ソースコードを複数個の関数に分割すれば，プログラムを 3C（正確・明解・簡潔）で高品質な形に作りやすい，ということを以前学習した．

今回はさらに，ポインタを利用した関数呼び出しについても理解しよう．

関数の呼び出し方法

プログラミング言語の一般論として，関数やサブルーチンの呼び出しのとき，引数の使用方法には，次の２種類がある：

Ｃ言語の場合，関数呼び出しは， すべて，値渡しとして実行される．　しかし，ポインタを引数にすれば， 実質的に，参照渡しと同じことになる．

Call by Value

Ｃの関数呼び出しの基本は値渡しとなっている．たとえば：

このコードの仮引数の x と実引数の x とは，名前と値は同じであるが，実体は互いに別物である．（同名・別物の変数 x が 2 個ある．）

このため，値渡しでは，呼び出された関数内で仮引数を変化させても，呼び出した側の実引数は変化しない．たとえば，２つの変数 a，b の値を交換するための関数 swap( ) として， List 1 のように定義してもうまく働かない．

List 1.　関数 swap( ) の定義の失敗例 swap-ng.c

/* 変数 a，b の値を交換する関数 */
void swap(int a, int b)
{
	int tmp;

	tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;

	printf("swap : a = %d , b = %d\n", a, b);	// テスト出力：関数内での交換後の値
}
	
main()
{
	int a = 2, b = 9;

	printf("main : a = %d , b = %d\n", a, b);	// テスト出力：交換前の値
	swap(a, b);
	printf("main : a = %d , b = %d\n", a, b);	// テスト出力：交換後の値
}

ちなみに，変数 tmp は，一時的（temporary）に値を記録しておくためのものだ．一時変数なしで，たとえば，a = b; b = a; としても交換にはならない．この場合，a も b も同じ値（元の b の値）になってしまう．

また，List 1 では，printf( ) が複数の場所に分散しているが，これは，あくまでも実験的なテスト出力のためだ． ふつうの実用的なプログラムでは，結果出力のための printf( ) を一箇所（例：main( ) 内だけとか）にまとめて記述すること．

List 1 の実行中のメモリマップの変化の様子を Fig.1 に示す． main( ) 内の変数 a，b と swap( ) 内の変数 a，b は「名前は同じだけど実体は別物である」ということに注意しよう．そのため， swap( ) 内で変数値を書き換えても， main( ) 内の変数値は変わらない．

Call by Reference

Ｃで参照渡しを実現するには，関数の引数を，変数の実体としてではなく，変数へのポインタとして定義する． List 2 は，List 1 をそのように修正したものだ．このプログラムを実行して，変数 a，b の値がうまく交換されることを確認してみよう．

List 2.　関数 swap( ) の定義の成功例 swap-ok.c

/* 変数値 a，b を交換する関数 */
void swap(int *a, int *b)
{
	int tmp;

	tmp = *a;
	*a = *b;
	*b = tmp;

	printf("swap : a = %d , b = %d\n", *a, *b);	// テスト出力
}
	
main()
{
	int a = 2, b = 9;

	printf("main : a = %d , b = %d\n", a, b);	// テスト出力
	swap(&a, &b);
	printf("main : a = %d , b = %d\n", a, b);	// テスト出力
}

まず，呼び出し側（main() 内の swap() の呼び出し）では，実引数の変数名に & を付けている．つまり，変数の値ではなく，そのアドレスを実引数としている．

そして，呼び出され側（void swap(...) { ... }）では，仮引数の変数名に記号「*」を付けている．つまり，実引数に与えられたアドレスを受け取るため，ポインタを仮引数としている．

なお，値交換の処理（たとえば *a = *b）での記号「*」は，間接参照（ポインタの参照先に記録されているデータ）を処理の対象とすることを意味している．

List 2 の実行中のメモリマップの変化の様子を Fig.2 に示す． swap( ) 内の処理によって， main( ) 内の変数値を書き換えていることがポイントだ． Fig.2 の左右でのメモリマップの変化に注目しよう．また，Fig.1 とも比較しよう．

なお，一見，参照渡しの方が便利に思えてしまい，何でも参照渡しにしてしまいたくなるかもしれない．しかし，実際には，値渡しで十分な場合の方が多いハズだ．うまく使い分けること． 本当に必要なときだけ参照渡し， 普段は値渡し．

何でも参照渡しでやろうとすると，場合によっては，呼び出し側で余計な手順が必要になり，ソースコードの可読性が損なわれる．

ちなみに，参照渡しでは，引数が戻り値を兼ねていることになる．これを利用すれば，実質的に複数個の戻り値をもつ関数も定義できる．（return される本当の戻り値は１個または０個だけだが...，引数を戻り値として代用する．）

例：ソーティングプログラム

関数 swap( ) を利用した意味のあるプログラムの例として，ソーティング（sorting；並べ替え）プログラムを紹介する．アルゴリズムとしては，単純な選択ソート法を利用する．

List 3 は，その不完全なソースコードである．省略部分（...）については，各自で補完してみよう．

List 3.　ソーティングプログラム mysort.c

/* 変数値 *a，*b を交換する関数 */
void swap(int *a, int *b)
{
	...			// *a と *b を交換
	// printf(...);		// テスト出力...もう，理解したので不要．削除．
}

/* 配列 data の n 個の要素をソートする関数 */
void sort(int *data, int n)
{
	int i, j;

	for (i = 0; i < n-1; i++) {
		for (j = i+1; j < n; j++) {
			if (data[i] > data[j]) swap(data + i, data + j);
			// ↑ または，if (...) swap(&data[i], &data[j]); でも同じ
		}
	}
}

/* 配列 data の n 個の要素を表示する関数 */
void print(int *data, int n)
{
	...
}

/* 配列 data に値を入力する関数
 * m：最大の要素数
 * return：入力した要素数
 */
int input(int *data, int m)
{
	int i, n;

	printf("データの個数（%d 個以内）> ", m);
	scanf("%d", &n);	// そうか，scanf( ) も実は参照呼び出しだったんだー

	printf("%d 個の整数 > ", n);
	for (i = 0; i < n; i++) {
		scanf("%d", data + i);
		// ↑ または，scanf("%d", &data[i]);
	}

	return (n);
}

main()
{
	int data[100];
	int n;

	n = input(data, 100);

	printf("ソート前：\n");
	print(data, n);

	sort(data, n);

	printf("ソート後：\n");
	print(data, n);
}

ところで，関数 sort( ) ，print( )，input() は，配列 data[100] が引数になっている例だが，実引数が配列名 data となっているのに対して，仮引数はポインタ *data となっている．このことは，「配列名は配列の先頭アドレスを表わす」という規則（説明済み）から理解できるハズだ．つまり， 実引数が配列の場合， 自動的に（有無を言わせず）， 参照渡しとなる．

というわけで，List 3 の交換関数 swap() についても，他の関数と同様，データ配列を引数として，次のように定義しても良い：

なお，main( ) 内の data は配列名なのでアドレスだが，他の関数内の *data はポインタ（アドレスを記録する変数）だ．また，配列の要素 data[i] は通常の変数だ．記号「*」や「&」の使い方について，混同しないこと！以前の説明を再確認せよ．

補足

配列が引数になる場合，たとえば sort( ) を次のように定義することも可能：（List 3 の定義方法と比較せよ．）

void sort(int data[100])	// 可能だがよろしくない
{
  ...
}

これだと，この関数は，引数配列が要素数 100 の場合だけにしか使えないことになり， 再利用性が低いので，あまり良い方法ではない．もちろん，ソースコードを書き換えれば要素数を変更できるが，定数 100 が複数の場所（main() 内，swap() 内，その他）に重複・散在してしまうので，変更作業が面倒になってしまうし，作業ミスなどで矛盾が発生する可能性が高い．

必ず次のように，要素数を仮引数にせよ：

void sort(int data[], int n)	// 要素数を可変に
または
void sort(int *data, int n)

この方法であれば，要素数の異なる複数の配列に対して，ひとつの関数を使いまわすことも可能になる：

int data1[100], data2[256];
...
sort(data1, 100);
sort(data2, 256);

練習問題

以前作成した analyzer.c を 適切に関数分割せよ．（機能毎に 関数を定義する．引数について，値渡しと参照渡しとを使い分ける． それぞれの関数には機能にふさわしい名前を付けること．）

ヒント：以前の analyzer.c では，入力データを各瞬間には１個だけしか記録していなかった．今回は，すべてのデータを配列に記録しておく必要がある． List 3 を参考にしよう．ただし，入力終了には，List 3 のような事前のデータ数入力ではなく，以前の analyzer.c のように番兵を使うこと．

関数とポインタ

関数の呼び出し方法

Call by Value

Call by Reference

例：ソーティングプログラム

補足

練習問題