メモリのしくみ ― 変数はどこにある？

導入

ポインタを学ぶ前に、まず「メモリ（memory）」を知りましょう。変数は魔法で存在しているのではなく、メモリという場所に、確かな「住所」を持って置かれています。

説明

コンピュータのメモリは、同じ大きさの小さな箱が、一列にびっしり並んだものだと考えてください。箱1つの大きさは 1バイト（＝8ビット＝0か1が8個）です。そして、それぞれの箱には先頭から順に 0, 1, 2, 3 … と通し番号がついています。この番号が アドレス（住所・番地） です。

flowchart TB
  subgraph MEM["メモリ = 番地つきの箱が一列に並んだもの"]
    direction LR
    b0["1000番地"]
    b1["1001番地"]
    b2["1002番地"]
    b3["1003番地"]
    b4["1004番地"]
    b5["1005番地"]
  end

「ビット」は 0 か 1 のどちらかを表す最小単位です。これが8個集まって1バイト、というのがメモリの数え方の基本です。

• ビット (bit) … 0 か 1（電気が ON か OFF か）。情報の最小単位。
• バイト (byte) … ビット8個ぶん。メモリの箱1つ＝1バイト。
• アドレス … 箱1つ1つについた通し番号（何番目の箱か）。

変数を作ると、コンピュータは「この変数用に、ここからここまでの箱を使うぞ」とメモリの一区画を確保し、そこに値を書き込みます。型によって必要な箱の数（バイト数）が違います。実際に何バイト使うかは sizeof で調べられます。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "char   は " << sizeof(char)   << " バイト" << endl;  // 1
    cout << "int    は " << sizeof(int)    << " バイト" << endl;  // 4
    cout << "double は " << sizeof(double) << " バイト" << endl;  // 8

    int x = 5;
    cout << "x = " << x << " （int なので " << sizeof(x) << " バイトの区画を使う）" << endl;
    return 0;
}

たとえば int x = 5; と書くと、int は 4バイトなので、メモリのどこか連続した4つの箱がまとめて x 用に確保され、そこに 5 が書き込まれます。その区画の先頭の番地こそが「x の住所」です。

flowchart TB
  subgraph MEM["int x = 5; を実行したメモリのようす"]
    direction LR
    a["1000番地"]
    b["1001番地"]
    x0["1002番地"]
    x1["1003番地"]
    x2["1004番地"]
    x3["1005番地"]
    c["1006番地"]
  end
  x0 -.->|"この4バイトに 5 が入る（先頭 1002番地 が x の住所）"| x3

ここで大事なのは、変数には「名前（x）」だけでなく「住所（何番地にあるか）」もあるという事実です。ふだんは名前で読み書きしていますが、住所を直接あつかう道具が――次のレッスンで学ぶポインタです。

やってみよう

sizeof にいろいろな型（bool、char、int、double）を渡して、型ごとに必要なバイト数（箱の数）が違うことを確かめましょう。配列 int a[10]; の sizeof(a) も見てみると、「4バイト × 10個 = 40」になるはずです。

演習

sizeof(double) の値を表示してください（結果は 8）。これは「double 型の変数1つが、メモリ上で何個の箱＝バイトを使うか」を表します。