コードで違いを確認しよう
先生「値渡しと参照渡しの違いを示すには，あとは…」
学生「具体的なプログラム，ですか?」
「必要ですねえ」
「覚えてきました」
「授業でやった，二つの値を交換する関数，ですか?」
「はい」
「まあ覚えたのを書き出すのでは，能がないので…」
「…」
「今から言う関数を，書いてくれますか?」
「え，あ，はい」
「関数の中で，引数の値を1，増やしてください」
「えっと，はい」
「それで，増やした値を，printfで出力してください」
「…それだけですか?」
「うん，そういう関数を書いてください．まずは値渡しから」
値渡しで1増やす
学生「えっと…引数の型は，どうしたらいいでしょう?」
先生「intにしてください」
「はい．では…これでいいでしょうか?」
void ichi(int a)
{
a = a + 1;
printf("%d\n", a);
}「まあ，仕様は満たしますね．ですが」
「ですが?」
「コードとしてよろしくないところがあるので，修正しておきましょう．まずは関数名です」
「1増やす，で "1fuyasu" にしようとしたのですが」
「それはあかんね」
「最初が数字という名前はまずいので，"ichi" にしました」
「うーん，この関数は，離散数学の授業あたりで教わってないかな?」
「えっと…」
「引数の値を1増やす関数は，後者関数，英語でsuccessorというんですよ」
「じゃあsuccessorにすればいいのですか?」
「まあ，長いから，succのほうがいいね」
「ああ，そういえば，離散数学の授業では，S(x)という書き方をしていました」
「ふむ．…あ，そうだ，後で参照渡しと比較するので，関数名を書き分けておきましょう」
「…どうすればいいでしょうか」
「値渡しを英語で何というか，知ってますか?」
「はい，もう一つのプログラミングの授業で教わりました…call by valueです」
「うん．まあ，pass by valueという言い方もあるけどね．これを使って，succ_by_valueにしますか」
「はい」
「あともう一つ．"a = a + 1;" は，Cらしくないね」
「インクリメントを使うほうがいいんですか?」
「そうだよ」
「あれ，どうも好きになれないんです」
「なんで?」
「a++と++aで，意味が違うんですよね?」
「うんまあ授業でそう言うたけど…ここでは，a++;でも++a;でもいい．そういうときの慣例は，a++;のほうですね」
「iのforループで，i++と書きますけど」
「そう，そういうこと．改めて，関数を見直すか」
「はい」
void succ_by_value(int a)
{
a++;
printf("%d\n", a);
}「ここから，何が言えますか?」
「何が言えるか，ですか…」
「これが値渡しの関数の例ですね」
「はい」
「なんで?」
「えっと…ポインタを使っていないから」
「消去法か．不十分かな」
「値を受け取るから」
「だいぶ近くなった．『int型の値を受け取って，その値を関数の中で使うことを意図した関数』と言えばいいんだけど，まあ長いか」
「長いですね」
「ともあれメモっといてください」
「あ，はい」
「ここで質問ですが，実引数がchar型とかdouble型とか，int以外だったら，どうなりますか?」
「…どうなるんですか?」
「授業では，関数のところで，ただし値渡しや参照渡しよりも前に，説明してるんだけど」
「忘れました」
「答えを言うと，実引数はcharでもdoubleでも，問題ありません．しかし関数を呼び出すときに，仮引数の型であるintに変換されて…暗黙の型変換ってやつね，それから仮引数aにコピーされます」
「ちょっと長かったので，メモ，とれませんでした．…実引数と仮引数の型が違っていたら，仮引数の型に変換してから，仮引数に代入する，ということですか?」
「僕が言ったのはかなりちがうけど，パラフレーズとしては，それでいいよ」
「ぱらふれーず??」
「言い換えのことです．オウム返しに，言われたことを答える，書かれていることを引き移すのではなく，自分の言葉で表現し直すことを，パラフレーズというんです」
「あ，はい，これもメモしておきます」
「うん，パラフレーズという言葉そのものは，レポートでは書かないようにね」
「もちろんです」
「あとは，値渡しの特徴は何でしたっけ?」
「仮引数の値を変えても，実引数には影響しないことです」
「そうだね．この関数から，なぜそれが言える?」
「えっと…」
「ここで押さえておくのは，仮引数はauto変数だということ」
「はい，auto変数ということは…」
「生成と消滅があるんですね」
「あ，そうです．関数呼び出しのときに，変数aの領域がスタックに作られて」
「そうそう」
「関数を終了するときに，消滅する，のですね?」
「そうです，そして?」
「消滅のときに，変数aの値は呼び出し元に戻りません．…戻らないので，『仮引数の値を変更しても，実引数には影響しない』」
「よし，これで値渡しは十分でしょう」
参照渡しで1増やす
先生「参照渡しの後者関数を書いてもらいますが」
学生「が?」
「コードを書く前に，どんな方針で書けばいいか，言ってもらいましょうか」
「はい…今書いたコードを使っていいですか?」
「いいですよ」
「えっと…関数名は，succ_by_…」
「参照渡しの英語が出てきませんか?」
「リファレンス，でしたっけ?」
「うん，call by referenceまたはpass by referenceですね」
「では，succ_by_referenceですか，あれ，途中のrは重ねるんでしたっけ?」
「動詞のreferだったら重ねますが，referenceは，重ねませんよ．なのですが，referenceって長くて打ち間違いやすいので，succ_by_refでいいかな」
「はい，わかりました」
「それで，関数はどないしましょ」
「先ほどの関数」
「succ_by_value?」
「そうです，その中のaを，*aに置き換えます」
「仮引数の宣言は?」
「あっと，はい，int aも，int *aにします」
「それでいい?」
「…何か足りませんか?」
「まあいいや，書いてみてください」
「はい」
void succ_by_ref(int *a)
{
*a++;
printf("%d\n", *a);
}
間接演算子とインクリメント演算子
「おかしいですね」
「あれ? …あ，*a++;のところですか?」
「そうです」
「カッコをつけて，(*a)++;なら，いいですか?」
「ならいい，じゃなくて，そうしないといけません」
「そういうものなんですか?」
「これは，理由を言えるようにしましょう」
「えっと…」
「カッコをつけない*a++と，カッコをつけた(*a)++との違いを言ってください」
「あ…」
「まず(*a)++から説明してみましょう．ヒントは，オペランド」
「えっと，それでは…(*a)++の場合，インクリメントオペランドの」
「違うよ．インクリメント演算子だ」
「あ，はい．インクリメント演算子のオペランドが(*a)」
「そこはカッコを言っても言わなくてもいいかな．ま，続けてください」
「つまり，ポインタ変数aの指し示す先の値で，それを1増やすことになります」
「それでいいのかな?」
「え!?」
「あ，質問の仕方が悪かったな．なので，意図どおりの動作なのですね?」
「え…はい，そうです」
「じゃ次は*a++」
「こちらは…ポインタ変数aに，オペランド*と++が両方ついていまして」
「うーん，見ためはそうだけど，演算子の優先順位がありますね」
「はい，それで，単項演算子はたしか，すべて同じ優先順位と授業で聞きました」
「まあ実のところ，すべての単項演算子が同じじゃないんだけどね」
「そうなんですか?」
「規格としては，後置のインクリメントとデクリメントの演算子だけ，優先順位が高いです」
「…」
「ということで，*a++は，*(a++)と同じと思ってください」
「あ，はい」
「でもこれで処理の説明は終わりませんので，終わりまで作ってくれますか」
「はい．*(a++)とみた場合…まずaの値を1増やしてから」
「違うよ，それだと，*(++a)となるから」
「そうですね，では…」
「ここで，授業で言ってないけど，ヒントを．演算子の優先順序は，式の構成を決めるものであり，式の中の評価順序を決めるものではないのです」
「…」
「後置のインクリメント演算子は」
「あ，式のあとで評価されるんですよね．だから，*(++a)は」
「おいおい，*(a++)だ」
「そうでした，*(a++)は，*aとa++の二つの式になります」
「それでは不十分だな」
「おかしいですか?」
「*(a++)という式の値，つまり評価値は，何になりますか?」
「*aを求めてから，a++しますから…」
「おかしいね．評価値としては，後置++の処理を抜かしてください．評価値と関係ないところで，1増やすのです」
「えっと…」
「理解しにくい?」
「いえ，ええ，なんかすっきりしないのです」
「一つの式には，一つの値が決まりますね」
「はい」
「それを評価値と言います．その一方で，一つの式の中に，複数の変数の値の変更ができますね」
「はい，++や--が入っていれば」
「それだけじゃなく，式の中に，複数の代入演算子を書いてもいい」
「あ，そうです」
「だから，*(a++)という式の中に…僕が言いすぎかな，続きを言ってくれる?」
「aの値を1増やすa++と，++を除去してできる式*aがあって，この*aが評価値になります」
「*aと書いたときのaは，1増やす前ですか? 後ですか?」
「後です」
「いや」
「あ，間違いです．1増やす前です」
「後で１増やす，ですからね．さて，*aって，何ですか?」
「aはポインタ変数ですから…aを指し示す先です」
「それで満足ですか?」
「…満足か，と問われると，何かおかしいですね」
「*a;という式文は，どう見ますか?」
「えっと，代入がないのですが」
「うん，*a++;から，後置の++を取り除いたんです」
「そこはわかるんですが，*a;の意味が…」
「意味を考えて戸惑うのは，当然ですね．これ，意味ないですから」
「はい…」
「aの指し示す先の値を取り出すだけで，その値は変わらないんです」
「…」
「あとは，『意図どおり』という言葉を使って，結論を言うと?」
「意図…あ，はい! *a++;では，『指し示す先の値を1増やす』という意図のとおりには，動作してくれません」
「はい，なので，*a++;ではなく(*a)++;ですね．また脱線が長くなったなあ」
改めて，参照渡しで1増やす関数を確認
先生「コードを見直しましょう」
学生「はい」
void succ_by_ref(int *a)
{
(*a)++;
printf("%d\n", *a);
}「参照渡しの説明に即して，この関数を説明してください」
「はい．まず仮引数はポインタ変数となっています」
「そうですね」
「呼び出す側でも，intのポインタとしないといけません」
「intのポインタの具体例は?」
「intの配列や，配列のどこかを指し示すポインタ，それと配列ではなく普通のintの変数に，&をつけたものです」
「そうですね，レポートとして書くときは，面倒でも，intの後ろに『型』をつけてくださいね」
「わかりました」
「それと，最初の『intの配列』は，『intの配列変数名』かな」
「はい，そうです」
「さて…関数の内部は，どうなっていますか?」
「はい，値が変わるのは(*a)++;だけですが」
「そうですね」
「これは，aの指し示す先の値を，1増やします」
「aの指し示す先は，どこにありますか?」
「はい，関数の内部ではなく」
「関数の内部というのは厳密さを欠くんだけどね，まあ口での説明では，いいでしょう」
「関数の外，つまり呼び出す側の変数か，配列か，指し示す先の値を変更します」
「では最後に，この関数の処理を終えると，値はどうなりますか?」
「えっと，仮引数のaは使えなくなりますが，さっきの」
「先ほどの，ね」
「はい，先ほどの代入は有効ですので」
「ふむ，面白い表現だな．続けてください」
「関数呼び出しの前後で値が変わります」
「それが参照渡しの効果ですね?」
「はい」
「関数の説明としてはそれでいいですね．なのですが，一つだけ，小さなところですが，押さえておきましょう」
「あ，え?」
「実引数がint以外の型のポインタだと，どうなりますか?」
「それは…呼び出すときに，エラーになります」
「まあこれは特殊な話かな．実行時ではなくコンパイル時に，型の不一致がわかりますし，エラーではなく警告になります」
「そうなんですか?」
「コンパイル時，のほうはいいかな?」
「はい，関数の型がわかりますし，呼び出すときにも型が決まります」
「うん．引数の型ね．で，ポインタの型の不一致は，警告になるんですよ」
「エラーにできないんですか?」
「コンパイラオプションでできるかな．まあ我々としては，警告はエラー扱いとして，行番号を見てデバッグしたほうがいいね」
「警告は出ますが，実行ファイルができて，実行もできるんですね?」
「そうです，さてこのsucc_by_refで，doubleのポインタを引数にしたら，どうなりますか?」
「intのポインタに，doubleのポインタを代入…できるんですか?」
「無理やりに型変換すると思ってください」
「doubleをintに，ですか?」
「いえ，doubleのポインタを，intのポインタに，変換します」
「変わります?」
「アドレスは変わりません．ですが，何のポインタかというのが変わります」
「ということは…」
「そんなときに，(*a)++;は，どうなりますか?」
「aの指し示す先を，intとして，今ある値を1増やします」
「でも，呼び出すときには，その指し示す先は，doubleですね」
「はい，それでどうなるものかと…」
「まあかなりのところ，処理系に依存しそうですね．一番自然な解釈は，(*a)++;でどんな処理をするかはそれでよくて，関数呼び出し後には，そのdoubleの値のメモリ内容が書き換わるわけで，どんな値になるかというと，intとdoubleの内部表現形式によるけど，double型として1増えるというのは起こりにくい，といったところかな」
「つまり，意図どおりに1増えないのですね」
「そうです．参照渡しで値を変えるときは，暗黙のポインタの型変換というわけにはいけない，そんなことをしようとすると不具合が起こる，と考えるといいでしょう」
おしまい
先生「ではレポートにして，改めてこちらまで持ってきてくれますか」
学生「わかりました．では明日お伺いします」
「了解．明日は部屋にいるようにします」
