【C言語入門】ポインタと配列の関係をわかりやすく解説｜スケールファクタとは

ポインタと配列の基本的な関係

C言語では、コンパイラが配列のすべての要素に対して連続したメモリ領域を自動的に割り当てます。ここで重要になるのが「ベースアドレス」です。ベースアドレスとは、配列の先頭要素（0番目の要素）が格納されているメモリアドレスのことを指します。

例えば、次のように配列を宣言してみましょう。

int a[5] = {10, 20, 30, 40, 50};

この場合、5つの要素はメモリ上に以下のように順番に格納されます。

ここで変数「p」をint型へのポインタとして宣言すれば、次のいずれかの代入文によって、配列aの先頭アドレスをポインタに持たせることができます。

p = a;
または
p = &a[0];

配列名だけを書いた場合、それは先頭要素のアドレスを意味するため、どちらの書き方でも同じ結果になります。あとは「p++」でポインタを1つずつ進めていくことで、各要素へ順番にアクセスできます。

ポイントとなるのは、ポインタをインクリメントすると、その値は「ポインタが指すデータ型のサイズ」分だけ増えるという点です。この増加分のサイズは「スケールファクタ（scale factor）」と呼ばれます。たとえばint型が4バイトの環境では、p+1は実際には4バイト先のアドレスを指します。

ポインタpと配列aの関係は、以下のようになります（ベースアドレスを1000と仮定）。

P   = &a[0] = 1000
P+1 = &a[1] = 1004
P+2 = &a[2] = 1008
P+3 = &a[3] = 1012
P+4 = &a[4] = 1016

このように、配列要素のアドレスは「添字（インデックス）」と「そのデータ型のスケールファクタ」から計算することができます。

アドレス計算の例

a[3] のアドレス ＝ ベースアドレス ＋ (3 × int型のスケールファクタ)

　　　　　　　　＝ 1000 ＋ (3 × 4)

　　　　　　　　＝ 1000 ＋ 12

　　　　　　　　＝ 1012

さらに、間接参照演算子「*」を使えば、ポインタ経由で配列要素の値を取得できます。つまり、次の等式が成り立ちます。

*(p+3) は a[3] の値を表す
a[i] = *(p+i)

これは「添字によるアクセス」と「ポインタ演算によるアクセス」が完全に等価であることを示しています。C言語の配列操作を理解するうえで非常に重要な概念です。

サンプルプログラム

それでは実際に、ポインタを使って配列の要素を入力・表示するプログラムを見てみましょう。

#include<stdio.h>

int main(void) {
    int a[5];
    int *p, i;

    printf("5つの整数を入力してください: ");
    for (i = 0; i < 5; i++)
        scanf("%d", &a[i]);

    p = &a[0];  /* ポインタpに配列の先頭アドレスを代入 */

    printf("配列の要素は以下の通りです: ");
    for (i = 0; i < 5; i++)
        printf("%d ", *(p+i));

    return 0;
}

実行結果

5つの整数を入力してください: 10 20 30 40 50
配列の要素は以下の通りです: 10 20 30 40 50

まとめ

• コンパイラは配列の全要素を連続したメモリ領域に配置する
• 配列名は先頭要素のアドレス（ベースアドレス）を表す
• ポインタを1つ進めたときの増加量は、指すデータ型のサイズ（スケールファクタ）に依存する
• a[i] と *(p+i) は完全に等価である