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 <stdio.h>
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
- p[1] の値を示せ.
- &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 <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;
}
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 <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;
}
問２. 例２の n, p, q について
- ***q の値を示せ．
- 「 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 <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;
}
問３. 例３の s, p について
- (*p)[2] の値を示せ．
- *(*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 <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;
}
問４. 例４の p, q について
- **q1 の値を示せ．
- 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 <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;
}
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
- q->s[1] の値を示せ．
- 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．
- 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． |
「 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．
「 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．
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）．
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．
