【C言語】アドレスとポインタをわかりやすく解説！使うメリットは？

こんなお悩みにお答えします。

アドレスとはメインメモリ上の場所を示す番号

こう言われてもわけがわからないですよね。

それもそのはず、アドレスがわからない理由はメインメモリについて知らないからです。

アドレスを理解するにはメインメモリとは何かと、どう使われるのかの理解が必須です。

ということで簡単に解説しますと…

プログラムを動かすとパソコンの中に入ってるCPUとメインメモリが主に動きます。

CPUには計算をしたりメインメモリやディスプレイなどのパーツに命令を出したりする役割があります。

メインメモリとはその名の通り保存するためのパーツです。

メインメモリはCPUの動作について行けるほど動作速度が速いので、CPUの相棒として使われます。

プログラムを実行するとメインメモリにプログラムの中身が展開され、プログラムで使う変数などが一時的に保存されます。

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メインメモリ内で変数が保存される場所は変数の性質によって異なります。

例えばローカル変数はスタック領域、グローバル変数やstatic変数は静的領域に保存されます。

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メインメモリについて大まかに把握したところでアドレスについて解説していきます。

例えば以下のプログラムの動きを考えてみます。

例：

#include <stdio.h>
void main()
{
    int num=10;
    char chara='A';
    printf("num=%d\n",num);
}

numとcharaはそれぞれメインメモリのスタック領域に以下のように格納されます。

図の1マスはメインメモリ内のスタック領域のメモリセル1つを表しています。

1行が32マスあるので、4バイト（32ビット）分のデータが保存できます。

整数型の変数numには図の1行分（4バイト分）、charaには8マス分（1バイト分）の領域が割り当てられます。

それ以外の領域には変数とは関係のない値が保存されます。

例ではprintfでnumの値を表示するよう書かれています。

これを実行するため、CPUはまずnumの値を保存先のメインメモリに問い合わせます。

ですがメインメモリはどこにどの変数が保存されているか知らないので、以下のように問い合わせるとメインメモリは困ってしまいます。

これを解決するのがアドレスです。

先ほどのメインメモリ領域を1バイトごとに分け、左上から順に番号を振っていきます。

この番号がアドレスです。

スタック領域のアドレスは大きい数字から順に振られていくので、例として100から順に番号を振ります。

このようにしてメインメモリ内にアドレスを振り、CPUのセリフを以下のように変えます。

アドレスとバイト数を指定すればちゃんと目的の値が得られるんです。

このようにコンピュータ内部ではアドレスを使って変数を管理しています。

ちなみにcharaの値が欲しければ「アドレス96から1バイト分の値を教えて！」と言います。

得られた値とASCIIコード表（2進数と文字の対応表）と照らし合わせれば変数charaにはAが入っているとわかります。

つまりアドレスとはメインメモリの場所を特定するために振られた番号のことです。

変数に&を付けるとアドレスの中身が見れる

実は変数の頭にアンパサンド（&）を付けると変数が保存されている場所の先頭アドレスが得られます。

例：

#include <stdio.h>
void main()
{
    int num=10;
    char chara='A';
    printf("num address=%d\n",&num);
    printf("chara address=%d\n",&chara);
}

出力されるのは先頭アドレスなので整数型変数numはアドレス96468236から96468239までの4バイト分に保存されています。

文字型変数は1バイト分なので、charaは96468235に保存されています。

ポインタとは変数のアドレスを保存する変数

コンピュータ内部ではアドレスを使って変数を管理しています。

ということはプログラマもアドレスを指定して変数を操れるはずです。

このときに使うのがポインタです。

ポインタは変数のアドレスを保存するための変数です。

例：

#include <stdio.h>
void main()
{
    int num=10;
    int *p; //ポインタの宣言
    p=&num; //ポインタにnumのアドレスを代入（初期化）
    printf("num=%d\n",num);
    printf("*p=%d\n",*p); //ポインタが示すアドレスに格納されている値を取り出す

    printf("num address=%d\n",&num);
    printf("p=%d\n",p); //ポインタに保存されているアドレスを取り出す

    printf("p address=%d\n",&p); //ポインタが保存されているアドレスを取り出す
}

ポインタ宣言の書き方は変数宣言と似ており、変数名の前にアスタリスク（*）を入れることでポインタの宣言になります。

例ではポインタpに変数numのアドレスを代入しています。

*pと書くとポインタpのアドレスに格納されている値、つまりnumの値を指します。

メインメモリ内の様子を図で表すとこのようになります。

メインメモリ内にはnumの領域とpの領域が確保され、それぞれにnumの値とnumのアドレスが2進数で格納されます。

別の図で表すと以下のようになります。

四角内の数字は保存されている値です。

aが保存されているのはアドレス71301444から始まる領域で、10という数字が保存されています。

pにはaのアドレス71301444が格納されています。

ポインタを使うメリット

と思う方もいらっしゃるかと思います。

例えば関数内で実引数（関数呼び出し時に引数として渡した変数）の値を変更したいときにはポインタを使う必要があります。

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