C 言語: 配列とポインタ

Question

C 言語の配列とポインタに関して質問です．

ポインタを使って配列の要素にアクセスする際には，
以下のように配列のアドレスをポインタ変数に代入する必要があることはわかります．

int a[10] = {10, 20, 30}, *p;
p = a;

しかし，多次元配列にアクセスする際には，データ型にキャストする必要があると参考書には書いてあります．

float balance[10][5], *p;
p = (float *)balance;
*(p + (3 * 5) + 1)

キャストの必要性は，多次元配列と 1 次元配列の違いであることはなんとなく理解できるのですが，
どうしてキャストが必要なのかわかりません．

よろしくお願いします．

Comments

[aglkjggg]

p = int ではなく p = aと思われます。

[ruby_11]

ご指摘ありがとうございます．p = a でした．

Answer 1

質問への回答

キャストは変数型を一致させる為だけに必要です。
「エラーになる」か「警告が出るがコンパイルが通る」か「エラーも警告も無し」かはコンパイラ依存になると思います。

データ型にキャストする必要があると参考書には書いてあります．

つまりこれに対する回答は「必要がある」かどうかと言われると「必ずしも必要ではないケースもある」という回答になる気がします。
勿論あるべき姿は変数型の一致したプログラムです。
キャストして合わせるのも問題ありませんが(※1)、私個人としては配列の先頭メモリアドレスをpに代入するという意味でp = &a[0]やp = &balance[0][0]という書き方が理解しやすい形かと思います。この書き方の場合型が一致しているのでキャストも不要です。

※1について

これらは全て同じ「配列の先頭メモリアドレス」をpに代入します。
p = balance, p = &balance, p = &balance[0], p = &balance[0][0]
どれも正しい「配列の先頭メモリアドレス」を代入している為プログラムは期待通りに動きます。
しかし、型が一致していない為コンパイル時にエラーまたは警告が出る場合があります。
この点を解決する為にキャストして型を「強制的に一致」させます。

Cのキャストは強制的なので場合によっては安全でない場合があります。
C++ではCのような何でも強制的にキャストできてしまうキャストは邪道とされてます。

余談

話が少しズレますが、実際のメモリと配列とポインタの関係については以下の画像を見て頂ければイメージが出来ると思います。

int a[10] = {10, 20, 30}, *p;
p = &a[0];

float balance[10][5], *p;
p = &balance[0][0];

Answer 2

型の違いがあるからキャストが必要です。

上の例では、a は 「int 型の要素を 10 個持つ配列」です。単に a としたときは、「int 型の要素を 10 個持つ配列」の先頭要素のアドレス、つまり「int 型」へのアドレスとなります。

balance は、 「「float 型の要素を 5 個持つ配列」を 10 個持つ配列」です。単に balance としたときは、「「...」を 10 個持つ配列」の先頭要素のアドレス、つまり「float 型の要素を 5 個持つ配列」へのアドレスとなります。特別扱いはないということです。

balance をそのまま受け入れるようなポインタ型変数は、例えば次の ap のようなものです。

float balance[10][5];
float (*ap)[5];
ap = balance;

ただし balance の先頭アドレスは型が違うだけで、実質先頭要素のアドレス &balance[0][0] と同じものになります。

Comments

[ruby_11]

コメントありがとうございます．

a の場合は 1 次元であるため，配列の要素にアクセスするための段階が 1 回であり，
一方で balance の場合は，1 段階のアクセスでは 10 個の配列の先頭のアドレスを入手し，
2 段階目で，各配列の 5 つの要素にアクセスすることができるため，参照の際に再度キャストをする必要がある，という理解で正しいでしょうか?

[Eki]

1段階のアクセス ... `balance`, 10個の配列の先頭のアドレスを入手
2段階のアクセス ... `balance[0]`, 「10個の配列の 0 番目の要素 = 5個の配列」の先頭アドレスを入手
と理解しました (間違ってたらごめんなさい) 。それなら前半は正しいと思います。

キャストに関しては段階は関係はありません。3次元でも同様です。

```
float balance[10][5][10];
float *p = (float*)balance;
```

キャストが必要となるのは本当に「ただ型が違うから」、です。質問文にある代入は、コンパイラには float (*)[5] という型の値を float * 型に代入するように見えます。普通、違う型に代入しようとするのは何か間違えている可能性が高いので、間違えてませんか？とコンパイラは警告ないしエラーを出すのです。

しかし、この場合、実質アドレスは同じのものになるとプログラマは知っていて、これを float * として扱いたいという意思があります。だから、「これは無理矢理 float * で扱いたいんです」ということを伝えるためにキャストを使うのです。