第33回｜C言語でなぜ配列を関数に渡すと姿が変わるのか：データと関数をつなぐ仕組み

はじめてのC言語 | 第３３回

同じ景色から見る、もうひとつの不思議

UNIX Cafe のカウンターで、
ミナちゃんがノートを開きながら、少し首をかしげています。

ミナちゃん

先生……配列を関数に渡したら、なんだか挙動がおかしいんです。

C言語を学ぶ多くの人が、ここで一度、同じ壁にぶつかります。

• 関数の中で配列の値を書き換えたら、呼び出し元の配列まで変わってしまった。
• sizeofでサイズを調べたら、期待していた大きさにならなかった。

「ちゃんと配列を渡したはずなのに……？」

今日はその違和感の正体を、
これまでに学んできた「配列」と「ポインタ」の関係から、もう一度見つめ直してみましょう。

まずは復習｜関数に「値」を渡すとどうなる？

ではまず、比較のために、普通の変数の場合がどうだったか思い出してみましょう。

int型のような普通の変数を関数に渡した場合、

• 関数の中でその値を使うことができる
• しかし、中で値を変更しても、呼び出し元の変数は変わらない

というルールがありましたね。
これは、関数に渡されているのが変数そのものではなく、「値のコピー」だからです。

UNIX Cafeの例えで言うなら、これは調理場に「材料そのもの」を渡すのではなく、
単に「分量を書いたメモ」を渡しているような状態です。

メモの数字をいくら書き換えても、元の材料が変わることはありませんよね。

では、配列を関数に渡すと何が起きるのか

さて、いよいよ本題の配列です。

関数を定義するとき、引数に

int a[]

int a[]

と書かれているのを見ると、多くの人が直感的にこう考えてしまいます。

「なるほど、配列がまるごと渡されるんだな」と。

でも、ここに C言語らしい落とし穴 があります。

関数の中で受け取っているのは、配列全体ではない

ここで、これまで何度も確認してきた、配列に関する大切なルールを思い出してみましょう。

• 配列は、メモリ上に「ずらりと並んだ箱」のようなもの
• 多くの式では、配列名は先頭要素へのポインタとして扱われる

でしたね。

このルールが分かれば、もう答えは見えたも同然です。
関数に配列を渡したとき、実際に関数へ渡されるのは、

• 配列そのものではなく
• その配列の先頭要素がどこにあるかという「場所の情報」

なのです。

「配列がポインタになる」という表現は、少し誤解を招く

C言語を学んでいると、こんな説明をよく耳にします。
「配列は、関数に渡すとポインタに変わるんだ」と。

この説明は、関数の引数に限って見ると大きく外れてはいません。
ただし、配列そのものが別のものに変身するわけではありません。

正確には、関数の仮引数に int a[] と書いても、
その仮引数は int *a として扱われます。

そして、呼び出し側で配列名を渡すと、
その配列の先頭要素へのポインタが関数に渡されます。

つまり、配列全体がコピーされるのではなく、
「この場所から配列が始まっています」という情報が渡されるのです。

バックヤードの作業で例えるなら、棚にある商品そのものをカウンターに運んでくるのではなく、
その商品が置いてある棚の「ロケーション札」を渡している状態です。

だから、関数の中で書き換えると、外の配列も変わる

これで、ミナちゃんが最初に抱いた疑問が解けますね。

関数の中で配列の中身を書き換えると、呼び出し元の配列まで変わってしまう。
この現象は、魔法でもなければ、もちろん事故でもありません。

理由はとてもシンプルです。
関数の中と外で、同じ配列の実体を見ているからです。

関数に渡されるポインタ値はコピーです。
けれど、そのコピーされたポインタも、呼び出し元と同じ配列を指しています。

ですから、関数の中で配列の要素を一つ書き換えれば、
外から同じ配列を見たときにも、その結果が反映されています。

考えてみれば、とても素直で当たり前の話だったのです。

sizeof が配列全体の大きさにならない理由

C言語の配列でよくある、もう一つの疑問。
「関数の中で sizeof を使うと、なぜ配列全体のサイズが分からないのか」

これも、理由は同じです。

関数が受け取っているのは、箱がずらりと並んだ配列全体ではなく、あくまで「先頭要素の場所」という情報です。

一枚の「ロケーション札」だけを渡されても、その棚にいくつの箱が並んでいるかは分かりません。
どこまでがその配列の範囲なのかは、場所の情報だけでは判断できないのです。

そのため、関数の中で sizeof(a) を実行しても、「配列全体の大きさ」は計算できません。
sizeof が教えてくれるのは、仮引数 a の型であるポインタの大きさです。

ミナちゃんの中で、点と点が線でつながった瞬間

そのとき、ミナちゃんはふっと顔を上げました。
その瞳には、今までの戸惑いではなく、確かな納得の色が浮かんでいます。

今までバラバラだと思っていた「配列」、「ポインタ」、そして「関数」。
それらが、本当はすべて同じ一つのルールで動いていたことに気づいたのです。

「そっか……。配列そのものを丸ごと渡しているつもりだったけど、関数に渡っていたのは、配列の先頭を示す“場所”だったんだ」

そのたった一つの気づきが、これまでモヤモヤしていた数々の不思議な現象を、一本のきれいな線で結びつけてくれたのです。

まとめ：関数に配列を渡すときに、本当に起きていること

C言語の配列と関数が織りなす、少し不思議な物語の核心は、とてもシンプルでした。

• 配列名は、多くの式で先頭要素へのポインタとして扱われること。
• 関数の仮引数に int a[] と書いても、実際には int *a として扱われること。
• だから、関数に配列を渡したときに実際に送られるのは、配列全体ではなく先頭要素へのポインタであること。

関数の中では sizeof(a) が配列全体ではなくポインタの大きさを返すため、
まるで配列が別のものに「変身」したかのように見えていたかもしれません。

しかし、配列が壊れたわけではありません。
関数は、呼び出し元にある同じ配列を、ポインタを通して見ているだけなのです。

関数に何か特別な魔法があるわけではありません。

ただ、私たちは「配列全体」ではなく「場所」を渡していた。

すべての現象は、このたった一つの、とても素直なルールから生まれていたのです。

次へ進む前に：残された、たった一つの疑問

ここまでの話で、配列を渡す本当の意味が分かりました。
そうすると、今度はこんな疑問が浮かんできませんか？

「配列の“場所”しか渡せないなら、肝心の『箱の数』は、どうやって関数に伝えればいいんだろう？」と。

次回は、配列という「場所の情報」と一緒に、もう一つ、何を渡すべきなのか。
その答えを、これまでと同じ景色の中から一緒に見つけていきましょう。

安心してください。もう新しく覚えることは、ほとんどありません。
これまで見てきた景色の中に、そのヒントは隠されていますから。

もう一度、はじめからゆっくりと

ここまで読み進めてきた今、もう一度最初の回に戻ってみてください。

はじめは少し難しく感じた内容も、
きっと違った景色に見えてくるはずです。

C言語は、一度で理解するものではなく、
何度か行き来しながら、少しずつ深まっていく言語です。

最初の一歩に戻ることは、後退ではありません。
それは、理解を確かなものにするための大切な一歩です。

👉 もう一度、第1回から読み直してみましょう。

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