番外編

番外編

１．Ｃ言語のポインタの説明

　番外編です。ここではＣ言語の挫折原因ナンバーワンといわれているポインタについて
ご説明したいと思います。
　ここではあくまでポインタというもののイメージを掴んでもらうための説明に留めますので
すでにポインタというもののイメージを掴めている方は読んでも意味がないかもしれません…

　では始めます。
　まずポインタとは何か！？ですが、ポインタとは変数のアドレスを保持する事の出来る変数、
そう、変数です。

　普段使っている int型や char型の変数は一度代入された数値は変数が無効になるまで
記憶されつづけます。一体そのデータはどこに記憶されているのかといいますと、当然『メモリ』
に記憶されています。最近ではは標準で１２８メガバイトとか２５６メガバイトとか余裕で積むよう
になったあの『メモリ』です。

　このメモリ、最近の膨大なメモリ空間を使えるパソコンでのソフト開発では殆ど気にしなく
なりましたが、この２５６メガバイトや１２８メガバイトのサイズのメモリには一体 int型
変数や char型変数が何個記憶できるのでしょうか。
　ちょっと脱線しますが考えてみましょう。

　まず Windows95以降の環境で int型の変数一個のデータを記憶するには４バイトのメモリ
領域が、 char型の変数一個のデータを記憶するには１バイトのメモリ領域が必要です。

　ちなみに１バイトの１０２４倍が１キロバイト、１キロバイトの１０２４倍が１メガバイト、
１メガバイトの１０２４倍が１ギガバイト、１ギガバイトの１０２４倍が１テラバイトと
なります。

　では計算してみましょう。

　１２８メガバイト = １,０２４キロバイト × １２８ = 131,072キロバイト
　131,072キロバイト = １,０２４バイト × 131,072 = 134,217,728バイト

　134,217,728バイト ÷ 4バイト = 33,554,432個

　なんと１２８ＭＢフルに int型変数を記憶出来たら 3355万4432個もの int型変数を記憶
する事が出来ます。すごいですね。

　さてこの膨大なメモリ上のどこかに int型変数１個分のデータを記憶するわけですが、Ｃ言語では
メモリ上のどこに記憶されるかや、メモリにどうやって記憶されているかなどのことは全く気に
せずに、ただ宣言した変数名を書いてそこに数値を代入することで目的は達成できます。

　　int c ;

　　c = 100 ;

　と言った感じに…
　ですが、ＣＰＵレベル…つまりＣＰＵが理解できるマシン語レベルでは当然『変数名』なんて
ものはありませんので、別の方法をつかってメモリ上のどこに記憶するか指定しています。
　そこでマシン語とほぼ一対一の関係にあるアセンブラコードの命令でメモリに数値を記憶する
コードの例を以下にしめしたいと思います。

　MOV [1222], 100

　かなりいい加減な記述ですが、『MOV』というのはマシン語の命令で、上記のコードは具体的
には『メモリアドレス「1222」バイト番地に数値１００を記憶せよ』という意味になります。
　そしてメモリアドレス「1222」というのが２５６ＭＢや１２８ＭＢあるメモリ上の「どこ」を示して
います。上記の例では０から数えて 1222バイト目の場所に 100 という数値を記憶する、
というコードになります。メモリが１２８ＭＢあれば、最大で [134217728]バイト番地まで
指定できる事になります。
　今の説明でもわかったかと思いますがこのようにＣＰＵレベルではメモリの『どこ』を示すの
に１つの数値で表現しています。

　話を元に戻します、このようにすべての変数のデータはこの０からメモリの上限値までの
アドレスで指定できるメモリ空間の『どこか』に記憶されていることになります。その『どこ』が
いわゆる変数のアドレスであり、そのアドレスを記憶するための変数がポインタ変数ということになります。

　そのポインタ変数を宣言する方法を次に記します。
　例として int型変数のアドレスを記憶するためのポインタ変数を宣言するには

　　int *Point ;

　と、普通の int型変数を宣言するのと違い変数名の前に『*』を付けます。これで Point は
int型変数のアドレスを記憶できる変数ということになりました。
　では実際に Point に int型変数のアドレスを記憶してみましょう。
　とりあえず普通の int型変数 i を宣言します、そして Point に int型変数 i のアドレスを
記憶してみたいと思います。

　　int *Point ;
　　int i ;

　　i = 800 ;
　　Point = &i ;

　となります、『ん？なんだこの「&」は』と思われるかと思います。『&』を付けないと Point
には i の値、つまり 800 が記憶されますが、変数名の前に『&』をつける事によって『変数が記憶
されているメモリ上のアドレス』を表している事となります。
　例えば変数 i はメモリアドレス 30 に代入されている値を記憶しているとしたら上記の記述で
Point には 30 という値が記憶される事になります。

　さてこれで Point にはめでたく変数 i の値が記憶されているアドレスを記憶する事ができましたが、
一体だからどうした、ということになりますよね。
　とりあえず一つの利用方法として記憶したアドレスが示すメモリ領域に値を代入したり参照したりする、
というものがあります。
　つまり変数 i でもないのにメモリアドレス 30 に記憶されている数値を参照したり別の値を
代入しちゃったり出来るわけです。これによって当然変数 i の値も変わります。
　さてその『記憶したアドレスが示しているメモリ領域にアクセスする方法』ですが、それは宣言した時と
同じようにポインタ変数名の前に『*』をつける事によって『記憶したアドレスが示すメモリ領域』を参照
することが出来ます。
　例えば先ほどの例の続きとして

　　*Point = 100 ;

　とすることによって Point が記憶しているメモリアドレス30 をデータの格納領域にしている
変数i の内容はめでたく 100 になってしまうわけです。
　他にも

　　int a ;

　　a = *Point + 300 ;

　とすれば int型変数 a には Point が記憶しているメモリアドレス 30 に格納されている値、
今のプログラムの続きだとすると 100 という数値が格納されていますから 100 + 300 = 400
の値が変数 a に記憶される事になります。

　おさらい

　　int *Point ;
　　int i , a ;　　　　　　　// &i : 30　　&a: 85

　　i = 800 ;　　　　　　　　// i : 800　　つまり　　[30] : 800
　　Point = &i ;　　　　　　// Point : &i　　つまり　　Point : 30

　　*Point = 100 ;　　　　// *Point : 100　　つまり　　[30] : 100
　　a = *Point * 20 ;　　// a : *Point * 20　　つまり　　a : [30] * 20

　　i = i + 60 ;　　　　　　// i : i + 60　　つまり　　i : 100 + 60

　(注… &変数は変数のアドレス　　[数] はアドレス[数] の参照)

　こんな感じです。イメージが出来たでしょうか？
　なお上の注釈では変数i や変数a のメモリアドレスを 30 や 85 と勝手に決めていますが、
実際はＣコンパイラやソフトがどのアドレスに記憶するかを決めるので、プログラマが任意に
変数を記憶するアドレスを指定するような事は出来ませんのであしからず、です。

　さて int型変数のアドレスを記憶するポインタ変数Point ですが、当然 Point も変数なので
記憶しているアドレスの内容はメモリ上のどこかに記憶されています。もし Pointの内容がメモリ
アドレス 120 に記憶されているとしたらメモリアドレス 120 の内容を書き変える事によってポインタ
変数Point の内容も改変することが出来てしまうのです。

　では、int型変数のアドレスを記憶するポインタ変数Pointのアドレスを記憶するポインタ変数とは
一体どうやって宣言したらいいのかといいますと、変数名の前に『*』を２つ付けるだけです。
　つまり

　　int *Point ;

　で普通の int型変数のアドレスを記憶できるポインタ変数を表すのですから、

　　int **Point ;

　とする事によって int型変数のアドレスを記憶出来るポインタ変数のアドレスを記憶できるポインタ変数
ということになります。
　使い方は同じです。

　　int *Point ;
　　int **Point2 ;
　　int i , a ;

　　a = 200 ;
　　i = 800 ;

　　Point = &i ;
　　Point2 = &Point ;

　　*Point2 = &a ;
　　*Point = 500 ;

　問題です。上のプログラムで最終的に int型変数 i と a にそれぞれなんの値が記憶されるでしょうか？
　答えは i が 800 で a が 500 です。もしこれがすんなりわかった方でしたらポインタのイメージは結構
つかめていると思います。

　内訳

　　int *Point ;　　　　// ( &Point : 120 )
　　int **Point2 ;　　　// ( &Point2 : 300 )
　　int i , a ;　　　　　　// ( &i : 30　　&a : 85 )

　　a = 200 ;　　　　　// ( a : 200　つまり　[85] : 200 )
　　i = 800 ;　　　　　// ( i : 800　つまり　[30] : 800 )

　　Point = &i ;　　　　// ( Point : 30　つまり　[120] : 30 )
　　Point2 = &Point ;　// ( Point2 : 120　つまり　[300] : 120 )

　　*Point2 = &a ;　　　// ( *[300] : 85 つまり [120] : 85 )
　　*Point = 500 ;　　　// ( *[120] : 500 つまり [85] : 500 )

　ということになります。括弧内の右側が全部数字で、まるでマシン語みたいですが、実際内部ではこんな
ことが行われています。

　さてポインタの利用方法は色々あるのですが、それを説明すると大変なのでここではあくまでイメージ
作りに役立てる程度にしておきたいと思いますのでこれにて説明を終わりにしたいとおもいます。

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