C言語 ポインタの練習問題7問｜組込みで避けて通れない理由も解説

この記事は、C言語ドリルの6本目としてポインタを練習する記事です。入門書でいちばん挫折されやすいテーマですが、組込みでは避けて通れません。だからこの記事では、「なぜ組込みではポインタが必須なのか」を先に説明してから、7問の練習問題（基礎5問＋発展2問）で & と * を固めます。解答と解説は各問題の「＋」を押すと開きます。

＜自己紹介＞
筆者は現役の組込みエンジニアです。未経験向けのC言語練習問題を通じて最低限の言語知識を身につけ、最終的にはArduinoでマイコンプログラムを自作できるようになるのをゴールとして、このシリーズを作成しています。私自身、C言語で最初に大きくつまずいたのがこのポインタでした。

このテーマの要点

覚える記号は & と * の2つだけです。難しく見えるのは記号の意味が最初は頭に入りにくいからで、やること自体は「住所を調べる」「住所を頼りに中身を読み書きする」の2つしかありません。

なぜ組込みではポインタが必須なのか

先に「何に使うのか」から話します。ここが分かると、ポインタを学ぶ理由がはっきりするからです。

理由は大きく2つあります。1つ目はレジスタ操作。マイコンの中では、LEDをつなぐピンや通信の設定が「レジスタ」と呼ばれる番地の決まったメモリに割り当てられています。つまりマイコンを直接動かすことは、「決まった住所のメモリを読み書きすること」とほぼ同じ。この「住所を指定して中身を触る」操作こそが、ポインタの考え方そのものです。

2つ目は関数へのデータ渡しです。#5 関数でやったとおり、引数は値のコピーが渡されるので、関数の中から呼び出し元の変数は変えられませんでした。ポインタで「住所」を渡せば、関数の中から呼び出し元のデータを直接読み書きできます。配列やセンサー値の格納先を関数に渡す場面で、実務では毎日のように使います。

なので、この記事の7問で完璧に理解できなくても大丈夫です。& と * の動きを手で確かめておいて、実際にマイコンを触るときに戻ってくる。その使い方で十分かと思います。

前提知識：アドレス・&・*

① メモリとアドレス（すべての変数には住所がある）

プログラムの変数は、すべてメモリのどこかに置かれています。そしてメモリには1バイトごとに通し番号（アドレス＝住所）が振られています。int x = 10; と書くと、「どこかの住所に、10の入った箱が置かれる」わけです。

ポインタは、この住所を入れるための変数です。値そのものではなく「どこにあるか」を持ちます。

② 宣言・&・*（3点セット）

int x = 10;
int *p;        // int型の住所を入れるポインタ変数（型 + * + 変数名）

p = &x;        // &x = 「xの住所」。それをpに入れる
printf("%d\n", *p);   // *p = 「pが指す住所の中身」→ 10

*p = 20;       // pが指す住所の中身を書き換え → xが20になる

読み方はこうです。& は「〜の住所」、* は「その住所の中身」。この2つの変換が行き来できれば、ポインタの基礎は終わりです。

③ ポインタと配列（配列名は先頭の住所）

int data[3] = {1, 2, 3};
int *p = data;    // 配列名は「先頭要素の住所」。&data[0] と同じ

printf("%d\n", *p);   // 先頭の中身 → 1
p[1] = 20;            // data[1] を書き換えられる

配列の各要素は、#4 配列で見たとおりメモリに一直線に並んでいます。だから「先頭の住所」さえ分かれば、そこから順にたどれます。関数に配列を渡すときは、この「先頭の住所」を渡すのが定番です（発展Q6でやります）。

より正確な仕様は、cppreference（C言語リファレンス）で確認できます。

例題（まずは一緒に解いてみる）

練習問題に入る前に、簡単な例題を1つ、答えを見ながら流れを確認しましょう。

例題：変数 x = 10 の住所をポインタ p に入れ、①xの住所 ②pの中身 ③*p の3つを表示してみましょう。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 10;
    int *p = &x;

    printf("%p\n", (void *)&x);   // ① xの住所
    printf("%p\n", (void *)p);    // ② pの中身
    printf("%d\n", *p);           // ③ pが指す先の中身
    return 0;
}

実行結果（例）：①と②に同じアドレス（000000c65d7ff834 のような16進数）、③に 10

解説：p = &x とした瞬間から、pの中身は「xの住所」です。だから①と②は必ず同じ値になります。そして *p は「その住所の中身」なので、xの値である10が出ます。①②が一致するのを自分の目で確かめるのが、この例題のいちばんの目的です。

流れはつかめましたか？ ここからは、自分の手で解いてみましょう。

練習問題（基礎5＋発展2）

基礎5問は必ず解いてください。発展2問は余力があればで大丈夫です。まず自分で書いてから、各問題の「＋ 解答・解説を見る」を開いて答え合わせをしましょう。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int age = 20;
    printf("%d\n", age);            // 値
    printf("%p\n", (void *)&age);   // 住所
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 55;
    int *p = &x;
    printf("%d\n", *p);   // pが指す先の中身 = 55
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 0;
    int *p = &x;
    *p = 10;              // pが指す先（=x）に10を書き込む
    printf("x=%d\n", x);
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int data[3] = {1, 2, 3};
    int *p = data;           // 配列名 = 先頭要素の住所

    printf("%d\n", *p);      // ① 先頭の中身 → 1
    p[1] = 20;               // ② data[1] を書き換え
    printf("%d\n", data[1]); //   → 20
    return 0;
}

#include <stdio.h>

void setZero(int *n) {
    *n = 0;                  // 受け取った住所の中身を0にする
}

int main(void) {
    int errCount = 5;
    setZero(&errCount);      // 「errCountの住所」を渡す
    printf("errCount=%d\n", errCount);
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int sumArray(const int *arr, int n) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        sum += arr[i];       // ポインタでも配列と同じ書き方でOK
    }
    return sum;
}

int main(void) {
    int data[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    printf("sum=%d\n", sumArray(data, 5));
    return 0;
}

*(volatile unsigned char *)0x25 = 0x01;

例：実務で実際に書くコード

私の実務でポインタの出番がいちばん多いのは、関数にデータの格納先を渡す形です。センサー値の取得関数は、だいたいこの形をしています。

int result;
if (read_sensor(&result) == OK) {   // 格納先の住所を渡す
    // resultに取得値が入っている
}

戻り値は「成功/失敗」に使い、取得した値そのものはポインタ経由で受け取る。Q5でやった「関数の中から呼び出し元の変数に書き込む」がそのまま実務の形です。

最後につまずきポイントをおさらい

もう一つ気を付けたいのが住所を入れる前のポインタを使うことです。int *p; と宣言しただけのpはどこを指しているか分からず、その状態で *p = 10; と書き込むと、どこか知らないメモリを壊します（PCなら大抵クラッシュ、マイコンでは気づきにくい厄介なバグになります）。ポインタは「&で住所を入れてから使う」を徹底してください。

よくある質問（FAQ）

ポインタが理解できず挫折しそうです

全部を理解してから進む必要はありません。& と * の行き来（Q1〜Q3）ができれば、このシリーズを進める分には足ります。私も本だけでは分からず、マイコンでレジスタを触ったときに初めて腑に落ちました。使う場面に出会うと理解が追いつくタイプの知識なので、いったん先へ進むのも手です。

int* p と int *p、どちらで書く？

どちらも同じ意味なので、プロジェクトのコーディングルールに合わせれば大丈夫です。int* p, q; と書くとqがポインタにならない（pだけ）という罠があるため、私は int *p の書き方を使っています。

ポインタと配列は同じもの？

別物です。配列名が「先頭の住所」として振る舞う場面が多いので同じに見えますが、配列は「箱の並びそのもの」、ポインタは「住所を入れる1個の箱」です。まずは「関数に渡すときは先頭の住所が渡る」（Q6）だけ押さえれば十分です。

次に読む

ポインタの山を越えたら、残りは2テーマです。次は複数のデータを1つにまとめる「構造体」へ進みましょう。構造体をポインタで扱う書き方（->）でも、今回の知識をそのまま使います。

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