C プログラミング入門
基幹7 (水5)
11: 動的メモリ確保
Linux にログインし、以下の講義ページ
を開いておくこと
http://www-it.sci.waseda.ac.jp/
teachers/w483692/CPR1/
2016-06-22
1
まとめ：ポインタを使った処理
内容
呼び出し元の変数を書き換える
文字列を渡す・配列を渡す
ファイルポインタ
複数の値を返す
大きな領域を確保する
説明
第9回
第 10 回
第 10 回
今回
今回
2
ポインタの扱い
3
複数の値を返す
return は 1 つの値しか返せない
複数返すには、書きこんでもらいたい変数へ
のポインタを渡す
返り値を使って計算
整数の配列の先頭ポインタとその個数
例：int 配列の最大・最小値を計算する
int maximum(const int *a, int n);
int minimum(const int *a, int n);
void minmax(const int *a, int n, int *m, int *M);
返り値を使わない
（使ってもいい）
最小値を書き込むアドレス
（変数などへのポインタ）
書き換えるので、 const が
つかない
最大値を書き込むアドレス
（変数などへのポインタ）
4
標準ライブラリ関数の例
整数部と小数部を求める関数
double modf(double value, double *iptr);
戻り値：value の小数部（符号付き）
iptr の指すメモリ領域：整数部（符号付き）
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main(void)
{
double ipart, fpart;
fpart = modf(32.5, &ipart);
小数部 0.5 は戻り値として返る
double ipart
32
double fpart
0.5
変数 ipart のアドレスを渡
すことで、関数 modf は、
ipart の中身を書き換える
ことができる
5
ポインタ変数の初期値の注意
通常の変数同様、ポインタ変数も初期化され
ない
しかし、どこかは指している
初期化しないポインタ変数でアクセスすると危険
{
int *p; // 初期化なし
*p = 100;
暗黙の初期化はされな
いので、どこを指すア
ドレスが入っているか
は不明。
☠
p
6
NULL ポインタによる安全策
以下の場合、 null ポインタを入れるとよい
初期化ではアドレスを決定しない
今まで使っていたアドレス無効になった
null ポインタを通したアクセスは発見しやす
い
{
int *p = NULL;
☠
ポインタ変数の値（アドレス）
が null ポインタの場合、斜線
を引いて、どこも指示していな
いことを表現することがおおい。
*p = 100;
p
null ポインタが指す領域にアクセスすると、
システムが検知して、例外を発生する
7
null ポインタ
どのアドレスでもないことを示す特別な値
空ポインタともいう
null ポインタに対してデリファレンス演算子
* を使うと例外 (null pointer exception) が発生す
る
null ポインタ定数マクロ NULL を使って判定
する
数値リテラル 0 は、 null ポインタに変換さ
れる
<stddef.h> で定義されているが、 <stdio.h>
などで自動的にインクルードされる
8
null ポインタ判定
以下のような書き方のバリエーションがある
p が null であるか
p が null でないか
if(p == NULL)
if(p == 0)
if(!p)
if(p != NULL)
if(p != 0)
if(p)
if は常に式の評価値が0でないことを判定する
ので、上段の式と同じ意味になる。
9
メモリ領域を作成する
10
基本型を返す関数
...
double trace3(const double Mat[3][3])
{
double tr = Mat[0][0]+Mat[1][1]+Mat[2][2];
return tr;
}
int main(void)
{
double Mat[3][3] =
{
{ 1, 2, 3 },
{ 4, 5, 6 },
{ 7, 8, 9 }
};
trace3(Mat); // => 15
double 型などの基本
型を戻り値とする関数
は簡単に作れる
値そのものがコピーを
されて伝搬していく
11
配列を返す関数？
配列のコピーは
できないので…
...
int* seq3(int a)
{
int s[] = { a, a+1, a+2 };
return s;
}
配列の先頭へのポイン
タを返す？
int main(void)
{
int *seq = seq3(10);
配列の先頭へのポイン
タを受け取る？
seq[0]; // => 10?
seq[1]; // => 11?
seq[2]; // => 12?
この方法ではうまくいかない
12
関数内の配列のアドレスを返してはいけない
関数内で定義された配列変数は、通常の変数
と同様に関数の実行が終了する際に消滅する
...
unsigned char *createNewImage(void)
{
unsigned char img[512*512] = { 0 };
return img;
}
このポインタ（ア
ドレス）の指す領
int main(void)
域はもうない
{
unsigned char *pImage;
...
pImage = createNewImage();
// この後ポインタ pImage を使って
// アクセスしてはいけない
配列の型を戻り値とする関数
は作れない
その代わり、ポインタを返す
createNewImage の領域
この領域は関数の実行後、
img
消滅してしまう
pImage
13
自動的に消滅しないメモリ領域を作る
動的メモリ確保 (dynamic memory allocation)
変数のような言語機能ではなく、標準ライブ
ラリ関数を使って、直接 OS にメモリ領域を
要求する
確保された領域は自由に使える
変数名はつかないので、ポインタでアクセスする
自動的には消去されないので、自分で解放する
14
動的メモリの確保
malloc() 関数によって指定したバイト数のメ
モリ領域を確保する
メモリ領域は初期化されない
メモリ不足などで確保が失敗した場合、
NULL ポインタが返る
確保された領域が置かれ
ているところをヒープ
(heap) という
malloc() のプロトタイプ
#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
次のスライドで説明
15
確保されたメモリ領域の値
malloc は void * 型を返す
C++では自動変換されない
ため、 static_cast が必要
特定の型を表さない
任意のポインタ型に自動変換できる
ヒープ領域
{
int *pInt;
double *pDouble;
100
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
3.14
指し示すアドレスは同じだが、
pInt = malloc(16);
扱われ方が型によって異なる
pInt[0] = 100;
// double の場合
// pDouble = malloc(16);
int *pInt
double *pDouble
// pDouble[0] = 3.14;
?
?
sizeof(int) == 4, sizeof(double) == 8 の
場合
main のスタック領域
16
サイズの指定
例： int 型の100個の領域を確保
int *mem = malloc(sizeof(int) * 100);
mem[0] ～ mem[99] としてアクセス
17
サイズの指定
例：画素値を unsigned char 型として、 w
× h のサイズのメモリ領域を確保
unsigned char *image =
malloc(sizeof(unsigned char) * w * h);
座標 x, y に対して、 image[x+y*w] としてアク
セス
w
0 ≤ x < w, 0 ≤ y < h
sizeof(unsigned char) は必ず 1
なので、書かなくてもよい
image[0+0*w]
h
image[x+y*w]
18
動的メモリの確保 (その他)
calloc(): malloc() と同じだが、さらにゼロ
で初期化を行う
size × num バイトの領域を確保する
メモリの全てのビットが 0 となるからと言って、
double などの型の値として 0 となるとは限らない
realloc(): 確保された領域のサイズを変更
calloc(), realloc() のプロトタイプ
#include <stdlib.h>
void *calloc(size_t num, size_t size);
void *realloc(void *ptr, size_t new_size);
19
動的メモリの解放
確保したメモリへのポインタを指定して、そ
の領域を解放する
解放した領域は使用してはならない
NULL を入れておくと安全。
既に解放済みのポインタに対して実行しては
いけない（2重解放エラー）
NULL ポインタを与えた場合は何もしない
free() のプロトタイプ
#include <stdlib.h>
void free(void* ptr);
どんな型のポインタも void * に
自動的に変換される
20
例題：PGM 画像
画像のためのメモリを自動的に確保する関数
...
// 画素値 0 で初期化された画像を動的に作成する
unsigned char *createImage(int width, int height)
{
int i;
unsigned char *img = malloc(width * height);
if(img == NULL)
sizeof(unsigned char) == 1 な
ので、掛けるのを省略
{
return NULL;
メモリ不足の場合は NULL を返す
}
for(i = 0; i < width*height; ++i) img[i] = 0;
return img;
すべてゼロで初期化する
}
21
例題：PGM 画像
使い終わったら自分で free() する
...
int main(void)
{
unsigned char *Image = NULL;
...
Image = createImage(640, 480);
...
free(Image), Image = NULL;
メモリ領域を解放する
ポインタは無効になるので、 NULL ポイン
タを代入しておくとよい
22
用語：メモリリーク (memory leak)
malloc() で動的確保した領域を free() で解
放し忘れて、メモリが圧迫されること
単純なプログラムではこの手のバグは見つけ
やすいが、秋期「Cプログラミング」で扱う
複雑なデータ構造では発生しやすく、見つけ
づらいバグとなる。
23
変数とポインタと動的メモリ確保の整理
メモリに領域を確保して値を読み書きする方
法には４つある
分類
生存期間
スコープ
メモリ領域
初期化
自動変数
（ローカル変数）
定義位置から
ブロック終端
まで
定義位置か
らブロック
終端まで
スタック
初期化が指定されている場
合のみ、ブロックに入るた
びに初期化される
大域変数
（グローバル変数）
プログラムの
実行開始から
終了まで
定義位置か
らプログラ
ム終了まで
静的領域
プログラム開始時に1度だ
け。初期化が指定されない
場合、0 で初期化される
静的変数
（static 変数）
プログラムの
実行開始から
終了まで
定義位置か
らブロック
終端まで
静的領域
同上
動的メモリ
確保から解放
まで
ヒープ
malloc() はされない
calloc() は 0 を書きこむ
変数名で参照しない
24
配列変数と動的メモリ確保の比較
機能
配列
動的メモリ確保
サイズ
自動変数の場合は、あまり大きなサ
イズは確保できない。
ほとんど制限がない
多次元
可能。ただし、関数などに次元やサ
イズを伝えられない
単なるポインタなので不可能
コピー
不可能。標準ライブラリ関数を利用
不可能。標準ライブラリ関数を利用
解放
自動変数の場合、ブロックを抜ける
と自動的に消滅する
free() によって自分で解放する
アクセ
ス
変数名が先頭へのポインタになる
malloc() によって得られるアドレ
スをポインタ変数に入れて扱う
25
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