【C言語】第4章第8回：動的メモリ確保：mallocとfreeの使い方
動的メモリ管理は、C言語でメモリを効率的に活用するために重要なスキルです。この章では、動的メモリを確保するためのmallocと、それを解放するfreeの使い方を徹底解説します。
1. 動的メモリ確保とは？
動的メモリ確保は、プログラムの実行中に必要なメモリを確保する方法です。
静的メモリ確保：プログラムのコンパイル時に確保されるメモリ。
動的メモリ確保：実行時に必要なサイズを指定して確保されるメモリ。
動的メモリ確保の主な利点：
- プログラムの実行中にメモリサイズを柔軟に変更できる。
- メモリ使用量を効率的に管理できる。
2. mallocの基本
mallocは、動的メモリを確保するための関数です。以下の形式で使用します：
void *malloc(size_t size);ここで：
sizeは、確保するメモリのサイズ（バイト単位）。- 戻り値は、確保されたメモリの先頭アドレス（ポインタ）。
- メモリ確保が失敗すると、
NULLが返されます。
例：整数1個分のメモリを確保
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
if (ptr == NULL) {
printf("Memory allocation failed.\n");
return 1;
}
*ptr = 42; // 確保したメモリに値を代入
printf("Value: %d\n", *ptr);
free(ptr); // メモリを解放
return 0;
}
解説：
malloc(sizeof(int)): 整数1個分のメモリを確保。free(ptr): 確保したメモリを解放し、メモリリークを防ぎます。
3. freeの使い方
freeは、mallocやcallocで確保したメモリを解放します。解放後にポインタをNULLに設定することで、安全性を向上させます。
例：freeを使用してメモリを解放
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *ptr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
if (ptr == NULL) {
printf("Memory allocation failed.\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
ptr[i] = i + 1; // 配列の初期化
}
free(ptr); // メモリを解放
ptr = NULL; // ポインタをNULLに設定
return 0;
}
解説：
- メモリ解放後に
ptr = NULL;を設定することで、ダングリングポインタを防止します。
4. mallocとfreeの応用
例：動的配列を使用したプログラム
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int n;
printf("Enter the size of the array: ");
scanf("%d", &n);
int *arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
printf("Memory allocation failed.\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < n; i++) {
arr[i] = i + 1;
}
printf("Array elements: ");
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
free(arr);
return 0;
}
解説：
mallocを使ってユーザーが指定したサイズの配列を動的に確保。- 配列を操作した後、必ず
freeでメモリを解放します。
5. 練習問題
以下の課題に挑戦して、mallocとfreeの使い方を練習しましょう。
- 動的に文字列を確保し、ユーザー入力を保存して出力するプログラムを作成してください。
- 動的に2次元配列を割り当て、すべての要素を初期化するプログラムを作成してください。
- 動的に割り当てられた配列のサイズを変更し、新しい要素を追加するプログラムを作成してください。
6. 練習問題の解答と解説
問1の解答
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
char *str;
int length;
printf("Enter the length of the string: ");
scanf("%d", &length);
str = (char *)malloc((length + 1) * sizeof(char)); // +1は終端文字用
if (str == NULL) {
printf("Memory allocation failed.\n");
return 1;
}
printf("Enter the string: ");
scanf(" %[^\n]", str); // 入力を保存
printf("You entered: %s\n", str);
free(str); // メモリを解放
return 0;
}
7. まとめ
mallocとfreeを使用することで、効率的なメモリ管理が可能になります。動的メモリ確保の基本を理解し、次のステップとしてより高度な操作に挑戦してみましょう。