先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「先生、C++で複数のデータをまとめて扱いたいときはどうすればいいですか？名前と年齢と身長をバラバラに管理するのは大変で……。」

先生

「そんなときは『構造体』や『クラス』を使えば、自分専用の新しいデータ型を作って、関連する情報をひとまとめにできますよ。」

生徒

「自分専用の型、ですか？難しそうだけど面白そうですね！」

先生

「大丈夫です。基本的な書き方から、それぞれの違いまで丁寧に解説していきますね！」

1. 構造体とクラスとは？

C++のstruct（構造体）やclass（クラス）は、プログラムの中で関連する複数のデータを一つにまとめるための仕組みです。これまで学んだint（整数型）やdouble（小数型）などは、あらかじめ用意された「標準の型」ですが、これらを組み合わせて「学生型」や「モンスター型」といった独自のデータ型を作ることができます。

プログラミング未経験の方に分かりやすく例えると、これらは「専用の整理箱」や「プロフィール帳のテンプレート」のようなものです。一人分の情報をバラバラの付箋に書くのではなく、一つのファイルに綴じることで、データの管理が格段に楽になり、プログラムの読みやすさ（可読性）も向上します。変数とデータ型の応用として、非常に重要な概念です。

2. 構造体（struct）を使ってデータをまとめる

まずは、よりシンプルな「構造体」から見ていきましょう。構造体は主に「複数の値をセットにして運びたい」というときに使われます。例えば、座標（XとY）や、商品の情報などを扱うのに最適です。

定義するときは struct 構造体名 { ... }; と記述し、中身のデータを「メンバ変数」と呼びます。使い方は、定義した後にその構造体名を「型」として使うだけです。メンバにアクセスするときはドット（.）を使います。


#include <iostream>
#include <string>

// 学生の情報をまとめる構造体（設計図）
struct Student {
    std::string name; // 名前
    int age;          // 年齢
    double height;    // 身長
};

int main() {
    // Student型を使って変数を宣言（実体を作る）
    Student taro;
    taro.name = "太郎";
    taro.age = 18;
    taro.height = 170.5;

    std::cout << taro.name << "さんは" << taro.age << "歳です。" << std::endl;
    return 0;
}

3. クラス（class）の基本とオブジェクト

次に「クラス」です。C++の最大の特徴である「オブジェクト指向」の主役です。クラスも構造体と同じようにデータをまとめられますが、最大の違いは「データだけでなく、それを使った処理（関数）も一緒に閉じ込められる」という点です。

クラスを使って作られた変数のことをオブジェクト（またはインスタンス）と呼びます。クラスは「車の設計図」、オブジェクトは「実際に道路を走っている車」だと考えてください。設計図があれば、同じ種類の車を何台でも作ることができますね。


#include <iostream>

class Counter {
public: // どこからでも触れるようにする「魔法の言葉」
    int count = 0;

    // 数を増やす処理（メンバ関数）
    void increment() {
        count++;
    }
};

int main() {
    Counter myCounter; // オブジェクトの作成
    myCounter.increment(); // 1増やす
    myCounter.increment(); // さらに1増やす

    std::cout << "現在の数は: " << myCounter.count << std::endl;
    return 0;
}

実行結果は以下のようになります。


現在の数は: 2

4. アクセス修飾子：publicとprivate

クラスを使う上で非常に大切なのが「隠しごと」をする機能です。これをカプセル化と呼びます。誰でも触れるようにするのを public、クラスの中からしか触れないようにするのを private と指定します。

public（公開）： 外部から自由に見たり書き換えたりできる。
private（非公開）： クラスの内部だけで使う。外部から勝手に書き換えられないので安全。

例えば、銀行口座クラスがあったとき、残高を誰でも勝手に書き換えられたら困りますよね？大事なデータは private に隠し、あらかじめ用意した「預金する」という関数（窓口）を通してのみ操作させることで、データの安全を守るのです。これがプログラミングの設計思想における重要なポイントです。

5. 構造体とクラスのたった一つの違い

実はC++において、機能面での構造体とクラスの違いはたった一つしかありません。それは「何も書かなかったときに、デフォルトで公開か非公開か」という点です。

種類	デフォルトのアクセス権	主な使い道
struct	public（すべて公開）	単純なデータの詰め合わせ
class	private（隠される）	複雑な処理や、安全性が求められる設計

初心者のうちは、「単に数値をひとまとめにしたいなら struct」「関数なども含めて本格的に部品を作りたいなら class」という使い分けで十分です。

6. メンバ関数を使って「振る舞い」を定義する

クラスの真骨頂は、データ（メンバ変数）をどう扱うかを「メンバ関数」として定義できることです。例えば、「RPGの勇者」という型を作ってみましょう。勇者は名前やHPというデータだけでなく、「攻撃する」というアクション（振る舞い）を持っています。


#include <iostream>
#include <string>

class Hero {
public:
    std::string name;
    int hp;

    // 攻撃の振る舞い
    void attack() {
        std::cout << name << "の攻撃！敵に10ダメージ！" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Hero sato;
    sato.name = "サトシ";
    sato.hp = 100;

    sato.attack(); // メンバ関数の呼び出し
    return 0;
}

7. 構造体の配列で大量のデータを管理

自分で作った「型」は、配列として何十個、何百個と並べることもできます。例えば、名簿管理プログラムなどは、構造体の配列を使うと一気に作りやすくなります。これは、パソコンでExcelの表を作っているような感覚に近いかもしれません。

一行が構造体のデータ、それが縦に並んでいるのが配列、というイメージです。配列操作と構造体を組み合わせることで、大量の情報を効率よく処理できるようになります。


struct Point {
    int x;
    int y;
};

int main() {
    // Point型のデータを3つ並べた配列
    Point path[3] = { {0, 0}, {10, 5}, {20, 10} };

    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        std::cout << "地点" << i << ": (" << path[i].x << ", " << path[i].y << ")" << std::endl;
    }
    return 0;
}

8. メモリ上のイメージとポインタ

構造体やクラスのオブジェクトを宣言すると、パソコンのメモリ上に、メンバ変数が順番に並んで場所を確保されます。この確保された場所の先頭を指すのがポインタです。少し発展的な内容ですが、構造体のポインタを使ってデータにアクセスするときは、ドット（.）ではなくアロー演算子（->）を使うという決まりがあります。

最初は混乱するかもしれませんが、「住所（ポインタ）から中身を見る時は矢印を使うんだな」とイメージしておくと、後の学習で非常に役立ちます。参照とポインタの理解が深まると、大きなデータを高速に処理できるようになります。