C/C++のmalloc()とfree()の仕組みを徹底解説！動的メモリ確保と解放の基本

C言語やC++では、プログラムの実行時に必要なメモリを動的に確保・解放できます。その中核を担うのが標準ライブラリの malloc() と free() です。この記事では、両関数の基本的な仕組み、書式、そして具体的な使用例をわかりやすく解説します。

malloc()とは？

malloc() は、指定されたサイズ（バイト数）のメモリをヒープ領域に動的に確保し、確保したメモリの先頭バイトへのポインタを返す関数です。メモリの確保に失敗した場合には、NULLポインタが返されます。

C言語における malloc() の基本構文は以下のとおりです。

pointer_name = (cast-type*) malloc(size);

各要素の意味は次のとおりです。

• pointer_name − ポインタに付ける任意の名前です。

• cast-type − malloc() が確保したメモリを、どのデータ型のポインタとして扱うかを指定するキャスト先の型です。

• size − 確保するメモリのサイズ（バイト単位）です。通常は sizeof 演算子と組み合わせて指定します。

malloc()の使用例

以下は、C言語で malloc() を使って int 型4個分のメモリを確保し、配列のように扱うサンプルプログラムです。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n = 4, i, *p, s = 0;
    p = (int*) malloc(n * sizeof(int));

    if(p == NULL) {
        printf("\nError! memory not allocated.");
        exit(0);
    }
    printf("\nEnter elements of array : ");

    for(i = 0; i < n; ++i) {
        scanf("%d", p + i);
        s += *(p + i);
    }
    printf("\nSum : %d", s);
    return 0;
}

実行結果

Enter elements of array : 32 23 21 8
Sum : 84

この例では、malloc(n * sizeof(int)) によって int 型4個分の連続したメモリ領域を確保しています。確保後にNULLチェックを行い、失敗していた場合はプログラムを終了するのが安全な作法です。

free()とは？

free() は、malloc() などで動的に確保したメモリを解放する関数です。メモリを解放しても、ポインタ変数自体の値は変わりません。つまり、ポインタは引き続き同じメモリ位置を指し続けます（いわゆる「ダングリングポインタ」の状態になるため、解放後のアクセスには注意が必要です）。

C言語における free() の基本構文は以下のとおりです。

void free(void *pointer_name);

各要素の意味は次のとおりです。

• pointer_name − 解放対象のメモリを指すポインタの名前です。

free()の使用例

先ほどのプログラムに free() を追加した例を示します。使い終わったメモリを明示的に解放することで、メモリリークを防げます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n = 4, i, *p, s = 0;
    p = (int*) malloc(n * sizeof(int));

    if(p == NULL) {
        printf("\nError! memory not allocated.");
        exit(0);
    }
    printf("\nEnter elements of array : ");

    for(i = 0; i < n; ++i) {
        scanf("%d", p + i);
        s += *(p + i);
    }
    printf("\nSum : %d", s);
    free(p);
    return 0;
}

実行結果

Enter elements of array : 32 23 21 28
Sum : 104

まとめ

malloc() は実行時に必要なサイズのメモリをヒープから確保し、free() はそのメモリをシステムに返却する関数です。両者は必ずペアで使用するのが基本で、確保したメモリを解放し忘れるとメモリリークの原因となります。また、malloc() の戻り値は必ずNULLチェックを行い、安全にメモリを扱うことを心がけましょう。