【C言語】構造体へのポインタと動的メモリ割り当て（malloc）の使い方を解説

構造体へのポインタとは？

構造体へのポインタとは、構造体全体の先頭アドレスを保持するポインタのことです。

連結リスト、木構造（ツリー）、グラフといった複雑なデータ構造を実装する際に不可欠な概念であり、C言語プログラミングの中核を担う重要な仕組みの一つです。

また、ポインタから構造体のメンバにアクセスする際には、アロー演算子（->）と呼ばれる特殊な演算子を使用します。

宣言の方法

C言語で構造体へのポインタを宣言する構文は以下の通りです。

struct tagname *ptr;

記述例：

struct student *s;

メンバへのアクセス

ポインタが指す構造体のメンバには、次の形式でアクセスします。

Ptr->membername;

記述例：s->sno、s->sname、s->marks など。

例1：malloc関数による動的メモリ割り当て

以下は、malloc関数を使って構造体のメモリを実行時に動的に確保するC言語のサンプルプログラムです。ユーザーが入力した人数分のstruct person型メモリを一括で確保し、ポインタ演算（(ptr+i)）によって各要素へアクセスしています。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct person {
    int age;
    float weight;
    char name[30];
};
int main(){
    struct person *ptr;
    int i, n;
    printf("Enter the number of persons: ");
    scanf("%d", &n);
    /* n人分のstruct person用のメモリを確保 */
    ptr = (struct person*) malloc(n * sizeof(struct person));
    for(i = 0; i < n; ++i){
        printf("Enter name and age respectively: ");
        /* 1人目のメンバには ptr->name、ptr->age でアクセスし、
           2人目以降は (ptr+1)->name、(ptr+1)->age を使用 */
        scanf("%s %d", (ptr+i)->name, &(ptr+i)->age);
    }
    printf("Displaying Information:\n");
    for(i = 0; i < n; ++i)
        printf("Name: %s\tAge: %d\n", (ptr+i)->name, (ptr+i)->age);
    return 0;
}

実行結果

上記のプログラムを実行すると、次のような出力が得られます。

Enter the number of persons: 1
Enter name and age respectively: bhanu 24
Displaying Information:
Name: bhanu Age: 24

ここでのポイントは、sizeof演算子で構造体1つ分のサイズを取得し、それに入力された人数 n を掛けたサイズだけ malloc で確保している点です。これにより、実行時までデータ件数が不明な場合でも柔軟に対応できます。なお、確保したメモリは使用後に free(ptr) で解放するのが安全な作法です。

例2：ポインタのインクリメントによる複数データの処理

続いて、構造体配列のアドレスをポインタに設定し、「p++」でポインタを1つずつ進めながら複数人のデータを入力・表示する例を紹介します。

#include<stdio.h>
/* 外側の構造体を宣言 */
struct Manager{
    char Name[15];
    int Age;
    char Gender;
    float Level;
    char Role[50];
    char temp;
}m[20];
void main(){
    /* ループ用変数とポインタ変数を宣言 */
    int i;
    struct Manager *p;
    /* ポインタに配列の先頭アドレスを設定 */
    p=&m;
    /* ユーザー入力の読み込み */
    for (i=1;i<3;i++){ /* 2人分のマネージャーデータを受け付ける */
        printf("Enter the Name of manager %d : ",i);
        gets(p->Name);
        printf("Enter the Age of manager %d : ",i);
        scanf("%d",&p->Age);
        scanf("%c",&p->temp);/* バッファのクリア */
        printf("Enter the Gender of manager %d : ",i);
        scanf("%c",&p->Gender);
        printf("Enter the level of manager %d : ",i);
        scanf("%f",&p->Level);
        scanf("%c",&p->temp);/* バッファのクリア */
        printf("Enter the role of manager %d : ",i);
        gets(p->Role);
        p++;
    }
    /* 出力用にポインタを先頭へ戻す */
    p=&m;
    /* 結果の出力 */
    for (i=1;i<3;i++){
        printf("The Name of Manager %d is : %s\n",i,p->Name);
        printf("The Age of Manager %d is : %d\n",i,p->Age);
        printf("The Gender of Manager %d is : %c\n",i,p->Gender);
        printf("The Level of Manager %d is : %f\n",i,p->Level);
        printf("The Role of Manager %d is : %s\n",i,p->Role);
        p++;
    }
}

実行結果

上記のプログラムを実行すると、次のような出力が得られます。

Enter the Name of manager 1 : Hari
Enter the Age of manager 1 : 55
Enter the Gender of manager 1 : M
Enter the level of manager 1 : 2
Enter the role of manager 1 : Senior
Enter the Name of manager 2 : Bob
Enter the Age of manager 2 : 60
Enter the Gender of manager 2 : M
Enter the level of manager 2 : 1
Enter the role of manager 2 : CEO
The Name of Manager 1 is : Hari
The Age of Manager 1 is : 55
The Gender of Manager 1 is : M
The Level of Manager 1 is : 2.000000
The Role of Manager 1 is : Senior
The Name of Manager 2 is : Bob
The Age of Manager 2 is : 60
The Gender of Manager 2 is : M
The Level of Manager 2 is : 1.000000
The Role of Manager 2 is : CEO

このプログラムでは、scanf の直後にダミー変数 temp へ読み込ませてバッファ内の改行文字を取り除くことで、性別（%c）やレベル（%f）が正しく入力されるよう工夫されています。

なお補足ですが、gets 関数はバッファオーバーフローの危険性があるため、近年のコンパイラでは非推奨（警告対象）となっています。実際の開発では fgets の使用が推奨されます。