自分で調べるＣのポインタ のバックアップ(No.12)
自分で調べるＣのポインタ のバックアップ(No.12)
これはrst2hooktailの記事ソース保存・変換用です（詳細）．
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自分で調べるＣのポインタ
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Ｃ言語の開発環境があれば，自分でテストプログラムを作ることにより，
手持ちの教科書・参考書だけでポインタの性質を理解することができます．
以下に調べ方の例を示します．例を変更して自分でいろいろ試みてください．
本文に誤りがあったとき自信を持って訂正できます．
簡単な例
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まず次の例を考えましょう．結果が予想できない人は実際にプログラムを
作って実行してください．
例１．次のプログラムの出力は「1, 4」．
<tex>
& \#include <stdio.h>\\
& int main(void)\\
& {\\
& & int n[3]={4, 5, 6}, *p=n;\\
& & printf("%d, %d\n", p==\&n[0], *p);\\
& & return 0;\\
& }
</tex>
問１．例１の n, p について
1. p[1] の値を示せ.
2. &n[1]-&n[0] の値を示せ.
例１で実在する変数は n[0], n[1], n[2], p のみですが，「p=n;」によって
n[i] の代わりに p[i] を使うことができます．一般に
<tex>
p[i]==*(p+i), \&p[i]==p+i
</tex>
したがって p==\&p[0], *p==p[0] であり，「p=n+1;」とすると
<tex>
p[-1]==n[0], p[0]==n[1], p[1]==n[2]
</tex>
となります．Ｃで「&p[i]==p+i」と定めたのは「p+=sizeof(int);」の代わりに
「p++;」を使いたいためであると思われます．『アドレス＋整数』と
『アドレス−アドレス』は次元（？）が違うので &n[1]-&n[0]==sizeof(int) と
定めることもできますが [*]_ ，&n[1]!=&n[0]+(&n[1]-&n[0]) となるので，Ｃの
言語仕様はそうなっていません．実際
<tex>
& \#include <stdio.h>\\
& int main(void)\\
& {\\
& & int n[3], k0=\&n[0], k1=\&n[1];\\
& & printf("%d, %d\n", k1-k0, \&n[1]-\&n[0]);\\
& & return 0;\\
& }
</tex>
を実行すると，k1-k0==sizeof(int), &n[1]-&n[0]==1，2*(&n[1]-&n[0]==2 と
なります．「k0=&n[0];」は警告が出るかもしれませんが，無意味な代入では
ないのでエラーにはなりません．
.. [*] Ｃの表現における &n[1]==n+1 && &n[1][2]!=(n+1)+2 等の不自然な式が
なくなります．どう定めても複雑な式には歪が伴います．
２次元配列とポインタの配列
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プログラム例を示す前に
<tex>
int n[2][2], *p[2], (*q)[][2];
</tex>
で宣言される n, p, q について説明します．Ｃの記法ではありませんが
<tex>
「int & n[2][2];」&「int & *p[2];」&「int & (*q)[][2];」\\
『int[2] & n[2]; 』&『int* & p[2]; 』&『int[2][] & *q; 』\\
『int[2][2] & n; 』&『int*[2] & p; 』&『int[2][]* & q; 』\\
</tex>
と書き換えることにより，n は整数の２次元配列，p は整数へのポインタの
１次元配列，q は整数の２次元配列へのポインタであることが分かりやすく
なります．なお，「int m[2][3][4];」と宣言されているとき，
<tex>
\&m[i][j][k]-\&m[0][0][0]==4*(3*i+j)+k
</tex>
であることは
<tex>
& for(i=0; i<2; i++)for(j=0; j<3; j++)for(k=0; k<4; k++){
& & printf("%d,", \&m[i][j][k]-\&m[0][0][0]);
& }
</tex>
を実行することで確認できます．また &m[i][j][k] に対して
<tex>
m[i][j]+k==\&m[i][j][k], m[i]==m[i][0], m==m[0]
</tex>
と定められています．ただし，k が 0 でないとき m[i][0] に m[i] を代入
できません．m[0] と m についても同様です．
例２．次のプログラムの出力は「5, 7」．
<tex>
& \#include <stdio.h>\\
& int main(void)\\
& {\\
& & int n[2][2]={{4, 5}, {6, 7}}, *p[2], (*q)[][2];\\
& & q=p[1]=&n[0][1];\\
& & printf("%d, %d\n", p[1][0], (*q)[1][0]);\\
& & return 0;\\
& }
</tex>
問２．例２の n, p, q について
1. ***q の値を示せ．
2.「n[1]=p[1];」がエラーとなる理由を述べよ．
以下では簡単のため「A==B && B==C && C==D」を
<tex>
『 A == B == C == D 』
</tex>
のように略記します．例２のプログラムでは p[1]==&n[0][1] ですから，
<tex>
『 p[1][0] == *p[1] == *(\&n[0][1]) == n[0][1] == 5 』
</tex>
です．q の方は初期値 &n[0][1] を用いて
<tex>
\&(*q)[0][0]==*(\&n[0][1]), (*q)[1][0]==*(\&n[0][1]+2*1+0)
</tex>
と解釈され，
<tex>
**(*q) == n[0][1], (*q)[1][0] == n[1][1]
</tex>
となります．『 q == *q == **q == &n[0][1] 』であることは分かり難いの
ですが，「(*q)[i][j]==q[0][i][j]」であり「int m[2][3][4];」のときの
<tex>
『 m == *m == **m == \&m[0][0][0], ***m == m[0][0][0] 』
</tex>
と類似の関係になっています．なお n[1] はアドレスであって（ポインタ
とは異なり）メモリ上に領域が与えられていないので，値を代入することは
できません．
<tex>
& n &『n[0][0]=4;』&『n[0][1]=5;』&『n[1][0]=6;』&『n[1][1]=7;』\\
& p &『p[0] 』&『p[1]=(※);』\\
& \&q &『q=p[1]; 』\\
& & (※)==\&n[0][1], (*q)[0][0]==*p[1], (*q)[0][1]==*(p[1]+1)\\
</tex>
文字列とポインタ
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Ｃには string 型がないため，文字列は先頭をアドレス，末尾を制御文字'\0'
で表わします．例えば，宣言「char s[]="ABC";」は
<tex>
char s[4]={'A', 'B', 'C', '\0'};
</tex>
を略記したもので，先頭のアドレスが s で s[3]=='\0' になっています．
「char *p="ABC";」という宣言は少し分かりにくいのですが，適当な場所に
"ABC" を格納する配列をつくり，その先頭アドレスを p に設定します．
文法的には正しくありませんが『p==&"ABC", *p=='A'』という感じです．
例３．次のプログラムの出力は「B, DE」．
<tex>
& \#include <stdio.h>\\
& int main(void)\\
& {\\
& & char s[2][8]={"ABC", "DE"}, (*p)[8]=s;\\
& & printf("%c, %s\n", p[0][1], p[1]);\\
& & return 0;\\
& }\\
</tex>
問３．例３の s, p について
1. (*p)[2] の値を示せ．
2. *(*p+1) の値を示せ．
「char (*p)[8]=s;」で p に設定されるのは s です．p は『char[8]』
へのポインタなので p[i]==s[i], p[i][j]==s[i][j] が成立し，
p[0][1]=='B'，p[1]==s[1] です．また
<tex>
(*p)[2]==p[0][2], *p+1==p[0]+1, *(p[0]+1)==p[0][1]
</tex>
ですから，(*p)[2]=='C', *(*p+1)=='B' です．「char (*q)[4]=s;」と
宣言された q では q[1][0]==s[0][4], q[2][0]==s[1][0] です．
仮引数での宣言
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Ｃでは（値呼びしかできないため）関数の引数にポインタが多用されます．
ポインタ p が配列と関係なければ単に *p と表わせばいいので，ここでは
直接あるいは間接に配列を指すポインタについて考えます．実引数としたい
配列と型を合わせたいときは
<tex>
& int n1[4]; & --> (int p1[]) & または (int *p1)\\
& int n2[4][5]; & --> (int p2[][5]) &
& int n3[4][5][6]; & --> (int p3[][5][6]) &
& int *m1[4]; & --> (int *q1[]) & または (int **q1)
& int *m2[4][5]; & --> (int *q2[][5]) &
</tex>
のように宣言します．p1, p2, p3, q1, q2 がすべて配列ではなくポインタ
であることは，関数内で sizeof(p1) 等を printf() で表示することによって
確認できます．
例４．次のプログラムの出力は「B, D」．
<tex>
& \#include <stdio.h>\\
& void check(char p2[][8], char *q1[])\\
& {\\
& & printf("%c, %c\n", p2[0][1], *q1[1]);\\
& }\\
& \\
& int main(void)\\
& {\\
& & char s[2][8]={"ABC", "DE"}, *r[2];\\
& & r[0]=s[0]; r[1]=s[1]; check(s, r);\\
& & return 0;\\
& }\\
</tex>
問４．例４の p, q について
1. **q1 の値を示せ．
2. q1[1][2] の値を示せ．
仮引数の宣言の [] を [N]（N は適当な定数）で置換した大域変数や局所
変数の宣言を考えると，配列要素のアドレスの計算に N は不要であることが
分かります．「char s[2][8];」のとき &s[i][j]-s[0][0]==8*i+j ですが，
仮引数の宣言「int p2[][8]」でも同様に
<tex>
\&p2[i][j]-\&p2[0][0]==8*i+j
</tex>
です．したがって p2[0][1]==s[0][1] となります．また「char *r[2];」の
r[i] は実在するポインタ，「char *q1[]」の q1[i] は計算したアドレス
ですが，
<tex>
q1[i]==*(q1+i), q[i][j]==*(q1[i]+j)
</tex>
なので，q1==r であれば q1[i][j]==r[i][j] が成立します．このとき
*q1[1]==r[1][0], **q1==r[0][0], q1[1][2]='\0' です．宣言として [#t9cb0413]
「char *q1[]」の代わりに「char **q1」を用いても同じですが，局所変数に
対しては「char **q;」を「char *q[];」のように宣言することはできません．
なお，必ずしも実引数と仮引数の型を合わせるのがよいとは限りません．
一例を次に示します．
<tex>
& \#include <stdio.h>\\
& extern int sum, n[10][10][10];\\
& void add(int k, int *p)\\
& {\\
& & while(k>0){sum+=*p; p++; k--;}\\
& }\\
& \\
& int main(void)\\
& {\\
& & sum=0; add(1000, n); printf("sum=%d\n", sum);\\
& & return 0;\\
& }\\
</tex>
構造体メンバの参照
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構造体のメンバ x.m は p==&x であるポインタを用いて p->m で参照でき
ます．このことに詳しくない人は，まず構造体の基礎を学んでください．
例５．次のプログラムの出力は「ADC」．
<tex>
& typedef struct{char s[8], *p;} str2;\\
& int main(void)\\
& {\\
& & str2 x[2]={{"ABC"}, {"DE"}}, *q=x+1;\\
& & x[0].p=x[1].s; x[1].p=x[0].s; x[0].s[1]=q->s[0];\\
& & printf("x[0].s=%s\n", x[0].s);\\
& & return 0;\\
& }\\
</tex>
問５．例５の x, p について
1. q->s[1] の値を示せ．
2. q->p[1] の値を示せ．
「x[1].p=x[0].s;」実行後に x[0].s[i] を書き換えても x[1].p[i] も
変わるので，q->p[1]=='D' です．
補遺
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ポインタの性質を理解するときの留意点は，ポインタが参照するデータ
の構造はポインタの宣言のみで決まるということです．例えば
int n[2][3], *p=&n[0][1];
と宣言されていれば，『(int*) p=&n[0][1];』なので
p[-1]==n[0][0], *p==n[0][1], p[1]==n[0][2]
となります．つまり p から見れば p[i] は n に関係なく p+i にある
データ *(p+i) に過ぎないのです．細かい補足は以下に列挙します．
1. 「int n[][2]={4, 5, 6};」は「int n[2][2]={{4, 5}, {6, 0}};」
として扱われます．「int p[];」や「int p[][2];」をポインタの宣言に
使えないのはのは，このことが関係しているものと思われます．配列要素を
参照するときは「(*p)[i][j]」より「p[0][i][j]」の方が分かりやすい
でしょう．参照先によっては「p[k][i][j]」も使えます．
2. 「char *p;」は「char* p;」と同じですが，「char* p, q;」は
「char *p, q;」として処理されます．「char* p;」「char* q;」を
まとめるには「typedef char *cptr; cptr p, q;」のようにします．
3. Ｃのバイブル[1]に複雑な宣言の例として
<tex>
char (*(*x[3])())[5];
</tex>
が挙げられていますが，これを
<tex>
「 char & (*(*x[3])())[5]; 」\\
『 char[5] & *(*x[3])(); 』\\
『 char[5]* & (*x[3])(); 』\\
『 ()(char[5]*) & *x[3]; 』\\
『 (()(char[5]*))* & x[3]; 』\\
『 (()(char[5]*))*[3] & x; 』\\
</tex>
と変形すると，x が「array [3] of pointer to function returning
pointer to array [5] of char」であることが少し分かりやすくなるかも
知れません（すぐれた教育用言語である Pascal での表現に近づきます）．
4. 自分でプログラムを書くときは，なるべく素直な表現を使いましょう．
scanf() で 変数 x[i][j] にデータを入力するとき，&x[i][j] の方が
x[i]+j より素直です．ポインタの更新も独立した文で行いましょう．
言語仕様からいえば「printf("%d, %d\n", i++, n[i]);」の結果は処理系に
依存します．
あとがき
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教科書・参考書を謙虚に学ぶことが基本ですが，疑問点を自力で解決しよう
とする姿勢も重要です．このことを奨励するために，比較的取り組みやすい
例を示しました．
参考文献
[1] B. W. カーニハン，D. M. リッチー著，石田晴久訳，プログラミング言語Ｃ
第２版，共立出版，1989，ISBN4-320-02483-4．
[2] 手抜き用チェックプログラム,
[3]（ほとんど文献調査を行っていません．引用すべき資料をご教示頂ければ
幸いです．）
@@author: pulsar@@
@@accept: 執筆中@@
@@category: プログラミング@@
