【C/C++】constとは？変数・ポインタ・配列・引数での使い方

const修飾子を使うと値書き換え不可の定数が作れます。

ポインタと一緒に使うことも多いです。

constは変数の意図しない書き換えによるプログラムミスを防ぐためや、将来コードを読む人に「この変数は書き換え不可ですよ」と伝えるためによく使います。

constとは？意味と利用目的を解説

constとは変数を書き換え不可の定数とするための修飾子です。

constを付けた変数に値を代入しようとするとコンパイルエラーになります。

どうしてわざわざ書き換え不可にするの？後から書き換えたくなるかもしれないから普通の変数として置いておけばいいんじゃないの？

おゆ

変数が書き換え可能だと思わぬタイミングで意図しない値に書き換えられてしまう危険があります。書き換えられては困る変数にはconstを付けます。

仕事におけるプログラム開発は複数人で行うことが多いです。

一人で開発する場合でも数年後に見直す頃にはどの変数が書き換え不可なのかすっかり忘れていることでしょう。

constを使えば同僚または未来の自分に向けて「この変数は書き換え不可だよ！」と伝えるメッセージになります。

また、書き換えようとしたときにエラーが出ることで意図しない変数書き換えも防いでくれるのです。

変数におけるconstの使い方

例1：

#include <stdio.h>
const float PI=3.14;
void main()
{
    const int num=1;
    //PI=3; //書き換えようとするとコンパイルエラー
    //num=1;
    printf("PI=%f\n",PI);
    printf("num=%d\n",num);
}

コメントアウトしている行のようにconstを使って定義した変数を書き換えようとするとコンパイルエラーになります。

ポインタにおけるconstの位置と使い方

ポインタにconstを使う場合はconstの位置によって意味が変わってきます。

constの位置によってポインタに格納されたアドレスとポインタが示す位置に格納されている値のどちらが書き換え不可になるのかは以下にまとめました。

覚えにくい法則ですが、個人的には以下のように覚えています。

値のみ書き換え不可「const データ型*」

データ型の前にconstを書いてポインタを定義するとポインタが示す位置に格納されている値が書き換え不可となります。

例2：

#include <stdio.h>
void main()
{
    int a=100, b=999;
    const int* c_ptr=&a;
    printf("c_ptr=%d\n",*c_ptr);
    c_ptr=&b; //アドレス書き換えは可能
    //*c_ptr=0; //値書き換えはコンパイルエラー
    printf("c_ptr=%d\n",*c_ptr);
}

アドレスのみ書き換え不可「データ型* const」

データ型の後ろにconstを書いてポインタを定義するとポインタが示すアドレスの書き換えができなくなります。

例3：

#include <stdio.h>
void main()
{
    int a=100, b=999;
    int* const c_ptr=&a;
    printf("c_ptr=%d\n",*c_ptr);
    //c_ptr=&b;  //アドレス書き換えはコンパイルエラー
    *c_ptr=0; //値書き換えは可能
    printf("c_ptr=%d\n",*c_ptr);
}

値もアドレスも書き換え不可「const データ型* const」

ポインタに格納されているアドレスとポインタが示す先に格納されている値の両方を書き換え不可にする場合はデータ型の前後にconstを書きます。

例4：

#include <stdio.h>
void main()
{
    int a=100, b=999;
    const int* const c_ptr=&a;
    printf("c_ptr=%d\n",*c_ptr);
    //c_ptr=&b; //アドレス書き換えはコンパイルエラー
    //*c_ptr=0; //値書き換えもコンパイルエラー
    printf("c_ptr=%d\n",*c_ptr);
}

char型配列におけるconstの使い方

char型配列

配列にconstを使う場合は以下のように記述します。

例5：

#include <stdio.h>
void main()
{
    const char array[]="Hello";
    //array[0]='h'; //書き換えようとするとコンパイルエラー
    printf("array=%s\n",array);
}

constは多次元配列でも同じように使えます。

char型のポインタ配列

ポインタを使って配列を表す場合は先述したようにconstの位置によって値とアドレスどちらを書き換えるかを制御できます。

例えば値を書き換え不可にしたい場合は以下のように書きます。

例6：

#include <stdio.h>
void main()
{
    char array[]="Hello";
    const char *c_ptr=array;
    //c_ptr[0]='h'; //書き換えようとするとコンパイルエラー
    printf("c_ptr=%s\n",c_ptr);
}

関数の引数におけるconstの使い方

ポインタ渡し

ポインタを実引数（関数呼び出し時に渡す引数）として渡すと、関数内で引数を書き換えた結果が関数外にも引き継がれてしまいます。

以下の例では実引数c_ptrはconstを使って定義されていますが、plus関数内で定義された引数（仮引数）xはconstでないため、関数内で値が書き換えられます。

例7（NG例）：

#include <stdio.h>
int plus(int *x, int y)
{
    *x=0; //xは書き換え可能
    return *x+y;
}
void main()
{
    int a=2, b=3;
    const int *c_ptr=&a; //定数として定義
    printf("*c_ptr=%d\n",*c_ptr);
    printf("2+3=%d\n",plus(c_ptr,b));
    printf("*c_ptr=%d\n",*c_ptr);
}

constを使って定義した*c_ptrの初期値は2だったのに関数呼び出し時後は0に値変更されてしまっています。

筆者の環境ではコンパイルするとワーニングが出ますが、エラーにはならず、プログラムが実行できてしまいまうんです。

これはまずいですよね。

関数内での値書き換えを防ぐには仮引数の定義時にconstを付ける必要があります。

下の例では例5の仮引数xの定義にconstを追加したので、*xを書き換えようとするとコンパイルエラーになります。

例8：

#include <stdio.h>
int plus(const int *x, int y)
{
    //*x=0; //xを書き換えようとするとコンパイルエラー
    return *x+y;
}
void main()
{
    int a=2, b=3;
    const int *c_ptr=&a; //constが無くても同じ結果になる
    printf("*c_ptr=%d\n",*c_ptr);
    printf("2+3=%d\n",plus(c_ptr,b));
    printf("*c_ptr=%d\n",*c_ptr);
}

上の例のようにポインタの値書き換えが無い関数ではポインタ引数にconstを付けて定義するのが一般的です。

そうすることで将来この関数を使う人に「値書き換えがない関数ですよ。」と伝えられます。

もしポインタの仮引数にconstが付いていなかったら値書き換えされないかいちいち確認する必要があり面倒です。

今は値書き換えがなくても将来的に値書き換えのコードが追加され、予期しないミスに繋がることも考えられます。

仮引数にポインタを使う場合は意図を持ってconstを付ける付けないを判断しましょう。

参照渡し（C++限定）

参照渡しはC++限定の機能です。

参照渡しする仮引数にconstを使うと関数内で値が書き換えられるのを防げます。

例9：

#include <stdio.h>
void rewrite(const int &x)
{
    //x=1; //xを書き換えようとするとコンパイルエラー
}
int main()
{
    int num=0;
    plus1(num);
    return 0;
}

参照渡しにおいてもポインタ渡しと同様、関数内で値書き換えがない場合はconstを付けることで「値書き換えがない関数ですよ。」というメッセージを残しておきましょう。

値渡しにconstは不要

値渡しする仮引数にはconstを付ける意味がないです。

値渡しされた変数は関数を出ると破棄されるので、値が変更されようされなかろうが関数外に響かないからです。

関数の戻り値におけるconstの使い方

ポインタが戻り値の場合

戻り値の型の前にconstを付けると戻り値が書き換え不可になります。

通常は戻り値がポインタの時にポインタの値を書き換え不可にするために使います。

例10：

#include <stdio.h>
const char *hello(){return "Hello";}
void main()
{
    const char *ptr=hello(); //constを付けないとワーニングが出る
    printf("%s\n",ptr);
}

上の例では戻り値を代入するポインタptrにconstを付けないとコンパイル時にワーニングメッセージが出ます。

ptrにconstを付けないとptrの値は書き換えできるのですが、ワーニングが出るのでconstを付けざるを得なくなり、結果としてptrを書き換え不可にできるのです。

これは以下の例のような異常終了を防止するのに有効です。

例11：

#include <stdio.h>
void main()
{
    char array[]="Hello";
    char *ptr1=array;
    ptr1[0]='h'; //問題なし
    printf("%s\n",ptr1);

    char *ptr2="Hello";
    ptr2[0]='h'; //異常終了するNGなコード
    printf("%s\n",ptr2);
}

ptr2ように文字列を直接代入したポインタを値書き換えしようとするとコンパイルは通りますが、プログラムが異常終了します。

異常終了する際はエラーメッセージが出ないため、エラー箇所の特定に苦労します。

そのような事態を防ぐために例10のような関数の戻り値にはconstを付けるのが有効です。

ポインタでない戻り値にconstは不要

戻り値がポインタでない時はconstを付ける意味がありません。

constが使えなくても不都合がないためです。

以下のように戻り値を代入する変数numにconstを付けなくてもエラーもワーニングも出ません。

例12：

#include <stdio.h>
const int number(){return 1;}
void main()
{
    char num=number(); //エラーもワーニングも出ない
    num=0;
    printf("num=%d\n",num);
}

numを定数にしたければnumの定義時にconstを付けます。

キャストでconstが外れるので注意【外してはいけない】

const変数をconstでない変数に代入（型変換）するとconstが外れます。

しかもキャスト（明示的型変換）ではワーニングが出ないので注意です。

以下の例ではconstを使って定義したポインタc_ptrをconstでないポインタptr1とptr2に代入しています。

例13：

#include <stdio.h>
void main()
{
    char array[]="Hello";
    const char *c_ptr=array;
    printf("c_ptr=%s\n",c_ptr);

    char *ptr1=c_ptr; //暗黙的型変換（ワーニングが出る）
    char *ptr2=(char*)c_ptr; //キャスト（ワーニングが出ない）
    ptr2[0]='h';
    printf("c_ptr=%s\n",c_ptr);
}

代入時に暗黙的型変換がされた場合は「constが外れたよ」という内容のワーニングが出るのでミスに気付けます。

しかしキャストした時はワーニングが出ません。

ptr2の値を書き換える際にも警告は出ないので、気づかないうちにconstで定義したはずのポインタを書き換えるというおかしなコードになってしまいます。

これはどんな副作用を引き起こすかわからないNGコードです。

ポインタをキャストする際はconstが外れないよう注意しましょう。

constとdefineの違い

constを付けて定義した変数とdefineを使って定義した変数はどちらも値を変更できないという特徴があります。

ではconstとdefineの違いは何なのでしょうか？

constまたはdefineを使って定義した変数には以下のような違いがあります。

例を挙げて詳しく見てみましょう。

以下の例ではdefineで定義した変数PIとconstを付けて定義した変数piに円周率3を代入し、半径rの円の面積areaを求めています。

例14：

#include <stdio.h>
#define PI 3
void main()
{
    const int pi=3;
    int r=1;
    int area1, area2, area3;
    area1=pi*r*r;
    area2=PI*r*r;
    area3=3*r*r;
}

変数piとPIはそれぞれ以下の手順で処理されます。

defineではコンパイル時に値が代入・固定されますが、constではプログラム実行時に変数が作られ、値も固定されます。

define変数はすべて定数で置き換えられるので、変数を保存するためのメモリ領域を必要とせず、メモリの節約になります。

しかし変数の有効範囲がプログラム全体に及ぶため、変数名が被りやすいなど管理がやや面倒です。

constを使って定義した変数（ローカル変数、グローバル変数、static変数）の作られ方は以下の記事で解説しています。

どちらも一長一短ありますが、通常、定数を定義したいときはconstを使います。

constなら変数の有効範囲が制限できて管理しやすいコードが書けるためです。

defineはプリプロセッサ命令を使いたい場合などdefineでしか実現できないコードを書く際に使います。

おゆ

define変数を定義するときはそうでない変数と区別するために変数名を大文字にしましょう。