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C言語の配列の長さを完全解説｜取得方法・注意点・安全な管理方法

C言語入門
佐川 直弘 | Naohiro Sagawa
By 佐川 直弘 | Naohiro Sagawa (運営者)
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目次

1. はじめに

プログラミング言語「C言語」は、そのシンプルさとパフォーマンスの高さから、システム開発や組み込みシステムなど幅広い分野で利用されています。中でも「配列」はデータをまとめて管理するための重要なデータ構造であり、多くのプログラムで頻繁に使用されます。

この記事では、C言語における「配列の長さの取得方法」について詳しく解説します。特に、初心者がつまずきやすいポイントを中心に、基礎から応用まで丁寧に説明しますので、配列の長さを正確に把握するためのスキルをしっかりと身につけましょう。

2. 配列の基本概念

配列とは？

配列とは、同じデータ型の値を一つにまとめて管理できるデータ構造です。複数のデータを一括で処理する際に便利で、同じ型のデータを連続的にメモリ上に確保します。

配列の用途

  1. データの一括処理 – 学生の点数やセンサーデータなど、同じ種類のデータをまとめて管理する場合に適しています。
  2. 繰り返し処理への活用 – ループを使って順番にアクセスできるため、同じ処理を効率的に繰り返す場面で利用されます。
  3. メモリ管理 – メモリ空間を連続的に使用するため、アクセス速度が速く効率的です。

配列の仕組み

配列は、インデックス（添字）を使って各要素にアクセスします。C言語ではインデックスは0から始まり、最後の要素は「配列のサイズ – 1」でアクセスできます。

例：

int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
printf("%d\n", numbers[0]); // 10が出力される
printf("%d\n", numbers[4]); // 50が出力される

この例では、配列numbersに5つの整数が格納されており、添字を使ってそれぞれの要素にアクセスできます。

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3. 配列の宣言と初期化

配列の宣言方法

C言語では、配列は次のように宣言します。

型名 配列名[サイズ];

具体例：

int scores[10]; // 整数型の配列で、要素数は10

この例では、整数型（int）の配列scoresが宣言され、10個分のメモリ領域が確保されます。

配列の初期化

配列は宣言と同時に初期化することが可能です。

  1. 明示的に初期化する例
int values[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
  1. 一部の要素のみ初期化する例
int data[5] = {10, 20}; // 残りの要素は0で初期化される
  1. サイズを省略した初期化例
int numbers[] = {10, 20, 30}; // 要素数は3として自動計算される

未初期化の注意点

配列を初期化せずに使用すると、予測できない値（ゴミデータ）が格納されている可能性があります。そのため、必要に応じて初期化を行うことが推奨されます。

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4. 配列の長さ（要素数）の取得方法

C言語では、配列の長さ（要素数）を正確に取得することは重要です。特に、ループ処理やデータ管理を行う際には、配列のサイズを把握しておく必要があります。このセクションでは、具体的な取得方法と注意点について詳しく解説します。

4.1 sizeof演算子を使った取得方法

最も一般的な配列の長さを取得する方法は、sizeof演算子を利用することです。sizeofは、データ型や変数のメモリサイズをバイト単位で返します。

基本的なコード例

#include <stdio.h>

int main() {
    int array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int length = sizeof(array) / sizeof(array[0]); // 配列の要素数を計算

    printf("配列の長さ: %d\n", length); // 出力: 5
    return 0;
}

ポイント:

  • sizeof(array) – 配列全体のバイトサイズを取得します。
  • sizeof(array[0]) – 配列の最初の要素のバイトサイズを取得します。
  • 配列全体のサイズを1要素のサイズで割ることで、要素数を計算します。

4.2 関数に配列を渡す場合の注意点

関数に配列を引数として渡すと、配列は「ポインタ」に変換されます。そのため、sizeof演算子ではポインタのサイズ（多くの場合4または8バイト）が返され、配列の長さを正確に取得できません。

問題の例

#include <stdio.h>

void printArrayLength(int arr[]) {
    printf("サイズ: %ld\n", sizeof(arr) / sizeof(arr[0])); // 正しく動作しない
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArrayLength(array);
    return 0;
}

解決策
長さを別の引数として渡すようにします。

修正版コード例

#include <stdio.h>

void printArrayLength(int arr[], int length) {
    printf("配列の長さ: %d\n", length);
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int length = sizeof(array) / sizeof(array[0]); // 要素数を計算
    printArrayLength(array, length);
    return 0;
}

　

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5. 文字列配列の長さの取得

C言語では、文字列も配列として扱われます。しかし、通常の数値配列とは異なり、文字列は文字型（char型）の配列であり、終端に特殊文字'\0'（ヌル文字）が付加されます。このセクションでは、文字列配列の長さを取得する方法や注意点について解説します。

5.1 文字列と配列の関係

文字列は、文字の集合を表すchar型の配列です。以下の例を見てみましょう。

char str[] = "Hello";

このコードでは、配列strは次のようにメモリに格納されます。

Hello‘\0’

ポイント:

  • \0は終端文字であり、文字列の終わりを示します。
  • 配列のサイズは、\0も含めた6バイトとして確保されます。

5.2 strlen関数を使った文字列の長さ取得

文字列の長さ（文字数）を取得するには、標準ライブラリのstrlen関数を使用します。

コード例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("文字列の長さ: %ld\n", strlen(str)); // 出力: 5
    return 0;
}

注意点:

  • strlen関数は文字列の長さを動的に計算するため、終端文字'\0'はカウントされません。

5.3 sizeof演算子との違い

文字列の長さを取得する際、sizeof演算子を使用することも可能ですが、strlenとは結果が異なります。

コード例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str[] = "Hello";
    printf("sizeof: %ld\n", sizeof(str));  // 出力: 6（終端文字含む）
    printf("strlen: %ld\n", strlen(str)); // 出力: 5（終端文字を除く）
    return 0;
}

違いのポイント:

  • sizeofは配列全体のサイズを返します（終端文字も含む）。
  • strlenは文字数のみを返します（終端文字は含まない）。
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6. 可変長配列（VLA）の扱い

C言語では、C99規格から可変長配列（VLA: Variable Length Array）が導入されました。この機能を使うことで、コンパイル時ではなく実行時に配列のサイズを決定できるようになります。このセクションでは、VLAの特徴や使い方、注意点について詳しく解説します。

6.1 可変長配列（VLA）とは？

通常の配列は、コンパイル時にサイズが固定される静的配列です。一方で、VLAは実行時にサイズを決定できる動的配列であり、ユーザーの入力や計算結果に基づいてサイズを柔軟に設定できます。

従来の静的配列例:

int arr[10]; // サイズはコンパイル時に固定

可変長配列（VLA）例:

int size;
scanf("%d", &size); // 実行時にサイズを決定
int arr[size];      // 実行時に確保される配列

6.2 VLAの基本的な使い方

以下の例では、ユーザーが入力したサイズに応じて配列を作成し、その内容を処理します。

コード例:

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;

    printf("配列のサイズを入力してください: ");
    scanf("%d", &n); // 実行時にサイズを決定

    int arr[n]; // VLAの宣言

    // 配列へのデータ入力
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 配列の内容を表示
    printf("配列の要素: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

実行結果例:

配列のサイズを入力してください: 5
配列の要素: 1 2 3 4 5

ポイント解説:

  1. 実行時に配列サイズを動的に指定できるため、柔軟なデータ管理が可能になります。
  2. 配列サイズはプログラムの開始時には不明でも、実行中に決定できるのが特徴です。
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7. 配列の長さに関する注意点

C言語では、配列を扱う際にサイズ（長さ）の管理が非常に重要です。特に配列の長さを誤ると、プログラムの動作に悪影響を与えるだけでなく、深刻なセキュリティリスクにもつながります。このセクションでは、配列の長さに関する注意点と安全にコーディングするためのポイントを解説します。

7.1 配列の境界外アクセスを防ぐ

配列は固定サイズのデータ構造であるため、指定された範囲を超えてアクセスすると予期しない動作やプログラムのクラッシュが発生する可能性があります。

例：境界外アクセス

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

    for (int i = 0; i <= 5; i++) { // 最後のループ条件が間違っている
        printf("%d\n", arr[i]);  // 境界外アクセス
    }

    return 0;
}

対策:

  • ループ条件の適切な設定
for (int i = 0; i < 5; i++) { // 正しい条件
    printf("%d\n", arr[i]);
}
  • 動的に配列のサイズを利用
int length = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
for (int i = 0; i < length; i++) {
    printf("%d\n", arr[i]);
}

7.2 バッファオーバーフローの危険性

配列サイズの管理ミスによって発生する代表的な問題がバッファオーバーフローです。これは、配列の範囲外にデータを書き込むことで、他のメモリ領域を上書きしてしまう現象です。

例：バッファオーバーフロー

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char buffer[10]; // 10バイトの配列
    strcpy(buffer, "This string is too long!"); // サイズオーバー
    printf("%s\n", buffer);
    return 0;
}

対策:

  • 安全な関数を使用する
strncpy(buffer, "This string is too long!", sizeof(buffer) - 1);
buffer[sizeof(buffer) - 1] = '\0'; // 終端文字を確保

8. まとめ

この記事では、C言語における「配列の長さ」に関する基本概念から応用までを詳しく解説しました。配列は非常に便利なデータ構造ですが、正しく扱わないとプログラムの誤動作やセキュリティリスクにつながるため、注意が必要です。ここでは、記事のポイントを振り返りながら、今後の実践に役立つアドバイスをまとめます。

8.1 記事の振り返り

  1. 配列の基本概念と宣言・初期化
  • 配列は同じデータ型の要素を連続的に格納するデータ構造であり、宣言時にサイズを指定する必要があります。
  • 初期化の際は、サイズを省略することも可能で、便利に活用できます。
  1. 配列の長さ（要素数）の取得方法
  • 静的配列ではsizeof演算子を使って長さを取得できます。
  • 関数に配列を渡す際には、長さを別の引数として渡す必要がありました。
  1. 文字列配列の長さの取得方法
  • 文字列ではstrlen関数を使って文字数を取得し、sizeofとの違いを理解することが重要です。
  • 2次元配列では各文字列を個別に管理する必要がありました。
  1. 可変長配列（VLA）の扱い
  • 実行時にサイズを決定できるVLAは柔軟性が高いですが、スタックオーバーフローやコンパイラ互換性に注意する必要がありました。
  • 場合によってはmallocによる動的メモリ確保の利用も選択肢として検討しました。
  1. 配列の長さに関する注意点と安全なコーディング
  • 境界外アクセスやバッファオーバーフローを防ぐために、サイズチェックや安全な関数を利用する必要があります。
  • 動的メモリを使用する場合は、確保と解放をセットで行うことが重要です。

8.2 今後のステップ

  1. コード例を動かして理解を深める
  • 実際に記事内のコードをコンパイル・実行し、結果を確認しましょう。
  1. 応用課題に挑戦する
  • 多次元配列やポインタを活用したプログラムを作成して、さらに理解を深めましょう。
  1. 安全なコーディングの実践を継続する
  • セキュリティやエラーハンドリングを意識したプログラム設計を習慣化しましょう。

8.3 最後に

配列はC言語における基本でありながら、応用範囲の広いデータ構造です。本記事で解説した内容を活用しながら、安全で効率的なプログラミングを目指してください。

よくある質問（FAQ）

Q1: 配列の長さを取得する際にsizeofを使ったのに、関数内では正しく動作しないのはなぜですか？

A:
sizeof演算子は、配列がスコープ内に直接定義されている場合には配列全体のサイズを返します。しかし、関数に配列を渡すと、それはポインタに変換されます。ポインタは配列の先頭アドレスしか持たないため、sizeofを使うとポインタのサイズ（4または8バイト）が返され、正しい要素数が取得できません。

解決策:
関数に配列を渡す際には、配列の長さを別の引数として渡してください。

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d\n", arr[i]);
    }
}

int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(array, sizeof(array) / sizeof(array[0])); // 長さを渡す
    return 0;
}

Q2: 文字列の長さを取得するとき、sizeofとstrlenのどちらを使えばよいですか？

A:
用途によって使い分ける必要があります。

  • sizeof: 配列全体のバイト数を取得します。終端文字'\0'も含むため、バッファのサイズを確認するのに適しています。
  • strlen: 実際の文字数（終端文字'\0'を除く）を取得します。文字列の長さを知りたい場合に使います。

例:

char str[] = "Hello";
printf("%ld\n", sizeof(str));  // 出力: 6（'\0'を含む）
printf("%ld\n", strlen(str)); // 出力: 5

Q3: 可変長配列（VLA）と動的メモリ確保（malloc）はどちらを使うべきですか？

A:
どちらを選ぶかは用途によって異なります。

  • VLAの特徴:
  • 実行時にサイズが決定できるため簡便。
  • スタックメモリを使用するため、大きなサイズではスタックオーバーフローのリスクがあります。
  • C11以降ではサポートされていない環境もあるため、互換性に注意が必要です。
  • mallocの特徴:
  • ヒープメモリを使用するため、大規模なデータにも対応可能。
  • メモリ管理（確保と解放）を適切に行う必要がありますが、移植性が高く安全性も向上します。

Q4: 動的に確保した配列を使った後、メモリを解放し忘れた場合はどうなりますか？

A:
動的に確保したメモリを解放し忘れると、メモリリークが発生します。メモリリークが蓄積すると、システムのパフォーマンス低下やクラッシュにつながる可能性があります。

対策:
動的メモリを使う際は、使用後に必ずfree()関数で解放するようにしましょう。

例:

int *arr = malloc(10 * sizeof(int)); // メモリ確保
if (arr == NULL) {
    printf("メモリ確保失敗\n");
    return 1;
}

// 使用後の解放
free(arr);

Q5: バッファオーバーフローを防ぐために注意すべき点は何ですか？

A:
バッファオーバーフローは、配列サイズを超えるデータを書き込むことで発生し、プログラムのクラッシュやセキュリティホールの原因になります。以下のポイントを意識しましょう。

  1. 配列サイズのチェックを行う
  • データ入力時にサイズを制限する。
  1. 安全な関数を使う
  • strcpyではなくstrncpy、sprintfではなくsnprintfなどサイズ制限付きの関数を使用する。
  1. 余裕を持った配列サイズを確保する
  • 入力データサイズ＋終端文字を考慮する。
  1. 検証とテストを徹底する
  • 境界値テストを実施し、エッジケースもチェックする。

まとめ

このFAQでは、配列の長さ取得に関する疑問や注意点について具体的に回答しました。記事の内容とあわせて参考にしながら、安全で効率的なプログラム作成に役立ててください。