

です。

配列名を引数に渡していますが、
実際には「先頭アドレス」が渡されており、
memcpy はその番地から指定バイト数分を
そのまま複製しています。

浅いコピーと深いコピーの落とし穴

ここで、重要な注意点があります。

浅いコピーとは

ポインタを含む配列や構造体を
memcpy でそのままコピーすること

この場合、

外側の構造は複製される。
中のポインタが指す先は共有される。

という状態になります。

浅いコピーが引き起こす問題

片方で free すると、もう片方が壊れる。
意図せず同じデータを操作してしまう。
バグの原因が非常に分かりにくい。

このようなコピーは 浅いコピー（shallow copy） と呼ばれます。

深いコピーという考え方

深いコピーでは、

構造体や配列を複製
内部のポインタが指す先も
新しい領域を確保してコピー

します。

手間は増えますが、

安全で、意図どおりの動作

を保証できます。

メモリ操作関数を使う心構え

メモリ操作系の関数は、とても強力です。

その一方で、

サイズ指定を間違える。
コピー先が足りない。
重なった領域を扱う。

と、簡単にバグや未定義動作を引き起こします。

覚えておきたい鉄則

バイト数は必ず意識する。
sizeof を積極的に使う。
「とりあえず memcpy」はしない。

C言語では、

便利さと危険さは常にセット