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構造体配列の利用: ポインタ、アドレス参照（逆参照）、->演算子

用語説明と問題意識

  • 用語説明
    • アドレス: メモリ上の位置情報。「e.g., int型のリテラルを0x00番地に保存した」
    • ポインタ: アドレスを指す情報。「e.g., 0x00番地を参照したらint型のリテラルが保存されていた」
  • 何故こんなことを考える必要があるのか？
    • 計算機（コンピュータ）の動作原理を理解して欲しい。詳細は「計算機アーキテクチャ」「オペレーティングシステム」「アルゴリズムとデータ構造」等の後続必修科目にて。
    • プログラミング言語によっては、アドレスやポインタを殆ど意識せずにプログラミング可能。一方で、このことを意識していないために混乱したり、リソース（計算機資源）を非効率的に使ってしまうことがある。
    • ここでは、ポインタとアドレス参照を意識しやすい（意識せざるを得ない）C言語を通して、演習してみよう。

コード例1: ポインタとアドレス参照（外観）

  • step 0: 最低限のコードを用意。
#include <stdio.h>

int main(){
  return 0;
}
  • step 1: 本の名前(char[])と価格(int)を保存するための構造体bookを定義。
    • #define は、グローバルな定数と考えることもできる。（実際には大きく異なる。調べてみよう）
#define BOOK_NAME_LENGTH 10

struct book{
    char name[BOOK_NAME_LENGTH];
    int price;
};
  • step 2: main関数内でいくつかbookを用意し、book1の中身・サイズ・アドレスを確認してみる。
    • *book3: 後で使うためのポインタ変数。
    • sizeof(book1): book1を保存するために確保したメモリサイズ。unsigned long型（print書式は%luを指定）。
    • &book1: book1を保存しているアドレス（pointer）。
struct book book1 = {"book1", 1000};
struct book book2 = {"book2", 120};
struct book *book3; //ポインタ変数（アドレスを指す情報を保存するための変数）

//book1の中身、サイズ、アドレスを確認
printf("## step2\n");
printf("book1.name = %s, .price = %d\n",book1.name,book1.price);
printf("sizeof(book1) = %lu\n",sizeof(book1)); //%lu = unsigned long (int)
printf("%p\n",&book1); //%p = pointer
  • step 3: step2を真似て、book2についても中身・サイズ・アドレスを確認するコードを書こう。
  • step 4: book2のアドレスを、ポインタ変数 *book3 に代入し、book3の中身を確認してみる。
    • book2のアドレスは、&book2 で参照できる。&book2 はアドレスのため、これを保持するためにはポインタ変数が必要。これが、step1で用意した struct book *book3。
    • book3 = &book2: アドレスをポインタ変数に保存。この時点ではポインタ変数冒頭に*が付いていない。
      • book2のアドレスを参照しているため、book3のアドレスも同じであることを確認しよう。
    • book3->name: ポインタ変数に保存されているのが構造体の場合には、.演算子の代わりに、->演算子を使って構造体の中身を参照する。
//book2のアドレスを、*book3に代入し、book3の中身を確認
printf("## step4\n");
book3 = &book2;
printf("book3->name = %s, .price = %d\n",book3->name,book3->price);
printf("sizeof(book3) = %lu\n",sizeof(book3));
printf("%p\n",&book3);
  • step 5: book3->priceを変更し、book2.priceを確認
    • 同じアドレスのため、book3を変更したら、book2も変更されていることを確認しよう。
printf("## step5\n");
book3->price = 3;
printf("book2.price = %d\n",book2.price);

コード例2: 構造体配列を、関数に参照渡しで参照させる方法

  • case 1: 配列全体を渡す場合。

    • 関数呼び出し時に「変数名」をそのまま指定。関数側では「*変数名」のように、変数名冒頭に * を付ける。

  • case 2: 配列の指定要素（インデックス指定）を渡す場合。

    • 関数呼び出し時に「&変数名[i]」のように、インデックスiで指定する際に冒頭に & をつける。関数側では「*変数名」のように、変数名冒頭に * を付ける。

  • コード例: swap.c