はじめに
初心者向けのプログラミング学習に欠かせない要素の一つとして、「変数宣言」が挙げられます。
今回の記事では、C言語を例に、「変数宣言」の基本から応用までを一通り解説します。
C言語の変数宣言を学ぶことで、他のプログラミング言語でも応用できる知識が身につきます。
●C言語とは
C言語は、1970年代に開発されたプログラミング言語で、現在でも広く利用されています。
その理由として、高い汎用性と効率性、そして硬直性の低さが挙げられます。
これらの特性は、C言語が多くのソフトウェアやオペレーティングシステムの開発で用いられる理由です。
C言語を理解することは、プログラミング全体を理解するための大きな一歩となります。
●変数宣言の基本
○変数とは
プログラミングにおける「変数」とは、データを一時的に保存するための入れ物を指します。
例えば、計算結果やユーザーからの入力情報などを保持しておく場所が変数です。
プログラムが動作する際に、これらの変数に値を代入したり、取り出したりすることで情報の処理が行われます。
○宣言とは
変数を使用する前に行うことが「宣言」です。
宣言とは、その変数がどのような種類のデータを保持するか、システムに通知する行為を指します。
C言語では、変数を使う前に必ず宣言を行う必要があります。
●変数の型
○整数型
C言語には、様々な種類のデータを扱うための「データ型」が存在します。
まず、整数を扱うための型として「整数型」があります。
整数型には、さまざまな範囲の整数を格納できる複数の型があります。
例えば、「int」は一般的な整数、「long」は大きな整数を扱います。
○浮動小数点型
小数を扱うための型は「浮動小数点型」です。
小数点以下の数値を含む数値を扱います。
「float」や「double」がこれに該当します。
「float」は単精度浮動小数点型、「double」は倍精度浮動小数点型です。
○文字型
文字を扱うための型は「文字型」で、「char」が該当します。
一つの文字を表すために使用されます。
●変数宣言の方法
○変数宣言の基本形
C言語における変数宣言の基本形は次のようになります。
「型 変数名;」と記述します。
例えば、「int number;」と記述すれば、「number」という名前の整数型の変数が宣言されます。
○複数の変数を同時に宣言する
同じ型の変数を複数宣言する場合、変数名をカンマで区切って一度に宣言することも可能です。
例えば、「int number1, number2;」と記述すれば、「number1」と「number2」の二つの整数型変数が宣言されます。
○変数の初期化
変数宣言時に、初期値を設定することもできます。
これを「初期化」と呼びます。
例えば、「int number = 0;」と記述すれば、「number」の初期値が0に設定された状態で変数が宣言されます。
●変数宣言のサンプルコード
ここでは、具体的にC言語の変数宣言をどのように行うか、実際のコードを通じて説明していきます。
具体的な例を見ながら解説することで、理解が深まるでしょう。
○サンプルコード1：基本的な変数宣言
このコードでは、整数型（int）の変数を宣言し、その変数に値を代入して表示する操作を行っています。
#include <stdio.h>
int main() {
int number; // 整数型の変数を宣言
number = 100; // 変数に値を代入
printf("%d\n", number); // 変数の値を表示
return 0;
}実行結果は次のとおりです。
100この例では、int number;の部分で整数型の変数numberを宣言しています。
次に、number = 100;でその変数に値100を代入し、最後にprintf関数で変数numberの値を表示しています。
○サンプルコード2：複数の変数宣言
次のコードでは、複数の整数型の変数を同時に宣言し、それぞれに異なる値を代入して表示します。
#include <stdio.h>
int main() {
int num1, num2, num3; // 複数の整数型の変数を同時に宣言
num1 = 10; // 変数に値を代入
num2 = 20;
num3 = 30;
printf("%d, %d, %d\n", num1, num2, num3); // 変数の値を表示
return 0;
}実行結果は次のようになります。
10, 20, 30この例では、int num1, num2, num3;で複数の整数型の変数を一行で宣言しています。
その後で、それぞれに異なる値を代入し、最後にprintf関数でそれぞれの変数の値を表示しています。
○サンプルコード3：初期化付き変数宣言
最後に、変数宣言と同時に初期化（最初から値を設定）する方法を見てみましょう。
#include <stdio.h>
int main() {
int number = 200; // 整数型の変数を宣言と同時に初期化
printf("%d\n", number); // 変数の値を表示
return 0;
}実行結果は次のとおりです。
200この例では、int number = 200;の部分で、整数型の変数numberを宣言すると同時に値200を設定（初期化）しています。
そして、printf関数でその値を表示しています。
このように、変数宣言時に初期値を設定することができます。
●変数宣言の注意点と対処法
C言語の変数宣言で気をつけるべきポイントとその対処法をご紹介します。
ここで挙げる項目を理解することで、変数宣言に関する深い理解と実用的な知識を得ることができます。
○変数名のルール
まずは、変数名に関するルールです。
変数名はプログラム内で変数を特定するためのラベルなので、その命名には次のルールが存在します。
- 最初の文字は英字かアンダースコアでなければなりません。
- 2文字目以降は英字、数字、アンダースコアが使えます。
- 予約語は変数名として使えません。
これらのルールを破ると、コンパイラがエラーを出し、プログラムは実行されません。
例えば、次のコードでは、変数名として予約語を使用してしまっているため、エラーが発生します。
int int = 10; // エラー：'int'は予約語なので変数名として使えませんこのエラーを避けるためには、上記のルールを遵守する必要があります。
○スコープとは
次に、”スコープ”という概念について解説します。
スコープとは、変数が参照可能な範囲のことを指します。
C言語では、スコープは変数が宣言された場所によって決まります。
具体的には、関数の中で宣言された変数はその関数の中だけで有効（これを「ローカル変数」と呼びます）、一方、関数の外で宣言された変数はプログラム全体から参照可能です（これを「グローバル変数」と呼びます）。
下記のサンプルコードを見てみましょう。
#include <stdio.h>
int globalVar = 10; // グローバル変数
void test() {
int localVar = 20; // ローカル変数
printf("In test function, globalVar: %d, localVar: %d\n", globalVar, localVar);
}
int main() {
printf("In main function, globalVar: %d\n", globalVar);
test();
return 0;
}このコードでは、グローバル変数globalVarと関数test内のローカル変数localVarを宣言しています。test関数内では、グローバル変数とローカル変数の両方を参照できます。
しかし、main関数内ではglobalVarのみを参照でき、localVarは参照できません。
このコードを実行すると、次のような出力が得られます。
In main function, globalVar: 10
In test function, globalVar: 10, localVar: 20この例から、変数のスコープを理解することができます。
○グローバル変数とローカル変数
ここで、グローバル変数とローカル変数の使い分けについて説明します。
基本的には、可能な限りグローバル変数の使用を避け、ローカル変数を用いるべきです。
というのも、グローバル変数はプログラム全体から参照・変更できるため、予期しない動作を引き起こす可能性があるからです。
しかし、全ての関数からアクセスしたい情報がある場合などは、グローバル変数を使用することもあります。
上述したサンプルコードは、グローバル変数とローカル変数のスコープを理解するのに役立ちます。
また、変数のスコープは、変数の命名規則と並んで、変数宣言の重要な要点となります。
●変数宣言のカスタマイズ
これまで学んできた基本的な変数宣言の方法に加えて、C言語ではさらに高度な変数宣言を行うことが可能です。
ここでは、より複雑なシチュエーションに対応するための、変数宣言のカスタマイズ方法をいくつか紹介します。
○異なる型の変数を同時に宣言する
通常、C言語では同じ型の変数を一度に複数宣言することができますが、異なる型の変数を一度に宣言することも可能です。
下記のサンプルコードは、int型の変数とfloat型の変数を同時に宣言しています。
int main() {
int num; // int型の変数numを宣言
float decimal; // float型の変数decimalを宣言
return 0;
}このコードでは、int型の変数numとfloat型の変数decimalを宣言しています。
これにより、整数と浮動小数点数を一度に扱うことが可能となります。
○配列の宣言
次に、配列の宣言について説明します。
配列は同じ型の変数を一連のブロックとして一度に扱うための構造体です。
下記のサンプルコードは、int型の配列を宣言しています。
int main() {
int nums[5]; // int型の配列numsを宣言し、要素数5を指定
return 0;
}このコードでは、int型の配列numsを宣言し、要素数5を指定しています。
これにより、一連の整数を一度に扱うことが可能となります。
○ポインタの宣言
最後に、ポインタの宣言について説明します。ポインタは変数のメモリ上のアドレスを保持する特殊な変数です。
下記のサンプルコードは、int型のポインタを宣言しています。
int main() {
int *ptr; // int型のポインタptrを宣言
return 0;
}このコードでは、int型のポインタptrを宣言しています。
これにより、変数のメモリ上のアドレスを直接扱うことが可能となります。
●変数宣言の応用例
応用的な変数宣言の例をご紹介します。
ここまでで習った変数の基本的な宣言や初期化に加えて、さらに高度なテクニックを紹介します。
○サンプルコード4：異なる型の変数を同時に宣言する
C言語では、異なる型の変数を同時に宣言することも可能です。
このような方法を用いると、コードがスッキリし、可読性が向上します。
ここでは、整数型の変数と浮動小数点型の変数を同時に宣言するサンプルコードを見てみましょう。
#include<stdio.h>
int main(){
int num = 100;
float fnum = 0.123;
printf("numの値は%d、fnumの値は%fです。\n", num, fnum);
return 0;
}このコードでは整数型の変数numと浮動小数点型の変数fnumを同時に宣言しています。
その後、printf関数を使って、それぞれの変数の値を出力しています。
このコードを実行すると、”numの値は100、fnumの値は0.123000です。”と出力されます。
○サンプルコード5：配列の宣言
配列は、同じ型の複数の変数をまとめて扱うためのデータ構造です。
配列を使うと、同じ操作を繰り返し行うような場合に便利です。
#include<stdio.h>
int main(){
int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i=0; i<5; i++){
printf("%d\n", array[i]);
}
return 0;
}このコードでは、整数型の配列arrayを宣言し、初期値として{1, 2, 3, 4, 5}を設定しています。
その後、forループを用いて配列の各要素を順番に出力しています。
このコードを実行すると、1から5までの数字が順番に出力されます。
○サンプルコード6：ポインタの宣言
ポインタは、変数のアドレスを保存するための特殊な変数です。
ポインタを使うことで、変数がメモリ上に存在する場所を直接操作することが可能になります。
ポインタの宣言と使用例を紹介します。
#include<stdio.h>
int main(){
int num = 100;
int *pnum;
pnum = #
printf("numの値は%d、numのアドレスは%pです。\n", num, pnum);
return 0;
}このコードでは、整数型の変数numを宣言し、その後で整数型のポインタpnumを宣言しています。ポインタpnumには、numのアドレスを代入しています。
その後、printf関数を用いてnumの値とアドレスを出力しています。
このコードを実行すると、”numの値は100、numのアドレスは(あるアドレス)です。”と出力されます。
なお、出力されるアドレスは実行のたびに変わる可能性があることを覚えておきましょう。
これらの応用的な変数宣言の方法を覚えておくと、より複雑なプログラムを効率よく書くことができます。
特に、配列とポインタはC言語の重要な概念なので、しっかりと理解しておきましょう。
まとめ
以上がC言語の変数宣言の基本と応用についての解説です。
変数はプログラミングにおいて欠かせない要素であり、適切な変数宣言がプログラムの品質を大きく左右します。
この記事が、C言語での変数宣言について理解を深め、効率的なプログラム作成の一助となることを願っています。