実行できるCドキュメント: 定数

Q: C言語で定数はどう宣言しますか？

宣言に const を付けて値を与えます: const double PI = 3.14159;。以降、コンパイラはそれへの代入をすべて拒否します。古くからの代替はプリプロセッサマクロ #define PI 3.14159 で、こちらは代わりにテキスト置換を行います。

Q: C言語の const と #define の違いは何ですか？

const はコンパイラが認識する本物の型付き変数を作るので、型検査され、デバッガに現れ、スコープに従います。#define はコンパイル前に行われる純粋なテキスト置換で、型もスコープもなく、デバッグ中に調べることもできません。コンパイル時定数が必要な文脈でない限り const を選びましょう。

Q: C言語で const 変数を配列のサイズに使えますか？

ファイルスコープの固定長配列には使えません。const int N = 10; int arr[N]; は C99 では可変長配列になります（関数の内側では許され、ファイルスコープや構造体の中では許されません）。本物のコンパイル時のサイズには #define N 10 か enum { N = 10 }; を使いましょう。

Q: const char *p はどういう意味ですか？

定数の char へのポインタです。p が指す先を変えることはできますが、指している文字を変えることはできません。char const p はその逆で、変更可能な char への定数ポインタです。const char const p は両方を固定します。宣言は名前から外側に向かって読みましょう。

定数とは、名前と「変化しない」という約束を持った値です。C言語はそのための仕組みを3つ用意していて、内部的には本当に異なるものです - 1つは変数、1つはテキスト置換、1つは整数型です。

そもそもなぜ値に名前を付けるのか

この2行を比べてみましょう:

double area = 3.14159 * r * r;
double area = PI * r * r;

2つ目のほうが良い理由は3つあり、どれも後になって効いてきます。その数値が何を意味するかを語ってくれること。ちょうど1か所にしか現れないので、精度を変えるのが検索ではなく1回の編集で済むこと。そして PI のタイプミスはコンパイルエラーになるのに対し、3.14195 のタイプミスは誤った答えになること。

コードのあちこちに散らばった名前のない数値はマジックナンバーと呼ばれ、それを取り除くことはC言語のプログラムに対して最も安上がりな改善の1つです。

const

const キーワードは変数を読み取り専用としてマークします:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const double PI = 3.14159265358979;
    const int MAX_USERS = 100;

    double r = 2.0;
    printf("r=%.1f の面積: %.4f\n", r, PI * r * r);
    printf("収容人数: %d 人\n", MAX_USERS);

    /* PI = 3.0;  <- この行のコメントを外すとコンパイルできなくなります */
    return 0;
}

代入のコメントを外すと、コンパイラが拒否します: assignment of read-only variable 'PI'。ビルド時のこのエラーこそが狙いのすべてです。

const 変数は本物の変数です。型を持つので、コンパイラは使い方を検査します。スコープに従うので、関数の中の const は外に漏れません。アドレスを持つので、ポインタを取れます。そしてデバッガがその名前と値を見せてくれます。

const は宣言した場所で初期化しなければなりません - やり直しの機会はありません:

const int limit;       /* エラー（あるいは永遠にゴミのまま）: 後から代入することはできない */
const int limit = 50;  /* 正しい */

#define

プリプロセッサを使う代替はマクロです:

#include <stdio.h>

#define PI 3.14159265358979
#define MAX_USERS 100
#define GREETING "システムへようこそ"

int main(void) {
    double r = 2.0;
    printf("%s\n", GREETING);
    printf("r=%.1f の面積: %.4f\n", r, PI * r * r);
    printf("収容人数: %d 人\n", MAX_USERS);
    return 0;
}

これは変数ではありません。コンパイラが動く前に、プリプロセッサがソース中の PI をすべて 3.14159265358979 という文字列に置き換えます。コンパイラはその名前をまったく見ません - だからこそ #define には型がなく、デバッガにも現れないのです。

セミコロンも = もないことに注目してください。マクロは生のテキストなので、このよくある間違いは:

#define MAX_USERS 100;        /* セミコロンに注意 */

int limit = MAX_USERS + 1;    /* 展開結果: int limit = 100; + 1;  -> エラー */

定義とは似ても似つかない行でエラーを生みます。マクロを大文字で命名する慣習は、まさに読み手に置換が起きていると分からせるために存在します。

マクロは慣習的に UPPER_CASE で書かれます。const 変数も同じ考えの代わりを務めるときは、たいていそれに従います。

enum 定数

3つ目の形は、名前の付いた整数の集合を与えてくれます:

#include <stdio.h>

enum { MAX_USERS = 100, BUFFER_SIZE = 256 };

enum Weekday { MON, TUE, WED, THU, FRI };

int main(void) {
    char buffer[BUFFER_SIZE];   /* 本物のコンパイル時定数 */

    printf("buffer は %zu バイトです\n", sizeof(buffer));
    printf("MAX_USERS = %d\n", MAX_USERS);

    enum Weekday today = WED;
    printf("MON=%d TUE=%d WED=%d, today=%d\n", MON, TUE, WED, today);
    return 0;
}

値を割り当てない限り 0 から始まって1ずつ増えるので、MON は 0、FRI は 4 です。無名の enum { ... } は、ただの整数定数を作るよくあるイディオムです。

enum 定数には他の2つに対する本物の利点があります。コンパイラが理解するコンパイル時の整数定数であり、デバッガからも見えることです。詳しくは C言語の enum にあります。

どれを使うか

必要なもの	使うもの
型があり、スコープがあり、デバッグできる定数	`const`
配列のサイズ、`case` ラベル、ビットフィールドの幅	`enum` か `#define`
文字列定数	`#define` か `const char *`
浮動小数点の定数	`const double`
関連する整数値の集合	`enum`
プリプロセッサが見なければならないもの（`#if`、インクルードガード）	`#define`

デフォルトは const にすべきです。値がコンパイル前に存在しなければならないときは #define に、コンパイル時の整数や名前の付いたグループが必要なときは enum に手を伸ばしましょう。

これが本当に効いてくるのは配列のサイズです:

#include <stdio.h>

#define DEFINED_SIZE 5
enum { ENUM_SIZE = 5 };

int global_a[DEFINED_SIZE];   /* 問題なし */
int global_b[ENUM_SIZE];      /* 問題なし */

int main(void) {
    const int const_size = 5;
    int local[const_size];    /* C99 の可変長配列 - ここでは動く... */

    for (int i = 0; i < const_size; i++) local[i] = i * i;
    printf("local[4] = %d\n", local[4]);
    printf("グローバル: %zu %zu\n", sizeof(global_a), sizeof(global_b));
    return 0;
}

C言語の const int は読み取り専用の変数であって、コンパイル時の定数式ではありません。関数の内側であれば C99 は int local[const_size] を可変長配列にすることで受け入れますが、ファイルスコープ、struct の中、case ラベルとしては完全に拒否されます。enum と #define はどこでも動きます。

（これは C++ との本物の違いの1つで、C++ では const int は定数式です。言語間を行き来するコードはここでつまずきます。）

const とポインタ

const とポインタは3通りに組み合わさり、その意味は互いに入れ替えられません。宣言は名前から外側に向かって読みましょう:

const char *p;          /* p は変更してはならない char を指す */
char * const q;         /* q 自体は指し先を変えられない。char は変えられる */
const char * const r;   /* ポインタも char も変えられない */

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char text[] = "hello";

    const char *p = text;
    /* *p = 'H';  <- エラー: p を通したデータは const */
    p = "world";  /* しかし p の指し先を変えるのは問題ない */
    printf("p が今指しているもの: %s\n", p);

    char * const q = text;
    q[0] = 'H';   /* q を通してデータを変更するのは問題ない */
    /* q = "world";  <- エラー: q 自体が const */
    printf("text は今: %s\n", text);
    return 0;
}

const char * の形は最もよく書くことになるものです。文字列を変更せずに読むだけの仮引数に対して、これが正しい型だからです:

#include <stdio.h>

/* const は呼び出し側への約束です: この関数はあなたの文字列を変更しません。 */
size_t count_vowels(const char *s) {
    size_t n = 0;
    for (size_t i = 0; s[i] != '\0'; i++) {
        char c = s[i];
        if (c=='a'||c=='e'||c=='i'||c=='o'||c=='u') n++;
    }
    return n;
}

int main(void) {
    printf("\"programming\" の母音の数: %zu\n", count_vowels("programming"));
    return 0;
}

読み取り専用の仮引数に const を付けてもコストはゼロで、コンパイラが強制してくれる形で契約を文書化できます。どこでもやる価値があります。

文字列リテラルは事実上 const

const が捕まえるために存在する、微妙な罠です:

char *s = "hello";   /* 合法なCだが、s は読み取り専用メモリを指している */
s[0] = 'H';          /* 未定義動作 - 通常はクラッシュ */

文字列リテラルは実行ファイルの読み取り専用セクションに置かれます。そのポインタを通して書き込むと、たいていセグメンテーション違反になります。ポインタを const char *s = "hello"; と宣言すれば、実行時にクラッシュさせる代わりに、コンパイラがその代入を拒否してくれます。

変更可能な文字列が必要なら、配列にコピーしましょう:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const char *literal = "hello";   /* 読み取り専用、変更できない */
    char copy[] = "hello";           /* 配列: 自分専用の変更可能なコピー */

    copy[0] = 'H';
    printf("literal: %s\n", literal);
    printf("copy:    %s\n", copy);
    return 0;
}

よくある質問

C言語で定数はどう宣言しますか？

宣言に const を付けて値を与えます: const double PI = 3.14159;。以降、コンパイラはそれへの代入をすべて拒否します。古くからの代替はプリプロセッサマクロ #define PI 3.14159 で、こちらは代わりにテキスト置換を行います。

C言語の const と #define の違いは何ですか？

const はコンパイラが認識する本物の型付き変数を作るので、型検査され、デバッガに現れ、スコープに従います。#define はコンパイル前に行われる純粋なテキスト置換で、型もスコープもなく、デバッグ中に調べることもできません。コンパイル時定数が必要な文脈でない限り const を選びましょう。

C言語で const 変数を配列のサイズに使えますか？

ファイルスコープの固定長配列には使えません。const int N = 10; int arr[N]; は C99 では可変長配列になります（関数の内側では許され、ファイルスコープや構造体の中では許されません）。本物のコンパイル時のサイズには #define N 10 か enum { N = 10 }; を使いましょう。

const char *p はどういう意味ですか？

定数の char へのポインタです。p が指す先を変えることはできますが、指している文字を変えることはできません。char * const p はその逆で、変更可能な char への定数ポインタです。const char * const p は両方を固定します。宣言は名前から外側に向かって読みましょう。