C++の配列変数の上手い使い方が分からない

Question

C++の配列変数の上手い使い方が分かりません。
例えば

int a[100];

これ自体は便利なのですが、返り値に配列変数を使うことはできません。
自分がコードを書いているとよく配列変数を返り値に持ってきたい事が多々あります(下手くそなので)
配列変数の便利なところを教えていただけませんか？

Answer 1

CのAPIに生配列なポインタを渡す必要がある場合を除いて、C++で生配列を使いません。vectorの方が機能も多く、柔軟性に富み、速度もほとんど遅くならないからです。

Comments

[_Victorique__]

確かに生配列よりvectorの方が良いですね。ありがとうございます！

Answer 2

こんにちは。

配列変数の便利なところを教えていただけませんか？

私は要素数を明記しないで領域確保できる点は便利と思います。

int a[]={1, 2, 3};

ただ「変数」としてこれを使うことは確かに少ないです。
どちらかと言うと次のような使い方がほとんどです。

char const*const string_table[]={"Taro", "Hanako", "Hiroshi"};

（右側のconstの必要性を理解したのはごく最近ですが。）

他に変数として使うケースは、確かに少ないです。
要素数が本質的に固定長の場合は、C++11以降ならstd::array<>を使えば性能は落ちないし、お手軽コピーもできます。（もちろん、関数の戻り値にもできます。）

生配列は関数に渡すなどした瞬間、要素数が飛んでしまうので、頭痛いです。ちょっと油断すると不正メモリアクセスになりますから。

生配列「変数」を使うのは、使い捨てコードなどでキーを打つ回数が少なくて済むので使う時や、今回のように配列の振る舞いを調べる時くらいな気もします。

---

【話がそれますが】
クラス（std::array<>もクラスの１つです）を関数の戻り値で返却すると、コピーが無駄に走るので良くないと言われます。
しかし、ちょっとだけ注意してコーディングすれば、メジャーなコンパイラは、最適化(RVOやNRVO)するので、実は無駄なコピーは回避されます。
RVOやNRVOをサポートしていないコンパイラを対象とする場合を除き、使った方が可読性が上がるので積極的に使ってもよいのではないかと思います。

Comments

[_Victorique__]

詳しい回答ありがとうございます！

Answer 3

自分がコードを書いているとよく配列変数を返り値に持ってきたい事が多々あります

戻される配列のサイズがわかっているなら、関数の引数に出力するアドレスを渡すのが一般的ですかね？

// 呼び出し側で配列を確保する
int a[100] = {0};
// a = foo(); ではなく、foo の引数に a(アドレス)を渡す
foo(a, 100);

// foo の実装では、引数に渡されたアドレスに内容を書き込む
void foo(int* out, size_t n) {
    out[0] = 42;
    ...
}

戻される配列のサイズがわからない場合は、もう配列を使うのは無理なので、ポインタではなくてイテレータにするのが一般的ですかね？

呼び出し側でvectorを用意する
std::vector<int> v;
// v = foo(); ではなく、foo に挿入用のiteratorを渡す
foo(std::back_inserter(v));

// foo の実装では、イテレータに書き込む
template <typename OutIt>
void foo(OutIt it) {
    *it++ = 42;
    ...
}

なんにせよ、C/C++ には C/C++ の「流儀」があるので、それに沿ったコードを書くと他の人が見て、驚きが少なくなってよいです。

Comments

[_Victorique__]

ちょっと試してみます。ありがとうございます！

Answer 4

C++なら積極的にSTLを使いましょう。固定配列はarray、動的配列はvectorを使うことをお勧めします。どちらも関数の戻り値として使うことができます。
ただし、配列要素のコピー処理が発生することもあるので、パフォーマンスを考慮するなら戻り値ではなく参照によるout引数にした方が良いかもしれません。

Comments

[_Victorique__]

out引数ですか、ありがとうございます！

Answer 5

1つのテクニックとして、「配列を入れた構造体を使う」という方法があります。これなら、C言語でも配列そのままで返り値にできます（ただし、コピーになります）。

Comments

[_Victorique__]

なるほど構造体は確かにありですね。ありがとうございます！

Answer 6

補足：以下の回答ではCおよびC++で共通の配列の考え方について言及してます。言語名をCと表現していますがC++に読み替えてください。

---

返り値に配列変数を使うことはできません。

それは、関数のローカル変数で配列を定義したとき、それを返り値にはできないということをおっしゃっていると思います。
それはその通りですが、配列に限らず大きな構造を持つデータを扱う際に「先頭アドレスにより構造全体を表現する」というテクニックでは同様の制限がありますね。

配列変数の便利なところ

発想を逆転すれば便利と感じるのではないかと思います。

配列でも大きな構造を持つデータでも、関数の実行期間を超えてそのデータにアクセスするにはヒープ上に領域を確保したり開放することが必要です。これはC言語に限った話ではなく計算機プログラミングで一般的に成立します。なぜならデータをやり取りするプロセッサーには限られた情報しか保持できない(つまりレジスターはたかだか数個～十数個の基本語長(32bitとか64bit)のデータしか保持できない)からです。

一方、そのようなデータが「特定の関数の実行期間の間だけ存在していればいい」場合は確保や解放にわずらわされることなく、その関数のローカル変数上に単に宣言すれば「関数が終了する際に自動的に消えてくれる」ので便利と感じることができると思います。

ただ、それとは違う感覚もあると思います。構造を持たない整数や実数などは「値を生成する関数のローカル変数として宣言し、その値を戻り値として返す」ことができますが、配列でもそれができればもっと便利になるのに・・・という感覚です。C以外に「データを使っているかどうかをシステムが自動的に判定して使わなくなったら自動的に開放する」言語があります。JavaやC#やLispや多くのスクリプト言語(python, ruby, etc.)などシステムにガベージコレクターを備えているものではそういうことができます。

int[] callee() {
  int[] a = { 1, 2, 3 };
  return a;
}

void caller() {
  int[] a = callee();
  ... a[i]にアクセス可能
}

そうした言語では配列のようなデータはヒープに確保することが基本になっており関数のローカル変数で宣言してはいますが実体はヒープ上に(C言語であたかもmallocを使ったときと似た方法で)確保されてます。いつこの配列がいらなくなるかはプログラマーではなくシステムが自動判定するのでこのような方法を採っているのです。

確かに「配列データを生成したくなった場所で宣言し」「それを自由に関数の戻り値とでき」「いらなくなったかどうかはプログラマーが気にしなくてもシステムが自動的に開放してくれる」は便利です。

ただし便利さには「メモリーをいつ解放すべきかをガベージコレクターがある一定のＣＰＵ時間を消費してプログラム実行期間中ずっと動き続けなければならない」という代償を払わなければなりません。
ある種の高速性が要求されるアプリケーションではこの代償は許しがたいオーバーヘッドになる場合があります。

それに対してCでは「関数の実行期間の間だけ生きていればよい配列を単にローカル変数上へ置く」という選択ができ、その方式では「ガーベージコレクターを持ついかなる言語よりも優れた効率で」プログラムを動かすことができます。そのことを持ってよしとと感じることができれば「配列変数が便利」と感じられることと思います。

Comments

[_Victorique__]

言語によっては出来るのですね。ありがとうございます！

Answer 7

確かに引数ではポインタになっちゃうし([]とは書けるけど)不便な所はありますが、ポインタでやりくりできないわけではないのでそれなりに使えるのでは、というか使ってます^^

Comments

[_Victorique__]

ですね！ありがとうございます！

Answer 8

発想の切り替えが必要ですね。
int a[100];
のように要素数が決まっていてそれに沿った処理を行う関数なら、呼び出し元で配列を確保するべきです。

main()
{
  int a[100];
  hoge(a, sizeof(a) / sizeof(int));
}
hoge(int *a, int n)
{
  for(int i = 0; i < n; i++){
    a[i] = 0;
  }
}

要素数が関数内で決定するような処理なら、mallocなどで動的に領域を確保し、そのアドレスを返却するべきです。
もしくは引数で返却。

main()
{
  int *pa;
  int n;
  pa = hoge(&n);
  free(pa);
  hoge2(&pa, &n);
  free(pa);
}
int *hoge(int *n)
{
  *n = 要素数;
  int *p = malloc(*n * sizeof(int));
  return p;
}
hoge2(int **pa, int *n)
{
  *n = 要素数;
  *pa = malloc(*n * sizeof(int));
}

Comments

[_Victorique__]

呼び出し元で確保ですか、なるほどです！