静的配列（static array）は、プログラミングでよく使用される配列の一種で、配列の長さ（要素数）を宣言時に決定し、その後は変更できない特徴を持っています。
特に処理速度が重視される場面で活用され、固定長配列とも呼ばれます。
本記事では、静的配列の基本概念、特徴、利点、そして動的配列との違いについて解説します。
静的配列（Static Array）の基本概念
静的配列とは？
静的配列は、配列のサイズがコンパイル時に決定され、その後変更することができない配列です。
配列は、同じデータ型の要素を一つの変数名でまとめて管理できるデータ構造ですが、静的配列はそのサイズが変更不可であり、最初に指定した要素数で固定されます。
例えば、C言語で次のように宣言する場合：
このコードでは、整数型の要素を10個持つ配列を宣言しています。
この配列は、a[0] から a[9] までの10個の要素で構成され、その後新たな要素を追加したり、削除したりすることはできません。
静的配列の特徴
- サイズが固定: 宣言時にサイズ（要素数）を決め、その後変更することはできません。
- 高速なアクセス: コンパイル時にサイズが決まるため、メモリの配置やアクセスが効率的で、高速な処理が可能です。
- 予測可能なメモリ使用量: メモリの消費が決まっているため、使用するメモリの量をあらかじめ計算することができます。
静的配列の利点と欠点
利点
- 高速な処理速度
静的配列は、要素数が変更されないため、メモリの確保とアクセスが簡単で高速です。特に、大量のデータを一度に扱う場合に効果を発揮します。 - メモリ管理が簡単
静的配列は事前にメモリが確保されるため、動的なメモリ管理を行う必要がなく、メモリリークなどの問題を避けやすいです。 - リソースの予測が可能
配列のサイズが固定されているため、使用するメモリ量や処理能力が事前に予測でき、リソースの消費を効率的に管理できます。
欠点
- サイズ変更ができない
一度配列のサイズを決めてしまうと、後から要素を追加したり、削除したりすることができません。そのため、動的にサイズが変化するデータを扱う場合には不便です。 - メモリの無駄が生じる可能性がある
静的配列では、必要な分だけメモリを確保することができないため、予め大きなサイズを確保してしまうと、使用しないメモリ領域が無駄になる場合があります。
静的配列と動的配列の違い
動的配列（Dynamic Array）との比較
静的配列と対照的に、動的配列は実行時に必要なサイズを動的に決定し、要素を追加したり削除したりできる配列です。
例えば、JavaのArrayListやPythonのlistなどが動的配列の例です。
- 静的配列: サイズが固定され、メモリの管理やアクセス速度が安定しており、高速な処理が可能。
- 動的配列: 実行時に配列のサイズが決まり、要素の追加や削除が柔軟に行えるが、サイズの変更にはオーバーヘッドが生じ、処理速度が遅くなることがあります。
使用シーンの違い
- 静的配列は、メモリ使用量や処理速度が予測できるため、計算量の多いアルゴリズムや、配列サイズが事前にわかっている場合に適しています。例えば、数値計算や画像処理などの高速なデータ処理が求められる場面です。
- 動的配列は、要素数が不確定な場合や、データの追加削除が頻繁に行われる場合に便利です。例えば、ユーザー入力を受け付けてデータを動的に処理するアプリケーションで使用されます。
静的配列の実際の使用例
数値計算における使用
静的配列は、特に数値計算やアルゴリズムで多く使用されます。
例えば、数学的な行列計算やフィルタリングなどでは、配列のサイズが固定されていることで計算が効率的に行われます。
システムプログラミング
システムプログラミングでは、メモリの効率的な利用が求められます。
静的配列は、事前にメモリを確保しておくため、リアルタイムのシステムや組み込みシステムなどでよく利用されます。
静的配列のまとめ
静的配列（static array）は、プログラムの中で使用する配列のサイズが固定された配列です。
コンパイル時にサイズが決まるため、高速でメモリ効率が良いのが特徴です。
主に計算速度が重要な場面や、配列のサイズが事前に確定している場合に使用されます。
一方、動的配列はサイズが変更できるため柔軟ですが、処理速度やメモリ管理の点で静的配列に劣ります。
用途に応じて、静的配列と動的配列を使い分けることが重要です。
まとめ
- 静的配列は、固定長の配列で、サイズが事前に決められており、処理が高速でメモリ管理も簡単です。
- 動的配列は、サイズが実行時に決まるため柔軟ですが、処理速度にオーバーヘッドが生じることがあります。
- 使用する状況に応じて、静的配列と動的配列を適切に選択することが、プログラムの効率性を高める鍵となります。