C言語のポインタの基本を探る

C言語、学びはじめました

とあるイベントに参加したことをきっかけにC言語を勉強しています。自分自身も手探りで学んでいる最中ですが、C言語を勉強する上で学習コストの高いポインタについて、今の状態でわかっていることをまとめておきます。

間違いやより適切な表現等のご連絡、ご相談はこちらのリンクよりお願いいたします。

ポインタとは

ポインタは、メモリ上のアドレス(場所)を格納する変数です。通常の変数が「値」を持つのに対し、ポインタ変数は「値が格納されている場所」を持ちます。

例えるなら:

通常の変数 = 家の中の物
ポインタ = 家の住所

住所がわかれば、その家に行って物を取り出したり、置いたりできる、という感じで理解しています。

ポインタの長所:関数を超えて変数を操作できる

C言語では、通常、関数に変数を渡すと「値のコピー」が渡されます。そのため、関数内で値を変更しても、呼び出し元の変数には影響しません。

しかし、ポインタを使えば、関数を超えて元の変数を直接操作できます。これがポインタの使いどころになってきます。

サンプルコード

では、実際のコードで確認してみましょう。

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#include <stdio.h>

// main関数からポインタでnbが指す変数のアドレスを受け取っている
void single_pointer(int *nb)
{
	*nb = 42; // ポインタが指す先(=nの値)に42を代入
}

int main(void)
{
	int *nb; // ポインタ変数
	int n;   // 通常の変数

	n = 32;     // nを32で初期化
	nb = &n;    // ポインタ変数nbに変数nのアドレスを格納

	printf("before : %d\n", *nb); // single_pointer関数を呼ぶ前のnの値を確認
	printf("n address: %p\n", (void *)&n); // 変数nのアドレス
	printf("nb value: %p\n", (void *)nb);  // ポインタ変数nbの値(=変数nのアドレス)

	single_pointer(nb); // 関数にnbの値(=変数nのアドレス)を渡す
	printf("after : %d\n", *nb); // single_pointer関数実行後のnの値を確認

	return (0);
}

実行結果(例)

実行環境によってn adressとnb valueは変動すると思いますが、値は同一になっているはずです。

ちなみに自分の実行環境はOS: Ubuntu 24.04.3 LTS x86_64、コンパイラはcc (Ubuntu 13.3.0-6ubuntu2~24.04) 13.3.0、cc -Wall -Wextra -Werrorオプションでコンパイルしています。

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before : 32
n address: 0x7ffeeb8b9a3c
nb value: 0x7ffeeb8b9a3c
after : 42

コードの詳細解説

1. 各種変数の宣言と初期化

main関数の中から見ていきます。

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int n;      // 通常の変数
int *nb;    // ポインタ変数(int型を指すポインタ)
n = 32;     // nに値を代入
nb = &n;    // nbに変数nのアドレスを代入

int *nb の * は「ポインタ型」を示します
&n は「変数nのアドレスを取得」する演算子です
これで nb は変数 n の場所を「知っている」状態になります

2. ポインタが指す先の値を確認

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printf("before : %d\n", *nb);  // 出力: 32

*nb は「ポインタnbが指す先の値」を意味します(間接参照)
この時点では n の値である 32 が表示されます

3. アドレスの確認

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printf("n address: %p\n", (void *)&n);  // 変数nのアドレス
printf("nb value: %p\n", (void *)nb);   // ポインタnbの値

両方とも同じアドレスが表示されます。これは nb が正しく n を指していることを示しています。

4. 関数を超えて変数を操作

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single_pointer(nb);  // nのアドレスを渡す

ここでは、main関数の外に出てsingle_pointer 関数に nb(=変数nのアドレス)を渡しています。

single_pointer関数内では:

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void single_pointer(int *nb)
{
	*nb = 42;  // ポインタが指す先に42を代入
}

*nb = 42 により、ポインタが指す先、つまり main関数内の変数nの値が直接変更されます。

5. 結果の確認

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printf("after : %d\n", *nb);  // 出力: 42

関数実行後、変数 n の値が 32 から 42 に変わっていることが確認できます。

メモリのイメージ図

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アドレス: 0x7ffeeb8b9a3c 　
変数名: n         　
値: 32 → 42         　   　  ← ポインタnbが指している

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アドレス: 0x7ffeeb8b9a40
変数名: nb
値: 0x7ffeeb8b9a3c (nのアドレス)

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ポインタ関連の演算子

演算子	名前	意味	例
`*`	間接参照演算子	ポインタが指す先の値にアクセス	`*nb = 42`
`&`	アドレス演算子	変数のアドレスを取得	`nb = &n`

なぜポインタが必要なのか?

1. 関数から複数の値を返せる

通常、関数は return で1つの値しか返せませんが、ポインタを使えば複数の値を変更できます。

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void calculate(int a, int b, int *sum, int *product)
{
	*sum = a + b;
	*product = a * b;
}

上記のコードだと、void型なので直接には何も値は返りませんが、sumとproductの値は変更されるので二種類の変数が「返って」いることになります。

2. 大きなデータを効率的に扱える

構造体や配列など大きなデータをコピーせず、アドレスだけを渡すことで処理が高速になります。

3. 動的にメモリを確保する際に使う

malloc などで動的にメモリを確保する際、ポインタが必要です。

まとめ

ポインタは変数のアドレス(場所)を格納する変数
& でアドレスを取得し、* で指す先の値にアクセス
関数を超えて変数を直接操作できるのが最大の利点
メモリを効率的に扱うために不可欠

自分でも書いていて迷子になりかけていますが、だいたい「住所を教えて、その場所の物を操作する」というイメージで理解しています。実際にコードを動かして、アドレスと値の変化を確認してみてください!