C言語で2次元配列を動的に確保する方法

C言語では、単一のポインタを使うことで2次元配列を動的に確保できます。具体的には、malloc関数で「行数 × 列数 × データ型サイズ」分の連続したメモリブロックを確保し、ポインタ演算によって各行列要素にアクセスします。

以下に、この方法を示すサンプルプログラムを紹介します。

サンプルコード

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 
int main() {
   int row = 2, col = 3;
   int *arr = (int *)malloc(row * col * sizeof(int)); 
   int i, j;
   for (i = 0; i < row; i++)
      for (j = 0; j < col; j++)
         *(arr + i*col + j) = i + j;    
   printf("The matrix elements are:\n");
   for (i = 0; i < row; i++) {
      for (j = 0; j < col; j++) {
         printf("%d ", *(arr + i*col + j)); 
      }
      printf("\n");
   }
   free(arr); 
   return 0;
}

上記プログラムの実行結果は以下の通りです。

The matrix elements are:
0 1 2 
1 2 3

プログラムの解説

1. メモリの動的確保と初期化

まず、mallocを使って2次元配列arr用のメモリを動的に確保します。続いて、ネストしたforループとポインタ演算を組み合わせて、配列の各要素を初期化しています。該当するコード部分は以下の通りです。

int row = 2, col = 3; 
int *arr = (int *)malloc(row * col * sizeof(int));
int i, j;
for (i = 0; i < row; i++)
   for (j = 0; j < col; j++)
      *(arr + i*col + j) = i + j; 

ここでのポイントは、要素へのアクセス式 *(arr + i*col + j) です。これは arr[i * col + j] と同じ意味であり、1次元の連続メモリを行・列の2次元構造として扱うための計算です。「列数 × 行番号」分だけオフセットを進めることでi行目の先頭に到達し、そこからさらにj個進んだ位置の要素へアクセスします。

2. 要素の表示とメモリの解放

次に、初期化した2次元配列の値を画面に表示します。最後に、free関数を呼び出して、動的に確保したメモリを解放します。メモリリークを防ぐため、mallocで確保したメモリは必ず解放するようにしましょう。該当するコード部分は以下の通りです。

printf("The matrix elements are:\n");
for (i = 0; i < row; i++) {
   for (j = 0; j < col; j++) {
      printf("%d ", *(arr + i*col + j)); 
   }
   printf("\n");
}
free(arr); 

補足：その他の動的確保の方法

なお、C言語で2次元配列を動的に扱う方法は他にもあります。例えば、ダブルポインタ（ポインタの配列）を使って行ごとに個別にメモリを確保する方法や、C99以降で利用できる可変長配列（VLA）へのポインタを使う方法などが挙げられます。今回紹介した単一ポインタ方式は、メモリが連続しているためキャッシュ効率が良く、確保も解放も一度で済むという大きな利点があります。