先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「先生、データの個数が決まっていないときに、複数の値をまとめて保存する方法はありますか？普通の配列だと最初に大きさを決めなきゃいけないのが不便で……。」

先生

「その悩みはC++を学ぶ人が必ず通る道ですね。実は『可変長配列』や、もっと便利な『std::vector（ベクター）』という仕組みがあるんですよ。」

生徒

「std::vector……？なんだか強そうな名前ですね。可変長配列とは何が違うんですか？」

先生

「その違いを知ることは、安全で効率的なプログラミングへの第一歩です。初心者の方にも分かりやすく、身近な例えを使いながら解説しますね！」

1. 配列と可変長配列の基本をおさらい

C++の配列（はいれつ）とは、同じ種類のデータを一列に並べて管理するための箱のようなものです。通常の配列は、プログラムを作る段階で「箱の数は10個！」と決める必要があります。これを静的配列と呼びます。

それに対して、プログラムを動かしている最中に、必要な数だけ箱を用意する仕組みが可変長配列（かへんちょうはいれつ）です。専門的にはVLA（Variable Length Array）と呼ばれることもありますが、実は標準的なC++ではあまり推奨されていません。なぜなら、メモリ（パソコンの作業机）の管理が難しく、プログラムが壊れる原因になりやすいからです。

パソコンを触ったことがない方にとって、通常の配列は「最初から大きさが決まっている筆箱」、可変長配列は「中身に合わせて長さが伸び縮みする魔法の筆箱」だとイメージすると分かりやすいでしょう。

2. std::vector（ベクター）とは何か？

std::vector（スタンダード・ベクター）は、C++が公式に提供している「とっても賢い可変長配列」のことです。名前に「vector」とついていますが、数学のベクトルとは少し意味が異なり、プログラミングの世界では「自動で大きさを調節してくれる動的な配列」を指します。

現代のC++プログラミングにおいて、複数のデータをまとめて扱う際の「王道」とも言える存在です。データ型の一種として扱われ、数値だけでなく、文字や自分で作ったデータなど、あらゆるものを入れることができます。初心者の方がデータの集まりを扱いたいなら、まずはこの std::vector を使うのが最も安全で正しい選択です。

3. 最大の違いは「メモリの管理責任」

可変長配列（特に自分でメモリを確保する動的配列）と std::vector の決定的な違いは、誰が後片付けをするかという点にあります。

プログラムの中でメモリ（作業スペース）を確保したとき、昔ながらの方法（new 演算子など）を使うと、使い終わった後に「もう使いません」という後片付けを自分でする必要があります。これを忘れるとメモリリークという現象が起き、パソコンの動作がどんどん重くなってしまいます。

一方で、std::vector は「自動お掃除機能付き」です。その変数が不要になったタイミングで、C++が勝手にメモリを解放してくれます。初心者にとって、この「後片付けを考えなくていい」というメリットは計り知れません。

4. std::vectorの基本的な使い方

それでは、具体的に std::vector をどうやって使うのか見てみましょう。使うためには、プログラムの冒頭で #include <vector> と書く必要があります。これは「ベクターという道具を使いますよ」という宣言です。


#include <iostream>
#include <vector> // vectorを使うために必要

int main() {
    // 整数(int)を入れるベクター「scores」を作成
    std::vector<int> scores;

    // データを追加（後ろにどんどんくっつける）
    scores.push_back(85);
    scores.push_back(92);
    scores.push_back(76);

    // 1番目（0から数えるので0番目）のデータを表示
    std::cout << "最初の点数: " << scores[0] << std::endl;

    return 0;
}

実行結果は以下のようになります。


最初の点数: 85

5. 自由自在なデータの追加と削除

可変長配列の醍醐味は、途中で中身を増やしたり減らしたりできることです。std::vector には、これを簡単に行うための「命令（メンバ関数）」がたくさん用意されています。

push_back： お尻にデータを追加します。
pop_back： 一番後ろのデータを1つ消します。
size： 今、データがいくつ入っているか数えてくれます。
clear： 中身を全部空っぽにします。

例えば、買い物のリストを作っていて、後から「あ、卵も買わなきゃ」と思い出したら push_back で追加し、「やっぱり牛乳は家にあるからいらない」となったら消す、といった操作が自由自在です。

6. 安全性の比較：範囲外アクセスへの対策

古い可変長配列や普通の配列で最も怖いのが「存在しない番号」にアクセスしてしまうことです。5個しかデータがないのに「100番目のデータを取ってきて」と命令すると、プログラムは暴走したり、変な値を表示したりします。

std::vector には、こうしたミスを防ぐためのチェック機能も備わっています。at() という命令を使えば、もし存在しない番号を指してしまった時に「それは無理ですよ！」と安全にエラーを吐いて止まってくれます。これはデバッグ（間違い探し）をするときに非常に役立ちます。


#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<std::string> names = {"田中", "佐藤"};

    // データの個数を確認
    std::cout << "登録人数: " << names.size() << "人" << std::endl;

    // 0番目と1番目はあるけれど、2番目（3人目）にアクセスしようとすると……
    // names.at(2); // ここで安全にエラーを出して教えてくれる
    
    return 0;
}

7. パフォーマンスとメモリの仕組み

「自動で伸び縮みするなら、その分動きが遅いんじゃないの？」と心配になるかもしれません。確かに、普通の配列よりはほんの少しだけ複雑なことをしていますが、最新のコンピュータにとっては誤差のようなものです。

std::vector は、あらかじめ少し多めにメモリ（空き地）を確保しておくことで、データを追加するたびに工事をしなくて済むように工夫されています。この仕組みのおかげで、大量のデータを扱うアルゴリズムを動かすときでも、非常に高速に動作します。効率的なリソース管理を自動で行ってくれる、まさにプログラミングの頼れる味方です。