【C言語】大文字と小文字を変換する方法！toupper/tolower関数やASCIIコードの計算ロジック

C言語で文字列操作を行っていると、ユーザーの入力を統一したり、大文字・小文字を区別せずに検索を行ったりするために、文字のケース（大文字・小文字）を変換したい場面が頻繁にあります。

「’a’ を ‘A’ にしたい」「文字列全体を小文字に統一したい」といった要望は、C言語の標準ライブラリを使えば簡単に実現できます。

また、コンピュータが文字を扱う仕組み（ASCIIコード）を知っていれば、関数を使わずに計算だけで変換することも可能です。

この記事では、C言語における大文字・小文字の変換方法について、ctype.h の標準関数を使った安全な方法から、ASCIIコードの性質を利用した計算テクニック、さらには文字列全体を変換する自作関数の実装例まで、詳しく解説します。

【本記事の信頼性】

執筆者：マヒロ

執筆者は元エンジニア
SES⇒大手の社内SE⇒独立
現在はこじんまりとしたプログラミングスクールを運営
モットーは「利他の精神」

標準ライブラリ関数 toupper / tolower を使う方法
文字列全体を一括で大文字・小文字に変換する
ASCIIコードの計算（+32, -32）で変換する方法
大文字・小文字を区別しない比較について
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標準ライブラリ関数 toupper / tolower を使う方法

最も一般的で推奨される方法は、C言語の標準ライブラリである ctype.h ヘッダに含まれる関数を使用することです。

これらの関数は、文字が変換可能かどうかを自動的に判断してくれるため、バグの少ない安全なコードを書くことができます。

1文字を大文字・小文字に変換する

大文字への変換には toupper 関数、小文字への変換には tolower 関数を使用します。

なお、toupper や tolower の引数には、unsigned char として表現可能な値（または EOF）を渡す必要があります。

char 型が符号付き（signed）の環境で負の値（日本語などのマルチバイト文字の一部など）が渡されると未定義動作となるため、安全のために必ず (unsigned char) にキャストして渡すのが定石です。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h> // 変換関数を使うために必要

int main(void) {
    char ch1 = 'a';
    char ch2 = 'Z';
    char ch3 = '9'; // アルファベット以外

    // 小文字 -> 大文字
    // 安全のために (unsigned char) にキャストする
    char upper = toupper((unsigned char)ch1);
    
    // 大文字 -> 小文字
    char lower = tolower((unsigned char)ch2);

    // 変換不要な文字（そのまま返される）
    char number = toupper((unsigned char)ch3);

    printf("元の文字: %c -> toupper: %c\n", ch1, upper);
    printf("元の文字: %c -> tolower: %c\n", ch2, lower);
    printf("元の文字: %c -> toupper: %c\n", ch3, number);

    return 0;
}

実行結果

元の文字: a -> toupper: A
元の文字: Z -> tolower: z
元の文字: 9 -> toupper: 9

ソースコードの解説

まず、#include <ctype.h> を記述して、文字操作用のライブラリを読み込んでいます。

toupper 関数は、引数として渡された文字が「小文字のアルファベット」であれば、対応する「大文字」を返します。
もし最初から大文字であったり、記号や数字であったりする場合は、変換せずに元の文字をそのまま返します。

tolower 関数も同様に、大文字であれば小文字に変換し、それ以外はスルーします。
この「アルファベットかどうかの判定」を内部でやってくれる点が、標準関数の最大のメリットです。

また、これらの関数はロケール（言語設定）に依存します。

例えばトルコ語ロケールなどでは、英語圏とは異なる変換規則が適用される場合がありますが、一般的な英語環境や “C” ロケールではASCII範囲の変換が行われます。

文字列全体を一括で大文字・小文字に変換する

標準の toupper や tolower は「1文字」しか処理できません。

文字列（char配列）全体を変換したい場合は、ループ処理を使って一文字ずつ変換していく必要があります。

文字列変換の自作関数サンプル

文字列を渡すと、その内容をすべて大文字（または小文字）に書き換える関数を作成してみましょう。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

// 文字列をすべて大文字に変換する関数
void to_upper_string(char *str) {
    // 文字列の終端（\0）が来るまでループ
    for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) {
        // 各文字を大文字に変換して上書き
        // ここでも (unsigned char) へのキャストを行う
        str[i] = toupper((unsigned char)str[i]);
    }
}

int main(void) {
    // 【重要】書き換え可能な配列として宣言する
    // char *text = "Hello..."; とすると書き換え時にエラーになる可能性がある
    char text[] = "Hello, C Language!";

    printf("変換前: %s\n", text);

    to_upper_string(text);

    printf("変換後: %s\n", text);

    return 0;
}

実行結果

変換前: Hello, C Language!
変換後: HELLO, C LANGUAGE!

ソースコードの解説

to_upper_string 関数では、受け取ったポインタ str を使って配列の各要素にアクセスしています。

for 文の中で str[i] がヌル文字 \0 になるまでループを回し、一文字ずつ toupper 関数に通しています。
変換した結果を str[i] = ... で元の場所に代入し直すことで、文字列自体を書き換えています。

【注意点】
main 関数内での文字列宣言に char text[] = "..." を使用しているのは重要です。
もし char *text = "..."（文字列リテラルへのポインタ）として宣言した場合、そのメモリ領域は書き換え禁止（Read-Only）である可能性が高く、変換しようとするとプログラムが異常終了することがあります。

ASCIIコードの計算（+32, -32）で変換する方法

標準関数を使わずに、数値計算だけで変換を行うことも可能です。

C言語における文字（char）は、内部的には ASCIIコードという整数値で管理されているため、足し算や引き算で文字を変えることができます。

ASCIIコードの仕組みと変換ロジック

ASCIIコード表を見ると、アルファベットの大文字と小文字は、規則正しく並んでいることがわかります。

‘A’ (65) ～ ‘Z’ (90)
‘a’ (97) ～ ‘z’ (122)

この数値を見比べると、小文字は対応する大文字よりも常に 32 だけ大きい値になっています（例：97 – 65 = 32）。

つまり、以下の計算式が成り立ちます。

大文字にする：小文字の値から 32 を引く
小文字にする：大文字の値に 32 を足す

ただし、実務でコードを書く際は「32」という数字（マジックナンバー）を直接書くよりも、'a' - 'A' のように書くほうが、「大文字と小文字の差分である」という意図が明確になり推奨されます。

計算による変換のサンプルコード

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char lower = 'b';
    char upper = 'Y';
    
    // 大文字と小文字の差分（32）を計算で求める
    // これによりマジックナンバーを避けられる
    const int case_diff = 'a' - 'A';

    // 小文字を大文字に変換（差分を引く）
    // 必ず小文字であることを確認してから計算する必要がある
    if (lower >= 'a' && lower <= 'z') {
        lower = lower - case_diff;
    }

    // 大文字を小文字に変換（差分を足す）
    if (upper >= 'A' && upper <= 'Z') {
        upper = upper + case_diff;
    }

    printf("変換後 lower: %c\n", lower);
    printf("変換後 upper: %c\n", upper);

    return 0;
}