01結論：「Arduino言語」の正体はC++

新しい言語ではなく、C++の上の「道具箱」

Arduinoで書くコード（スケッチ）は、独自に作られた新しい言語ではありません。書き込みの直前にC++のプログラムに変換され、C++のコンパイラで機械語に直されます。Arduinoの公式ドキュメントも、ビルドの前処理を「スケッチをC++のプログラムに変える」ものだと説明しています。

C++はC言語をもとに作られた言語なので、C言語の書き方の多くもそのまま通ります。そのため「CでもC++でも書ける環境」と言われることがありますが、正確には「C++として動く。C言語風に書くこともできる」です。この違いは第6章で具体例を見ると、はっきりします。

それでも「Arduino言語」と呼ばれる理由

Arduino公式のリファレンスは「Arduino programming language」という呼び方をしていて、内容を「関数・値（変数と定数）・構造」の3つに分けて紹介しています。ここに並んでいるのは、digitalWrite() や analogRead() のような電子工作向けの関数と、setup() と loop() という決まった形です。

つまり、Arduinoで新しく覚えるのは文法ではなく、道具箱の中身です。if文やfor文の書き方はC++そのままで、そこに「ピンを光らせる」「センサーの値を読む」といった道具が最初から入っている、と考えると混乱しません。

「Arduino言語」という呼び名の由来

Arduinoは2005年ごろ、イタリアのイヴレーアにあったデザイン学校（Interaction Design Institute Ivrea）で生まれました。その少し前、同じ学校の学生だったエルナンド・バラガンが、デザイナーでもマイコンを扱えるようにと「Wiring」という仕組みを作っています。setup()とloop()に分けて書く形や、digitalWrite()のような関数の考え方は、このWiringから受け継がれたものです。

つまり「Arduino言語」は、最初からC++を使いやすくするための枠組みとして育ってきたもので、新しい文法として設計されたものではありません。

02C言語・C++・Arduinoの関係

C言語：手順を順番に書く、組み込みの定番

C言語は1970年代初めにアメリカのベル研究所で生まれた言語です。変数、if文、for文、関数、配列、構造体といった基本の部品を使い、処理の手順を上から順に書いていきます。OSやマイコンのプログラムなど、機械に近い分野で今も広く使われています。

C++：C言語に「クラス」を足した言語

C++は、C言語に新しい機能を足して作られた言語です。一番大きな追加はクラスで、データとそれを扱う処理を1つにまとめられます。たとえば「サーボモーター」というクラスに、「今の角度」というデータと「回す」という処理をまとめておく、といった使い方です。ほかにも、同じ名前の関数を引数の違いで使い分ける機能（オーバーロード）や、型を問わない関数を作るテンプレートなどが加わっています。

Arduino：C++に、電子工作向けの仕組みを足した環境

Arduinoは、このC++の上に「すぐ動かせる」ための仕組みを重ねたものです。言語というより、開発環境とライブラリのセットと考えるのが正確です。

下の層の書き方は、上の層でもほぼそのまま使えます。

C言語のコードは、どこまでそのまま通るか

「C言語の書き方がほぼ使える」のは本当ですが、「完全に同じ」ではありません。CとC++でふるまいが違う代表例を、Arduino Uno向けの設定でコンパイルして確かめました。

つまり、C言語の入門書で学んだことはそのまま役に立ちますが、Arduinoの中では「C++のルールで判定されている」と覚えておくと、思わぬエラーに出会ったときに原因を探しやすくなります。

03書き込みボタンを押すと、裏で何が起きているか

Arduino IDEの「書き込み」ボタンを押すと、数秒のあいだに次の5つの段階が進みます。Arduino IDE 2では、この処理を裏で動いている「Arduino CLI」というプログラムが担当しています。Arduino公式の「Sketch build process」の説明をもとに、流れを整理しました。

1. 前処理：.inoを.cppに変えるスケッチをC++のファイルに作りかえます。中身は次の項目で説明します。
2. ライブラリを探す#include されているファイルを、ボードのコア→インストール済みのライブラリの順に探し、見つかった場所をコンパイラに伝えます。
3. コンパイルスケッチ、使っているライブラリ、ボードのコア（Arduinoの土台部分）を、それぞれ機械語のファイル（.o）にします。Arduino Unoならavr-g++、ほかのマイコンならそれぞれ専用のコンパイラが使われます。
4. リンクばらばらの機械語をつなぎ合わせて1つのプログラムにします。使われていない部分は省かれ、最後に.hexファイルができます。
5. 書き込みできたプログラムを、USBケーブル経由でマイコンに送ります。

前処理で、スケッチはこう変わる

公式の説明によると、前処理では主に次のことが行われます。

• スケッチのフォルダに.inoファイルが複数あるときは、フォルダと同じ名前のファイルを先頭に、残りを名前順につなげて1つにする
• 先頭に #include <Arduino.h> がなければ追加する
• 宣言（プロトタイプ）のない関数に、宣言を自動で追加する
• エラーの行番号が元のスケッチと合うように、#line という目印を入れる

たとえば、次のスケッチを書いたとします。

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  blinkTwice();      // まだ定義していない関数を先に呼んでいる
  delay(1000);
}

void blinkTwice() {
  for (int i = 0; i < 2; i++) {
    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(13, LOW);
    delay(100);
  }
}

前処理のあとは、おおよそ次のようなC++ファイルになります（実際のファイルには #line の行なども入ります）。

#include <Arduino.h>    // ← 自動で追加

void setup();           // ← 宣言が自動で追加される
void loop();
void blinkTwice();

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  blinkTwice();
  delay(1000);
}

void blinkTwice() {
  /* 省略 */
}

なお、公式ドキュメントには「まれに宣言の自動生成に失敗することがある」とも書かれています。そのときは、関数の宣言を自分でスケッチの上のほうに書けば解決します。また、前処理の対象は.inoファイルだけで、同じフォルダに置いた.cppや.hファイルはそのままコンパイルされます。

04隠れたmain()の正体【検証あり】

普通のC++のプログラムは、必ず main() という関数から動き始めます。ところがArduinoのスケッチには、main()を書いた覚えがないはずです。main()はどこにあるのでしょうか。

本物のmain()は、ボードのコアの中にある

答えは、ボードごとに用意されている「コア」と呼ばれる土台のプログラムの中です。Arduino Unoなどが使うAVRコアでは、cores/arduino/main.cpp というファイルにあり、中身は次のとおりです（説明のためのコメントは編集部が追加）。

int main(void)
{
	init();            // タイマーやアナログ入力などの準備

	initVariant();     // ボードごとの追加の準備（多くは空）

#if defined(USBCON)
	USBDevice.attach(); // USB機能を内蔵したボード（Leonardoなど）のみ
#endif

	setup();           // あなたの setup() を1回だけ呼ぶ

	for (;;) {         // ここから無限ループ
		loop();        // あなたの loop() を呼ぶ
		if (serialEventRun) serialEventRun();  // serialEvent() があれば呼ぶ
	}

	return 0;
}

setup()を1回、loop()を無限にくり返す、という形はよく知られていますが、注目してほしいのはsetup()より前にある init()です。この中で、マイコンのタイマーやアナログ入力の準備が行われています。delay() や millis() が時間を測れるのも、analogWrite() でLEDの明るさを変えられるのも、この準備のおかげです。

検証：自分でmain()を書くとどうなるか

Arduinoのスケッチにも、自分でmain()を書くことはできます。そこで、「start」と表示し、10ミリ秒待ってから「end」と表示するプログラムを、3通りの方法で動かしてみました。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("start");
  delay(10);
  Serial.println("end");
}

void loop() {
}

int main(void) {
  // init();   ← この1行があるかないかで結果が変わる
  setup();
  while (true) {
    loop();
  }
  return 0;
}

init()の中では、割り込みの許可、時間を測るタイマーの起動、アナログ入力の準備などが行われています。表の2行目と3行目を比べると、原因が2つあることがわかります。割り込みが許可されていないと、シリアル通信の文字を送り出す処理が進みません。割り込みだけ許可しても、タイマーが動いていないので delay() が時間を測れず、待ったまま先に進めなくなります。「setup()とloop()を呼ぶだけ」と考えて自分でmain()を書くと、こうした落とし穴にはまります。

05Arduinoが肩代わりしてくれている5つのこと

ここまでの内容をまとめると、Arduinoは普通のC++で必要な手間を、次の5つの形で引き受けてくれています。

便利さの代わりに払っているもの

最後の行の「レジスタ」は、マイコンの中の設定用スイッチのようなものです。Arduino Unoの13番ピンのLEDは、本来は PORTB |= _BV(PB5); のようにレジスタを直接操作して点けます。digitalWrite() は、ピン番号からレジスタを調べるといった処理を代わりにやってくれる関数です。

06C言語風とC++風の書き方を比べる

同じ「2つのセンサー値を読んで表示する」処理を、C言語風とC++風の2通りで書いてみます。どちらもArduino Uno向けにコンパイルできることを確認済みです。

C言語風：構造体と関数で分けて書く

// データの入れ物（構造体）
struct SensorData {
  int temperature;
  int humidity;
};

SensorData data;   // ← C言語なら struct SensorData data; と書く必要がある

// データを受け取って表示する関数
void printSensorData(const SensorData &d) {
  Serial.print(d.temperature);
  Serial.print(' ');
  Serial.println(d.humidity);
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  data.temperature = analogRead(A0);
  data.humidity = analogRead(A1);
  printSensorData(data);
  delay(500);
}

データ（構造体）と処理（関数）が別々に書かれているのがC言語風の特徴です。ただし、2か所にC++の書き方が混ざっています。struct を省いた SensorData data; と、引数の &（参照）です。どちらもC言語ではエラーになり、C++だから通る書き方です。「C言語風」と言っても、Arduinoの中ではC++として書いていることがわかります。

C++風：クラスにデータと処理をまとめる

class Sensor {
  public:
    // コンストラクタ：オブジェクトを作るときに、使うピンを受け取る
    Sensor(uint8_t tempPin, uint8_t humPin) : tempPin_(tempPin), humPin_(humPin) {}

    void update() {                 // 値を読み直す
      temperature_ = analogRead(tempPin_);
      humidity_ = analogRead(humPin_);
    }

    void print() const {            // 値を表示する
      Serial.print(temperature_);
      Serial.print(' ');
      Serial.println(humidity_);
    }

  private:                          // クラスの外からは直接さわれない
    uint8_t tempPin_, humPin_;
    int temperature_ = 0, humidity_ = 0;
};

Sensor sensor(A0, A1);              // クラスからオブジェクトを作る

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  sensor.update();
  sensor.print();
  delay(500);
}

データ（温度・湿度・ピン番号）と処理（読む・表示する）が Sensor の中にまとまっています。センサーが2組に増えても、Sensor sensor2(A2, A3); と1行足すだけで済むのがクラスの強みです。

どちらを選ぶか

公式ライブラリは、クラスでできている

いつも書いている Servo myServo; は、Servo というクラスから myServo というオブジェクトを作る、というC++の書き方そのものです。myServo.write(90); の「.（ドット）」は、そのオブジェクトの機能を呼び出す記号です。MPU6050やRFIDなどのセンサーのライブラリも、同じ形で作られています。クラスの書き方を知ると、こうしたライブラリのコードが急に読めるようになります。

07使えるC++、使えないC++【検証あり】

Arduinoの正体はC++ですが、パソコン向けのC++の機能が全部使えるわけではありません。動かす相手が、メモリの小さなマイコンだからです。Arduino Uno（AVR）向けの設定で、実際にコンパイルして確かめました。

使えなかったものの、実際のエラー

• 例外処理：throw を書くと exception handling disabled, use -fexceptions to enable。Arduino AVRの設定で、例外処理がオフ（-fno-exceptions）になっているためです
• std::string：#include <string> と書いた時点で fatal error: string: No such file or directory。AVR向けのコンパイラには、C++の標準ライブラリが入っていません

new と delete は動きますが、メモリが2KBしかないUnoでは、動かしながらメモリを確保したり返したりすると、すき間だらけになって足りなくなる危険があります（次の章で説明します）。配列の大きさが決まっているなら、最初から普通の配列で用意するほうが安全です。

08Stringとchar配列、どちらを使うか【検証あり】

Arduinoには String という、文字列を扱う便利なクラスがあります。名前が似ていますが、パソコン向けC++の std::string とは別物で、Arduinoが独自に用意したものです（前の章のとおり、Unoでは std::string 自体が使えません）。

Stringの注意点：メモリの「すき間」

Stringは、文字列をつなげるたびに、必要な大きさのメモリをその場で確保します。これをくり返すと、使い終わったメモリがあちこちに小さく空き、大きな文字列を置ける場所がなくなっていくことがあります（メモリの断片化）。メモリが2KBしかないUnoでは、長時間動かすと突然止まる、といった原因になります。

使い分けの目安

• シリアルモニタに表示するだけ：Stringでつなげず、Serial.print() を並べる
• 決まった文字（メッセージなど）：F("...") で囲むと、文字をRAMではなくプログラム領域に置ける。上の検証でもRAMが8バイト減りました
• 文字列を組み立てて保存・送信したい：大きさを決めた char 配列と snprintf()
• 短い試作や、すぐ止めるプログラム：Stringで書いて問題ありません。わかりやすさを優先しましょう

09C++以外の言語でArduinoは動かせる？（Python・MicroPython）

「C++は難しそうなので、Pythonで書けないか」という相談はよくあります。答えは「ボードと目的しだいで、できる」です。ただし、Arduino Uno R3のような小さなマイコンでは、選べる方法が限られます。

迷ったら、まずはC++（ふつうのArduino）で始めるのがおすすめです。説明やサンプルコード、ライブラリの数が圧倒的に多く、つまずいたときに答えが見つかりやすいからです。パソコン側の処理はPythonで書き、マイコン側はC++で書く、という組み合わせもよく使われます。

10初心者が誤解しやすい5つのポイント

11学習の進め方：何から手をつけるか

ここまでを踏まえた、おすすめの順番です。上から順に、1つずつ進めてください。

クラスは最初から完璧に理解しなくて大丈夫です。段階3までは Servo myServo; を「こう書くもの」として使い、慣れてきたら段階4でライブラリの中身をのぞいてみる、という進め方で十分です。段階を追った学び方は、当サイトのロードマップ記事でも紹介しています。

12よく使うArduinoの関数一覧

「Arduino言語」として覚えるのは、実質このあたりの関数です。文法はC++、道具はこの表、と考えると整理しやすくなります。詳しい使い方は公式リファレンスで確認できます。

13よくある質問