C言語マスターへの道！sizeof演算子の使い方を完全解説、7つのサンプルコード付き

はじめに

C言語の学習を進める中で、「sizeof演算子」について理解することは、効果的なプログラムを作成するための重要なステップとなります。

sizeof演算子の使い方を完全に理解することで、データ型のサイズを確認したり、動的なメモリ割り当てを行うなど、さまざまな応用が可能となります。

今回は、初心者でも理解できるようにsizeof演算子の使い方を詳しく解説します。

基本的な使い方から注意点、応用例まで、7つのサンプルコードを交えて徹底的に学びましょう。

●C言語とは

C言語は、1972年に米国のAT&Tベル研究所で開発されたプログラミング言語であり、その効率の良さと汎用性から幅広い分野で使われています。

システム開発から組み込み系、さらにはデータ解析など、その応用範囲は非常に広いです。

C言語の特徴としては、直接ハードウェアにアクセスできる低レベルな操作が可能であり、それによって高速な実行が可能となっています。

その一方で、メモリ管理などをプログラマ自身が行う必要があります。

●sizeof演算子とは

C言語におけるsizeof演算子は、あるデータ型や変数がメモリ上で占めるバイト数を返すための演算子です。

これにより、例えばint型やdouble型がそれぞれ何バイトのメモリを消費するかを知ることができます。

また、配列の全体のサイズや、構造体のサイズを調べる際にも利用されます。

●sizeof演算子の基本的な使い方

基本的な使い方としては、sizeof演算子の後に調べたいデータ型や変数を記述します。

例えば、「int型の変数がメモリ上で何バイト占めるか」を知りたい場合は、「sizeof(int)」と記述します。

また、「double型の変数がメモリ上で何バイト占めるか」を知りたい場合は、「sizeof(double)」と記述します。

○基本的な使い方のサンプルコード

「int型」「double型」それぞれの変数がメモリ上で何バイト占めるかを表示するサンプルコードを紹介します。

#include<stdio.h>

int main() {
    printf("Size of int: %zu bytes\n", sizeof(int));
    printf("Size of double: %zu bytes\n", sizeof(double));
    return 0;
}

このコードではprintf関数を使って、「Size of int: %zu bytes\n」という文字列を表示します。%zuはsizeof演算子の結果を表示するための書式指定子です。

その後に、「sizeof(int)」や「sizeof(double)」を記述することで、int型とdouble型がそれぞれメモリ上で何バイト占めるかを表示します。

この例ではprintf関数を2回使用して、int型とdouble型のメモリサイズをそれぞれ表示しています。

このコードを実行すると、ほとんどの環境で「Size of int: 4 bytes」と「Size of double: 8 bytes」という結果が表示されます。

これはint型が4バイト、double型が8バイトのメモリを占めることを示しています。

●sizeof演算子を使った詳細な使い方

さらにsizeof演算子は、配列や構造体のサイズを知るためにも使われます。

配列の場合、その全体のサイズを取得することができます。

また、構造体の場合は、その構造体がメモリ上で占める全体のサイズを取得することができます。

○詳細な使い方のサンプルコード1

配列全体のサイズを取得するサンプルコードを紹介します。

#include<stdio.h>

int main() {
    int array[10];
    printf("Size of array: %zu bytes\n", sizeof(array));
    return 0;
}

このコードでは、10個の要素を持つint型の配列arrayを宣言しています。

その後で、「sizeof(array)」という表現を用いて、配列全体がメモリ上で占めるサイズをバイト数で取得しています。

そして、その結果をprintf関数を用いて表示しています。

このコードを実行すると、「Size of array: 40 bytes」と表示されます。

これは、int型が4バイトであり、そのint型の要素が10個あるため、全体で40バイトのメモリを占めていることを表しています。

○詳細な使い方のサンプルコード2

次に、構造体のサイズを取得するサンプルコードを表します。

#include<stdio.h>

struct sample {
    int a;
    double b;
};

int main() {
    struct sample s;
    printf("Size of struct: %zu bytes\n", sizeof(s));
    return 0;
}

このコードでは、まず構造体sampleを定義しています。

この構造体はint型のメンバaとdouble型のメンバbを持っています。

そして、その構造体のインスタンスsを作成し、「sizeof(s)」を用いてそのサイズを取得し、printf関数を用いて表示しています。

このコードを実行すると、「Size of struct: 16 bytes」と表示されます。

これは、int型が4バイト、double型が8バイトであり、さらに構造体のアラインメントのために追加で4バイトが必要であるため、合計で16バイトのメモリを占めていることを示しています。

●sizeof演算子の注意点と対処法

sizeof演算子を使う上での注意点としては、「ポインタ型の変数に対してsizeof演算子を適用した場合、そのポインタが指し示すデータのサイズではなく、ポインタ自体のサイズが返される」という点があります。

したがって、ポインタを通じて動的に確保したメモリ領域のサイズを知りたい場合は、そのサイズを別途管理する必要があります。

●sizeof演算子のカスタマイズ方法

sizeof演算子の使い方をさらに拡張する方法として、マクロを用いる方法があります。

例えば、配列の要素数を求めるためのマクロを定義することができます。

その定義は次のようになります。「#define ARRAY_LENGTH(array) (sizeof(array) / sizeof(array[0]))」。

これにより、ARRAY_LENGTHというマクロを配列に適用することで、その配列の要素数を簡単に求めることができます。

●sizeof演算子の応用例とサンプルコード

さらに、sizeof演算子は、メモリ管理やデータ構造のサイズ計算など、さまざまな場面で活用できます。

その応用例とサンプルコードを紹介します。

○応用例1とそのサンプルコード

第一の応用例として、動的メモリの確保を行う場合に、確保するサイズをsizeof演算子を使って計算する例を挙げます。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main() {
    int* p = malloc(sizeof(int) * 10);
    if (p == NULL) {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        return 1;
    }
    printf("Memory allocation succeeded.\n");
    free(p);
    return 0;
}

このコードでは、「malloc(sizeof(int) * 10)」という表現を用いて、10個のint型の変数分のメモリを動的に確保しています。

sizeof演算子は、こうした動的なメモリ割り当てを行う際に、確保するメモリのサイズを計算するために利用できます。

このコードを実行すると、「Memory allocation succeeded.」と表示され、メモリの確保が成功したことが示されます。

○応用例2とそのサンプルコード

第二の応用例として、構造体のサイズを計算する例を挙げます。

#include<stdio.h>

struct person {
    char name[30];
    int age;
    double weight;
};

int main() {
    struct person p;
    printf("Size of person: %zu bytes\n", sizeof(p));
    return 0;
}

このコードでは、人物の名前、年齢、体重を表す構造体を定義し、そのサイズをsizeof演算子を使って計算しています。

このコードを実行すると、「Size of person: 44 bytes」と表示され、この構造体が44バイトのメモリを占めることがわかります。

○応用例3とそのサンプルコード

第三の応用例として、配列の要素数を計算する例を挙げます。

#include<stdio.h>

#define ARRAY_LENGTH(array) (sizeof(array) / sizeof(array[0]))

int main() {
    int array[10];
    printf("Number of elements in array: %zu\n", ARRAY_LENGTH(array));
    return 0;
}

このコードでは、先に説明したARRAY_LENGTHというマクロを定義し、それを用いて配列の要素数を計算しています。

このコードを実行すると、「Number of elements in array: 10」と表示され、配列が10個の要素を持っていることがわかります。

○応用例4とそのサンプルコード

最後の応用例として、多次元配列の各次元の要素数を計算する例を挙げます。

#include<stdio.h>

#define ARRAY_LENGTH(array) (sizeof(array) / sizeof(array[0]))

int main() {
    int array[3][4];
    printf("Number of elements in first dimension: %zu\n", ARRAY_LENGTH(array));
    printf("Number of elements in second dimension: %zu\n", ARRAY_LENGTH(array[0]));
    return 0;
}

このコードでは、二次元配列を定義し、それぞれの次元の要素数をARRAY_LENGTHマクロを使って計算しています。

このコードを実行すると、「Number of elements in first dimension: 3」と「Number of elements in second dimension: 4」と表示され、それぞれの次元の要素数が正確に計算されていることがわかります。

まとめ

以上、C言語のsizeof演算子の基本的な使い方から注意点、カスタマイズ方法、応用例まで、詳しく解説してきました。

この記事が、あなたのC言語の学習、特にsizeof演算子についての理解を深める一助になれば幸いです。

プログラミングは、一つ一つの知識をしっかりと理解し、それを組み合わせることで、より複雑で効率的なコードを書くことができます。

これからも、C言語の学習を頑張ってください。