Sok más nyelvhez hasonlóan a C++ is ismeri a mutatókat.
Már tudod, hogy a referenciák és a mutatók hasonlítanak egymásra, de gondolj rájuk úgy, mint ami egy szinttel közelebb van a számítógéped belső működéséhez.
A mutatók olyan változók, amelyek objektumok címét tárolják.
Segítségükkel közvetlenül dolgozhatsz az objektumokkal, ami lehetővé teszi a dinamikus memóriafoglalást és a hatékony adatkezelést a C++-ban.
Ha most ismerkedsz a mutatókkal, elsőre kissé rejtélyesnek tűnhetnek, de ha hozzászoksz, egészen egyszerűek.
A C++ kulcsfontosságú részét képezik, ezért szánj rá időt, hogy igazán megértsd őket.
Az ebben a fogalomban bemutatott csupasz változatot buta mutatónak vagy nyers mutatónak is szokás nevezni.
A modern C++-ban okos mutatók is léteznek, a legalaptípus viszont egyáltalán nem okos, és minden munkát neked kell kézzel elvégezned.
Mielőtt belemennénk a részletekbe, érdemes megérteni, mire használjuk a mutatókat.
A mutatók révén megoszthatjuk egy objektum címét a programunk más részeivel, ez pedig két fő okból hasznos:
- A referenciákhoz hasonlóan a mutatók elkerülik a másolatokat, és segítenek csökkenteni a program erőforrásigényét.
- A referenciákkal ellentétben a mutatók átirányíthatók más objektumokra.
- A mutatók mutathatnak null értékre is, jelezve, hogy éppen semmilyen objektumra nem mutatnak.
Általános szintaxis
A C++-ban egy mutató deklarációjakor meg kell adnod azt az adattípust, amelyre a mutató mutat, majd egy csillagot (*) és a mutató nevét.
A mutatók deklarálásakor azok nem kapnak automatikusan kezdőértéket.
Explicit értékadás nélkül a mutató jellemzően határozatlan értéket tárol, amit gyakran „szemétcímnek” neveznek.
Bár bizonyos fordítók nullptr-re inicializálhatják a mutatókat, ez a viselkedés nem garantált minden fordítónál, ezért fontos, hogy ne számíts rá.
A legjobb gyakorlat, ha a nyers mutatókat explicit módon inicializálod, és használat előtt ellenőrzöd, hogy nem null értékűek, így elkerülheted a lehetséges problémákat.
int* ptr{nullptr}; // Declares a pointer and makes sure it is not invalid
Ahhoz, hogy egy változó címét egy mutatóhoz rendeld, a címképző operátort (&) használod.
Egy mutató visszafejtése az indirekciós operátorral (*) történik.
std::string opponent{"Solomon Lane"};
// 'ethan' points to the address of the string opponent
std::string* ethan{&opponent};
// Instead of ethan's, the opponent's name address is given to the passPort
std::string passportName{*ethan};
Figyelem: a visszafejtést explicit módon kell elvégezni, a referenciák pedig egyszerűen aliasként viselkedtek.
Mutatóaritmetika
A mutatóaritmetika lehetővé teszi, hogy aritmetikai műveleteket végezz a mutatókon, ami különösen tömbökkel dolgozva hasznos.
Ha egy egész számot adsz egy mutatóhoz, az egy másik elemre fog mutatni.
// Stargate Coordinate Code
int gateCode[] = {462, 753, 218, 611, 977};
// 'ptr' points to the first element of 'gateCode'
int* ptr{&gateCode[0]};
// Accesses the third Stargate address through pointer arithmetic
int dialedAddress{*(ptr + 2)};
// Chevron encoded! Dialing Stargate address:
openStarGate(dialedAddress);
A C++-ban a mutatóaritmetika könnyen nem definiált viselkedéshez vezethet, ha nem bánsz vele óvatosan.
A nem definiált viselkedés váratlan programeredményekben, összeomlásokban vagy akár biztonsági résekben is megnyilvánulhat.
A nem definiált viselkedés következményeire híres példa az Ariane 5 rakéta felrobbanása 1996-ban, amikor egy 64 bites lebegőpontos szám 16 bites előjeles egésszé alakításából eredő szoftveres kivétel katasztrofális meghibásodáshoz vezetett.
Tagváltozók elérése
A C++-ban a -> operátorral érheted el egy objektum tagjait egy rá mutató mutatón keresztül.
Ez egy rövidítés, amely leegyszerűsíti a mutatók által mutatott objektumok tagjainak elérését.
Ha például ptr egy olyan objektumra mutat, amelynek van egy x tagváltozója, akkor a (*ptr).x helyett közvetlenül a ptr->x írható.
Ez az operátor javítja a kód olvashatóságát és csökkenti a terjengősséget, amikor objektumokra mutató mutatókkal dolgozol.
Íme egy rövid példa: egy Superhero struct, amelynek van egy superpower tagváltozója.
A main függvény létrehoz egy dianaPrince mutatót egy Superhero objektumra (amely Wonder Womant képviseli).
A -> operátorral érjük el a superpower tagváltozót, bemutatva Wonder Woman ikonikus „Lasso of Truth” fegyverét.
struct Superhero {
std::string superpower;
};
Superhero wonder_woman{};
Superhero* dianaPrince = &wonder_woman;
dianaPrince->superpower = "Lasso of Truth";
// Using the -> operator to access member variable superpower:
std::cout << "Wonder Woman, possesses the mighty " << dianaPrince->superpower;
Mutatók és referenciák
A mutatók és a referenciák egyaránt lehetővé teszik az objektumok közvetett elérését, de képességeikben és biztonsági szempontjaikban különböznek.
A mutatók rugalmasan átirányíthatók más objektumra, és null értéket is kaphatnak.
Ez a rugalmasság azonban kockázatokkal jár, például null mutatók visszafejtésével vagy lógó mutatók létrehozásával.
A referenciák ezzel szemben nem lehetnek null értékűek, és létrehozásukkor érvényes objektumhoz kötődnek, így elkerülik ezeket a kockázatokat.
Mivel biztonságosabbak, a referenciákat érdemes előnyben részesíteni a mutatókkal szemben, kivéve, ha szükség van a mutatók nyújtotta többletfunkciókra.
Tanulófeladat
