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。

スタックメモリとヒープメモリについて理解したところで、メモリ位置を直接操作するためのツールであるポインタと参照について見ていきましょう。

ポインタは、別の変数のメモリ番地を格納します。* を使って宣言し、& を使ってアドレスを取得します。

int value = 42;
int* ptr = &value;    // ptrはvalueのアドレスを保持します

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

参照は、既存の変数の別名です。一度バインドされると、常にその変数を指します。& を使って宣言します。

int value = 42;
int& ref = value;     // ref は value の別名です

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 になる可能性がある	初期化が必要
再代入が可能	再バインド不可
値にアクセスするには `*` を使用する	値に直接アクセスする
何も指さないことが可能	常に有効

オブジェクトをコピーせずに効率的に関数に渡すため、またヒープ割り当てメモリを扱うために、どちらも不可欠です。参照はより安全でシンプルですが、ポインタは再代入やnullのチェックが必要な場合により高い柔軟性を提供します。

チャレンジ

簡単

ポインタと参照がデータを変更する際にどのように異なって動作するかを実証する、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: 整数値を異なる方法で変更する3つの関数を定義します。
- doubleByPointer(int* ptr) — ポインタを受け取り、それが指す値を2倍にします。
- tripleByReference(int& ref) — 参照を受け取り、その値を3倍にします。
- swapValues(int* a, int* b) — 2つのポインタを受け取り、それらが指す値を入れ替えます。
main.cpp: 入力から2つの整数を読み取り、ポインタと参照の両方を実証します。
- 元の値を表示します: "Original: <first> <second>"
- 最初の値に対して doubleByPointer を使用し、その後表示します: "After double: <first>"
- 2番目の値に対して tripleByReference を使用し、その後表示します: "After triple: <second>"
- swapValues を使用して両方の値を入れ替え、その後表示します: "After swap: <first> <second>"

ポインタを使用して関数を呼び出すときは、アドレス演算子 (&) を使用して変数のアドレスを渡すことを忘れないでください。参照はより自然に機能し、変数を直接渡すだけです。

main.cpp で #include "ValueOps.h" を使用してヘッダーファイルをインクルードしてください。

チートシート

ポインタは、別の変数のメモリ番地（アドレス）を格納します。* を使って宣言し、& を使ってアドレスを取得します。

int value = 42;
int* ptr = &value;    // ptr は value のアドレスを保持します

std::cout << ptr;     // メモリ番地を出力します
std::cout << *ptr;    // デリファレンス：42 を出力します

参照は、既存の変数の別名（エイリアス）です。& を使って宣言します。

int value = 42;
int& ref = value;     // ref は value の別名です

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	初期化が必須
再代入ができる	再バインドできない
`*` を使って値にアクセスする	直接値にアクセスする
何も指さないことが可能	常に有効

ポインタを使って関数を呼び出すときは、アドレス演算子（&）を使用して変数のアドレスを渡します。参照の場合は直接動作するため、変数をそのまま渡すだけです。

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;
    
    // 元の値を表示する
    cout << "Original: " << first << " " << second << endl;
    
    // TODO: first の値に対して doubleByPointer を使用する（& を使ってアドレスを渡す）
    
    // TODO: 2倍にした後に表示する
    
    // TODO: second の値に対して tripleByReference を使用する（変数を直接渡す）
    
    // TODO: 3倍にした後に表示する
    
    // TODO: swapValues を使用して両方の値を入れ替える（& を使ってアドレスを渡す）
    
    // TODO: 入れ替え後に表示する
    
    return 0;
}