============================================================ 自分で調べるＣのポインタ ============================================================ Ｃ言語のポインタについて前橋さんの詳しい解説がありますが[2], Ｃの開発環境 があれば，手持ちの教科書・参考書を参照しながらテストプログラムを作ること により，自分で疑問点を調べることができます．以下の例を変更していろいろ 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 ================================================= 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`` 」． :: #include int main(void) { int n[3]={4, 5, 6}, *p=n; printf("%d, %d\n", p==&n[0], *p); return 0; } 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 ``p[i]==*(p+i), &p[i]==p+i`` したがって ``p==&p[0]，*p==p[0]`` であり，「 ``p=n+1;`` 」とすると ``p[-1]==n[0], p[0]==n[1], p[1]==n[2]`` 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 :: #include int main(void) { int n[3], k0=&n[0], k1=&n[1]; printf("%d, %d\n", k1-k0, &n[1]-&n[0]); return 0; } 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 ================================================= プログラム例を示す前に「 ``int n[2][2]，*p[2]，(*q)[][2];`` 」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 :: 「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; 』 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， ``&m[i][j][k]-&m[0][0][0]==4*(3*i+j)+k`` であることは :: 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]); } を実行することで確認できます．また ``&m[i][j][k]`` に対して ``m[i][j]+k==&m[i][j][k], m[i]==m[i][0], m==m[0]`` 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`` 」． :: #include 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; } 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『 ``A == B == C == D`` 』 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， 『 ``p[1][0] == *p[1] == *(&n[0][1]) == n[0][1] == 5`` 』 です. ``q`` の方は初期値 ``&n[0][1]`` を用いて ``(*q)[0][0]==*(&n[0][1]), (*q)[1][0]==*(&n[0][1]+2*1+0)`` と解釈され, ``**(*q) == n[0][1], (*q)[1][0] == n[1][1]`` 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 『 ``m == *m == **m == &m[0][0][0], ***m == m[0][0][0]`` 』 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． :: 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) 文字列とポインタ ================================================= 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 ``char s[4]={'A', 'B', 'C', '\0'};`` 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． Ｃでは文字列の評価値は先頭アドレスなので，初期状態では ``p=="ABC", *p=='A'`` です． 例３. 次のプログラムの出力は「 ``B, DE`` 」． :: #include int main(void) { char s[2][8]={"ABC", "DE"}, (*p)[8]=s; printf("%c, %s\n", p[0][1], p[1]); return 0; } 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 ``(*p)[2]==p[0][2], *p+1==p[0]+1, *(p[0]+1)==p[0][1]`` 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 ================================================= 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 :: 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]) 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`` 」． :: #include 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; } 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 ``&p2[i][j]-&p2[0][0]==8*i+j`` 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， ``q1[i]==*(q1+i), q[i][j]==*(q1[i]+j)`` 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 「 ``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． :: #include 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; } 構造体メンバの参照 ================================================= 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`` 」． :: typedef struct{char s[8], *p;} str2; void main_5(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("%s\n", x[0].s); } 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 ================================================= ポインタについて考えるときに留意すべき点は，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. ``printf()`` の書式の ``%p`` は処理系に依存しますが [*]_ ，エラーになる条件が ``%d`` や ``%u`` と変わるとは思えません．例えば ``&n[0]+&n[1]`` は ``%u`` でもエラーになります． 数値を調べるだけであれば「 ``&n[1]-&n[0]`` は ``%p`` か ``%d`` か？」と思案する必要はないでしょう． .. [*] 自分の処理系での数値だけに着目し，[3]のような難しい説明は気にしないことにしましょう． 2. 「 ``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． 3. 「 ``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． 4. Ｃのバイブル[1]に複雑な宣言の例として「 ``char (*(*x[3])())[5];`` 」 が挙げられていますが，これを:: 「char (*(*x[3])())[5];」 『char[5] *(*x[3])(); 』 『char[5]* (*x[3])(); 』 『()(char[5]*) *x[3]; 』 『(()(char[5]*))* x[3]; 』 『(()(char[5]*))*[3] x; 』 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）． 5. 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("%p, %d\n", p++, *p);`` 」の結果は処理系 に依存します． あとがき ================================================= 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． @@reference: 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, 149, 4320024834@@ @@reference: kmaebashi.com/programmer/pointer.html, 配列とポインタの完全制覇@@ @@reference: docs.sun.com/source/806-4836/conv_v9.html, LP64 データ型モデルへの変換@@ @@author: pulsar@@ @@accept: 執筆中@@ @@category: プログラミング@@