プログラミング

C++の配列とマトリックス操作

最終更新： 26/03/2025
1分未満

C++における「マトリックス」または「配列」は、データ構造の中でも非常に重要な要素であり、特に数値計算や複雑なデータ処理において頻繁に使用されます。この記事では、C++での配列の基本的な使用法から、マトリックスの操作方法、さらには高度な技法に至るまで、完全かつ包括的に解説します。

1. C++の配列の基本

配列は、同じ型の複数の値を格納するためのデータ構造です。C++では、配列のサイズを宣言時に指定する必要があります。配列を使うことで、複数の値を一つの変数で管理でき、コードが簡潔になります。

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配列の宣言と初期化

C++での配列の宣言は以下のように行います：

cpp
型 配列名[サイズ];

例えば、整数型の配列を10個分宣言する場合は次のように書きます：

cpp
int numbers[10];

この配列numbersは、整数型の10個の要素を格納できる配列になります。

配列の初期化

配列は宣言と同時に初期化も可能です。以下の例では、整数型の配列numbersを0から9までの値で初期化しています：

cpp
int numbers[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

配列のサイズを指定しない場合でも、初期化する要素数に基づいてC++が自動的に配列のサイズを決定します。

cpp
int numbers[] = {0, 1, 2, 3, 4};

2. 多次元配列（マトリックス）

C++では、配列を多次元にすることもできます。これにより、行列やマトリックスといったデータ構造を簡単に扱うことができます。2次元配列は、行と列を持つデータを格納するのに使用されます。

2次元配列の宣言と初期化

2次元配列を宣言するには、次のように行います：

cpp
型 配列名[行数][列数];

例えば、3行2列の整数型の配列を宣言する場合は次のように書きます：

cpp
int matrix[3][2];

この配列matrixは、3行2列の整数型のデータを格納できます。

2次元配列の初期化

2次元配列を初期化する場合も、1次元配列と同様に、各要素を指定して初期化できます。例えば、次のように3×3の行列を初期化することができます：

cpp
int matrix[3][3] = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};

これで、matrixは次のような行列になります：

1 2 3
4 5 6
7 8 9

配列のアクセス

2次元配列の要素にアクセスするには、行番号と列番号を指定します。たとえば、matrix[1][2]は2行目、3列目の要素（6）を指します。

cpp
int value = matrix[1][2]; // 6

3. 配列の操作

C++では、配列の操作も非常に簡単です。基本的な操作としては、配列の要素への代入、配列全体の走査（反復）、値の変更などがあります。

配列の要素への代入

cpp
numbers[0] = 10; // 配列の最初の要素を10に変更

配列の要素の反復処理

配列の全要素を順番に処理するには、forループを使用します。以下のコードは、numbers配列の全要素を表示する例です：

cpp
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    std::cout << numbers[i] << " ";
}

2次元配列の反復処理

2次元配列の場合も、2重のforループを使用して全ての要素にアクセスできます。次のコードは、matrixの全要素を表示する例です：

cpp
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 3; j++) {
        std::cout << matrix[i][j] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

4. 配列の動的割り当て

C++では、配列を動的に割り当てることもできます。動的配列は、プログラムの実行時にメモリを確保するので、サイズを事前に決める必要がありません。

new演算子を使った動的配列の作成

次のようにして、動的に1次元配列を作成できます：

cpp
int* dynamicArray = new int[10]; // 10個の整数を格納する配列を動的に確保

動的配列の解放

動的に確保したメモリは、使い終わった後に必ずdelete[]で解放する必要があります。メモリリークを防ぐため、次のように解放します：

cpp
delete[] dynamicArray;

2次元配列の動的割り当て

2次元配列を動的に作成する方法もあります。次のコードは、動的に2次元配列を作成する方法の一例です：

cpp
int** dynamicMatrix = new int*[3]; // 3行分のポインタを動的に確保
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    dynamicMatrix[i] = new int[2]; // 各行に2列分のメモリを確保
}

5. 配列と関数

C++では、配列を関数に渡すことができます。配列はポインタとして渡されるため、関数内で配列を変更すると、呼び出し元の配列にも反映されます。

配列を引数として渡す

配列を関数に渡す方法は次のように書けます：

cpp
void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
}

上記の関数は、配列arrを受け取り、その要素を表示します。

2次元配列を関数に渡す

2次元配列を関数に渡す場合、次のように指定します：

cpp
void printMatrix(int matrix[3][3]) {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            std::cout << matrix[i][j] << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
}

結論

C++における配列やマトリックスの扱いは非常に強力で、効率的にデータを操作するための基本的なツールです。特に多次元配列や動的メモリの管理に関して理解を深めることは、より高度なプログラミング技術を習得するための第一歩となります。配列の基本操作から、関数への引渡し、さらには動的配列の利用方法まで、C++での配列の使い方をマスターすることは、効率的なアルゴリズムとデータ構造を設計するための鍵となります。

最終更新： 26/03/2025
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