プログラミング入門2

プログラミング入門２
第１１回
情報工学科篠埜功
今日の内容
• callocによる動的な領域確保について
• mallocという、callocに似たライブラリ関数もあ
るが、この演習ではcallocのみ紹介する。
動的な記憶域確保
静的(static)な記憶域確保
• これまでの方法
– 配列の要素数は固定。
– あらかじめ十分な大きさの配列を確保しておく必
要があった。
• 今回紹介する方法動的(dynamic)な記憶域確保
– 問題に応じて、適切なサイズの配列を確保する
には、プログラムの実行時に確保を行う必要が
ある。
– 余分なメモリの使用を避けることができる。
静的(static) --- プログラムのコンパイル時
動的(dynamic) --- プログラムの実行時
ヒープ領域(heap)
• プログラムからはヒープ領域(heap)を用いることがで
きる。
• ヒープ領域を使うには、mallocあるいはcallocという
ライブラリ関数を呼び出すことにより領域を確保する。
使い終わったら、freeというライブラリ関数を呼び出
すことにより解放する。解放することにより、それ以
降のmallocあるいはcallocの呼び出し時に再利用可
能になる。
（注意）ここでいうヒープ領域は、データ構造の授
業で習う木構造のヒープとは関係がない。
calloc関数
• ヒープ領域から実行時に記憶域を確保する。
• 引数として、データ型のサイズsize（第２引数）と、その個数
n（第１引数）を受け取り、１つの要素の大きさがsizeで長さ
nの配列の領域を確保する。確保した領域のすべてのビッ
トが0で初期化される。領域確保に成功した場合は、その
領域の先頭へのポインタを返し、失敗した場合は、ヌルポ
インタを返す。返り値の型はvoid *型である。返り値は、ポ
インタ型の変数に代入するときはキャストする必要はない
（キャストしてもよいが）。
• データ型のサイズは、sizeof (型式) で取得できる。
• calloc関数を使うためにはstdlib.hをインクルードする必要
がある。
ヌルポインタ
ヌルポインタ(null pointer)は、どこも指さないポインタであり、
何かを指しているポインタとは異なることが保証されている。
整数値0は、任意のポインタ型へ変換でき、その結果がヌル
ポインタである。
ヌルポインタを表すため、ヌルポインタ定数（0か、あるいは
(void *) 0）がマクロNULLとしてstddef.hに定義されている。
（stdlib.hなどのいくつかの他のヘッダーファイルにも定義され
ている。）
ヌルポインタは、キャスト無しで任意のポインタ型の変数に代
入したり、任意のポインタ型の値と比較してよい。自動的に型
変換される（暗黙の型変換）。
例（打ち込んで確認）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int型１個分の記憶域をヒープ
callocの返り値はキャスト
int *p; 領域から割り当てる
無しでpに代入してよい
p = calloc (1, sizeof (int));
NULLはキャスト無しでpと比較してよい
if( p == NULL )
printf ("記憶域の確保に失敗しました。\n");
else {
*p = 15;
printf ("*p = %d\n", *p );
}
return 0;
}
解説
• calloc関数による記憶域の動的な確保
int * p;
p = calloc (1, sizeof (int) );
int型ポインタ変数を宣言
int * p;
calloc関数呼び出し時に領域が確保され、
その先頭へのポインタがpに代入される。
p = calloc (1, sizeof (int) );
500番地
p
p
sizeof演算子
sizeof演算子は、型式を引数にとる。評価結果は、その型
のサイズである。
構文
sizeof (型式)
意味
sizeof (t) の評価結果はtのサイズである
型式は、int, double, char等の基本型、int [3]等の配列
型、struct {int px; int py;} 等の構造体型、int *等のポ
インタ型、 typedefで定義した型名、あるいはこれらの
組み合わせなどである。詳しくは教科書あるいは規格
書を参照。
例（打ち込んで確認）
#include <stdio.h>
typedef struct {
int x;
int y;
} point;
int main (void) {
printf ("int: %d\n", sizeof(int));
printf ("int[3] : %d\n", sizeof(int[3]));
printf ("struct {int x; int y;} : %d\n",
sizeof(struct {int x; int y;}));
printf ("point: %d\n", sizeof(point));
printf ("point *: %d\n", sizeof(point *));
return 0;
}
void へのポインタ型
calloc関数の返り値はvoid *型（voidへのポインタ型）である。
void *型のポインタを他のポインタ型変数に代入したり、他の
ポインタ型のポインタをvoid *型の変数に代入したりできる（暗
黙の型変換が行われるのでキャストは不要）。
int, char, double, 構造体など、さまざまな型のための領域を確保する
際にcalloc関数が用いられるので、void *型で返している。
（キャストしない例） int *p;
p = calloc (1, sizeof (int) );
キャストしても構わない。
（キャストする例） int *p;
p = (int *) calloc (1, sizeof (int) );
（補足）C++では、void*型のポインタを他のポインタ型の変数に代入す
るときにはキャストが必要。
free関数 : 記憶域の解放
• 動的に確保した記憶域は、不要になった時点でfree関数を呼
び出して解放する。それによって、それ以降のcallocあるいは
mallocの呼び出しで再利用可能な状態になる。
• stdlib.hというヘッダーファイルを読み込んで使う。
• 引数にポインタpを受け取り、pが指す先の領域を解放する。
返り値はない。ただし、pがヌルポインタのときは何も行わな
い。pはcalloc, malloc, あるいはreallocによって以前に割り当
てられた記憶域へのポインタでなければならない（もしそうで
ない場合は動作は未定義）。pが、freeやreallocによって既に
解放された領域を指している場合も動作は未定義。
（注意）reallocは、解放と割り当ての両方を行うライブラリ関
数である。この演習では、malloc, reallocの説明はしない。
例（打ち込んで確認）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int *p;
p = calloc( 1, sizeof(int) );
if (p == NULL)
printf ("記憶域の確保に失敗しました。\n");
else {
*p = 15;
printf("*p = %d\n", *p );
free(p);
}
return 0;
}
記憶域解放
free(p);
p = calloc( 1, sizeof(int) );
記憶域確保
確保した領域へ値を書き込む例（打ち込んで確認）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int * p;
p = calloc (1, sizeof(int));
if(p == NULL)
printf ("記憶域の確保に失敗しました。\n");
else {
printf ("整数を入力して下さい：");
scanf ("%d", p);
printf ("*p = %d\n", *p);
}
return 0;
}
１次元配列の動的確保
• 配列宣言の例
int x[10];
配列の要素数は定数式でなければならない。
要素数を変数とすることは1990年のISO規格では
許されていない。
（注）1999年のISO規格(C99)では許されているが。
実行時に領域を確保することにより、適切な長
さの配列を用いることができる。
例（打ち込んで確認）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main (void) {
int no, i=0;
int * p;
printf("確保する配列の要素数：");
scanf("%d", &no);
p = calloc (no, sizeof (int));
if (p == NULL)
printf ("記憶域の確保に失敗しました。\n");
else {
while (i < no) {
p[i] = i; i=i+1;
}
i = 0;
while ( i < no ) {
printf("p[%d] = %d\n", i, p[i] );
i = i + 1;
}
/* 続き */
free (p);
}
return 0;
}
p[0]
sizeof(int) * 5
p[1]
p[2]
p[3]
p[4]
p
基本課題１
文字列（アルファベットのみ）をキーボードから受け取り、
それを逆順に表示するプログラムを作成せよ。文字列
を格納する領域は、キーボードから文字数（の上限）N
を受け取り、callocで確保せよ。
（注意）文字列の形で格納する場合、最後にヌル文字
が必要である。ただ、この問題では逆順に表示できさえ
すればよく、ヌル文字を追加で格納するかどうかは自
由とする。
基本課題２
受験者N人（Nは実行時にキーボードから入力）の氏名およ
び数学、英語の2科目の試験の点数をキーボードから受け
取り、氏名、各科目の点数、合計点を一覧表にして表示し
たい。これを行うプログラムを、callocを用いて書け。
各受験者の氏名と点数を入力する部分、合計点を計算す
る部分、一覧表示をする部分は、別々の関数として定義し、
それらをmain関数から呼び出す形でプログラムを記述せよ。
（実行例）人数を入力してください: 2
氏名: 芝浦太郎
数学: 90
英語: 90
氏名: 芝浦次郎
数学: 100
英語: 100
氏名
数学英語合計
芝浦太郎
90
90 180
芝浦次郎 100 100 200
一覧表示で縦をそろえるには、
printfの変換指定を、文字列
の場合は%-8s, 整数の場合
は%4dのようにすればよい。
詳しくは教科書p.318を参照。
あるいはmanコマンドで
$ man –S 3 printf
で調べればよい。
構造体配列の動的確保（pointでの例）
(0) point構造体を定義
(1) point構造体へのポインタ型の変数pを宣言しておく。
point *p;
(2) 配列の要素数をキーボードから受け取り、Nに格納する。
(3) p = calloc (N, sizeof (point)); で必要な領域を確保し、その先頭アドレスをp
に代入
(4) pを使って、確保した領域内の各要素にアクセス。
p[0], p[1] などが領域内の各構造体を表す。（*p, *(p + 1), 等でもよい）
p[0].x, p[0].y, p[1].x, …などが、領域の中に確保された各構造体のメン
バーを表すことになる。
p -> x, p -> y, (p+1)-> x 等、アローを使った表記でもよい。
typedef struct {
double x;
double y;
} point;
発展課題１
基本課題２の表示を、合計点の高い順に表
示するように変更せよ。

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