【C言語】実行時に2次元配列を操作する!全要素の和と積を計算する方法

問題

実行時(ランタイム)にキーボードから値を入力し、2つの2次元配列の全要素について「和」と「積」を計算して表示するCプログラムを作成します。

解決策のポイント

• プログラムの実行時に必要なメモリを確保する方式は「動的メモリ割り当て(dynamic memory allocation)」と呼ばれます。コンパイル時にサイズを固定せず、実行時に柔軟に配列を扱いたい場合に用いられる手法です。

• C言語では、calloc() や malloc() といった関数を使うことで、ヒープ領域に動的にメモリを確保できます。

• 本記事のサンプルでは、配列サイズをあらかじめ宣言した上で、実行時に scanf() で各要素へ値を読み込む方法を紹介します。

このプログラムでは、実行時に入力された2次元配列A・Bの対応する要素同士を足し合わせた「和の配列」と、掛け合わせた「積の配列」をそれぞれ計算して画面に表示します。

2次元配列の和を求めるロジック

printf("Sum array is : \n");
for(i=0;i<2;i++){
    for(j=0;j<3;j++){
        sum[i][j]=A[i][j]+B[i][j];
        printf("%d\t",sum[i][j]);
    }
    printf("\n");
}

外側のループで行(i)を、内側のループで列(j)を制御しながら、配列AとBの同じ位置にある要素同士を加算し、結果を順番に出力していきます。

2次元配列の積を求めるロジック

printf("Product array is : \n");
for(i=0;i<2;i++){
    for(j=0;j<3;j++){
        product[i][j]=A[i][j]*B[i][j];
        printf("%d\t",product[i][j]);
    }
    printf("\n");
}

和を求める場合と構造はまったく同じで、演算子を + から * に変更するだけで、対応する要素同士の積が計算できます。

サンプルプログラム

#include<stdio.h>

int main(void){
    /* 配列の宣言 */
    int A[2][3], B[2][3];
    int sum[2][3], product[2][3];
    int i, j;

    /* 実行時に配列Aへ要素を読み込む */
    printf("Enter elements into the array A: \n");
    for(i=0;i<2;i++){
        for(j=0;j<3;j++){
            printf("A[%d][%d] :",i,j);
            scanf("%d",&A[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    /* 実行時に配列Bへ要素を読み込む */
    for(i=0;i<2;i++){
        for(j=0;j<3;j++){
            printf("B[%d][%d] :",i,j);
            scanf("%d",&B[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    /* 和を計算して出力 */
    printf("Sum array is : \n");
    for(i=0;i<2;i++){
        for(j=0;j<3;j++){
            sum[i][j]=A[i][j]+B[i][j];
            printf("%d\t",sum[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    /* 積を計算して出力 */
    printf("Product array is : \n");
    for(i=0;i<2;i++){
        for(j=0;j<3;j++){
            product[i][j]=A[i][j]*B[i][j];
            printf("%d\t",product[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

注意: 元のコードでは sum[i][j] や product[i][j] を、ループ変数 i・j の初期化前に宣言しており、これは未定義動作となります。上記のサンプルでは sum[2][3]、product[2][3] と明示的にサイズを指定し、安全な形に修正しています。

実行例

以下は、配列Aに {1, 2, 3} と {4, 5, 6}、配列Bに {2, 2, 2} と {1, 1, 1} を入力した場合の実行例です。

Enter elements into the array A:
A[0][0] :1
A[0][1] :2
A[0][2] :3

A[1][0] :4
A[1][1] :5
A[1][2] :6

B[0][0] :2
B[0][1] :2
B[0][2] :2

B[1][0] :1
B[1][1] :1
B[1][2] :1

Sum array is :
3	4	5
5	6	7

Product array is :
2	4	6
4	5	6

まとめ

このように、二重のforループと scanf() を組み合わせることで、実行時に2次元配列へ値を入力し、要素ごとの和や積を簡単に計算できます。より大きな配列や、実行時までサイズが確定しない配列を扱いたい場合は、malloc() や calloc() による動的メモリ割り当てを活用するとよいでしょう。