C++ 配列のサイズを求めるときに sizeof 演算子をポインタに適用しない

このサイトはプロモーションを含みます

2024年9月19日

C++プログラミングにおいて、配列のサイズを正確に求めることは非常に重要です。しかし、初心者プログラマーがよく陥る落とし穴の一つに、配列のサイズを求める際にsizeof演算子をポインタに適用してしまうことがあります。この記事では、なぜそれが問題なのか、そして正しい方法は何かを詳しく解説します。

なぜ sizeof 演算子をポインタに適用してはいけないのか

配列のサイズを求める際にsizeof演算子をポインタに適用すると、予期せぬ結果が得られます。これは、配列がポインタにデグレードする（降格する）という C++ の特性に関連しています。

以下の例を見てみましょう：

#include <iostream>

void printArraySize(int* arr) {
    // 警告: これは配列のサイズを正しく計算しません
    std::cout << "配列のサイズ（間違った方法）: " << sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) << std::endl;
}

int main() {
    int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    std::cout << "配列のサイズ（正しい方法）: " << sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]) << std::endl;
    
    printArraySize(numbers);
    
    return 0;
}

このコードを実行すると、以下のような出力が得られます（64ビットシステムの場合）：

配列のサイズ（正しい方法）: 5
配列のサイズ（間違った方法）: 2

なぜこのような結果になるのでしょうか？

main()関数内でsizeof(numbers)を使用した場合、正しく配列全体のサイズ（5 * sizeof(int)）が返されます。
しかし、printArraySize()関数内では、arrは単なるポインタです。配列が関数に渡されると、ポインタにデグレードしてしまうのです。
ポインタのsizeofは、ポインタ自体のサイズを返します（通常、32ビットシステムで4バイト、64ビットシステムで8バイト）。
そのため、sizeof(arr) / sizeof(arr[0])は、ポインタのサイズをintのサイズで割った結果となり、配列の実際の要素数とは無関係な値になってしまいます。

正しい方法：配列のサイズを求める

配列のサイズを正確に求めるには、以下の方法があります：

配列が局所変数や静的配列の場合：

int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
size_t size = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);

2.テンプレートを使用する方法：

template<typename T, size_t N>
size_t arraySize(T (&)[N]) {
    return N;
}

// 使用例
int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
size_t size = arraySize(numbers);

3.C++17以降では、std::size()関数を使用できます：

#include <array>

int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
size_t size = std::size(numbers);

4.std::arrayを使用する（C++11以降）：

#include <array>

std::array<int, 5> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
size_t size = numbers.size();

関数に配列を渡す際の注意点

配列を関数に渡す際に、サイズ情報が失われないようにする方法がいくつかあります：

配列のサイズを別の引数として渡す：

void processArray(int* arr, size_t size) {
    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
        // 処理
    }
}

// 使用例
int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
processArray(numbers, sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]));

2.参照を使用する：

template<size_t N>
void processArray(int (&arr)[N]) {
    for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
        // 処理
    }
}

// 使用例
int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
processArray(numbers);

3.std::arrayまたはstd::vectorを使用する：

#include <array>
#include <vector>

void processArray(const std::array<int, 5>& arr) {
    for (size_t i = 0; i < arr.size(); ++i) {
        // 処理
    }
}

void processVector(const std::vector<int>& vec) {
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        // 処理
    }
}

// 使用例
std::array<int, 5> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
processArray(numbers);

std::vector<int> numberVector = {1, 2, 3, 4, 5};
processVector(numberVector);