ポインタと参照

CoddyのC++ジャーニー「オブジェクト指向プログラミング」セクションの一部。レッスン 13/104。

stack メモリと heap メモリを理解したところで、メモリ位置を直接操作できるツール、つまりpointersとreferencesについて見ていきましょう。

pointerは別の変数のmemory addressを格納します。*で宣言し、&を使ってaddressを取得します。

int value = 42;
int* ptr = &value;    // ptr は value のアドレスを保持する

std::cout << ptr;     // メモリアドレスを出力する
std::cout << *ptr;    // デリファレンス: 42 を出力する

reference は既存の変数の alias です。一度バインドされると、常にその変数を参照します。& を使って宣言します。

int value = 42;
int& ref = value;     // ref は value のエイリアスです

ref = 100;            // value を 100 に変更します
std::cout << value;   // 100 を出力します

主な違い：

ポインタ	参照
null にできる	初期化する必要がある
再代入できる	再バインドできない
`*` を使用して値にアクセスする	値に directly アクセスする
何も point できる	常に有効

どちらも、コピーせずにオブジェクトを効率的に関数へ渡したり、ヒープに割り当てられたメモリを扱ったりするために不可欠です。reference はより安全で簡単ですが、再代入したり null かどうかを確認したりする必要がある場合は、pointer のほうが柔軟性に優れています。

チャレンジ

簡単

データを変更する際に pointer と reference がどのように異なる働きをするかを示す、シンプルな値操作システムを構築しましょう。

コードを整理するために、2つのファイルを作成します。

ValueOps.h：整数値をさまざまな方法で変更する3つの関数を define します。
- doubleByPointer(int* ptr)：pointer を受け取り、それが指す値を doubles します
- tripleByReference(int& ref)：reference を受け取り、その値を triples します
- swapValues(int* a, int* b)：2つの pointer を受け取り、それらが指す値を入れ替えます
main.cpp：input から2つの整数を読み取り、pointer と reference の両方を使う方法を示します。
- Original の値を Print します："Original: <first> <second>"
- 最初の値に doubleByPointer を使用し、その後 Print します："After double: <first>"
- 2番目の値に tripleByReference を使用し、その後 Print します："After triple: <second>"
- swapValues を使用して両方の値を入れ替え、その後 Print します："After swap: <first> <second>"

pointer を使って関数を呼び出すときは、変数のアドレスを渡すためにアドレス演算子（&）を使用することを忘れないでください。reference はより自然に機能するため、変数を directly 渡すだけで構いません。

#include "ValueOps.h" を使用して、header file を main.cpp に include します。

自分で試してみよう

#include <iostream>
#include "ValueOps.h"
using namespace std;

int main() {
    // 入力から2つの整数を読み取る
    int first, second;
    cin >> first;
    cin >> second;
    
    // 元の値を出力する
    cout << "Original: " << first << " " << second << endl;
    
    // TODO: firstの値にdoubleByPointerを使う（&を使ってアドレスを渡す）
    
    // TODO: 2倍した後に出力する
    
    // TODO: secondの値にtripleByReferenceを使う（変数を直接渡す）
    
    // TODO: 3倍した後に出力する
    
    // TODO: swapValuesを使って両方の値を交換する（&を使ってアドレスを渡す）
    
    // TODO: 交換後に出力する
    
    return 0;
}