スピーディワゴン財団

他の多くの言語と同じように、C++にもポインターがあります。 参照とポインターが似ていることはもう知っているはずです。ただ、ポインターはコンピューターの内部動作にもう一歩近づいたものだと考えてください。 ポインターは、オブジェクトのアドレスを保持する変数です。 ポインターを使うとオブジェクトを直接操作でき、C++における動的なメモリ確保や効率的なデータ操作が可能になります。

ポインターに初めて触れると、少し不思議に感じるかもしれません。でも、慣れてしまえばとても素直な仕組みです。

C++を使ううえで欠かせない要素なので、じっくり時間をかけて理解しましょう。 このコンセプトで扱う最小限の形は、ダムポインターや生ポインターとも呼ばれます。 現代のC++にはスマートポインターもありますが、基本の型は決してスマートではなく、作業はすべて手動で行う必要があります。

詳細に入る前に、ポインターの用途を理解しておく価値があります。 ポインターは、オブジェクトのアドレスをプログラムの他の部分と共有する手段であり、次の2つの大きな理由から役立ちます：

1. 参照と同様に、ポインターはコピーを避け、プログラムのリソース消費を抑えるのに役立ちます。
2. 参照とは異なり、ポインターは別のオブジェクトに付け替えることができます。
3. ポインターはnull値を指すこともでき、その場合は現在どのオブジェクトも指していないことを示します。

一般的な構文

C++でポインターを宣言するときは、ポインターが指すデータ型を指定し、その後にアスタリスク（*）とポインター名を書きます。 ポインターは、宣言しただけでは自動的に初期化されません。 明示的に代入しない場合、ポインターはたいてい不定の値、いわゆる「ゴミアドレス」を保持します。 コンパイラーによってはポインターをnullptrに初期化することもありますが、その動作がすべてのコンパイラーで保証されているわけではないので、当てにしてはいけません。 問題を避けるために、生ポインターは明示的に初期化し、使う前にnullでないことを確認するのが良い習慣です。

int* ptr{nullptr}; // Declares a pointer and makes sure it is not invalid

変数のアドレスをポインターに代入するには、アドレス演算子（&）を使います。 ポインターの参照外しは、間接演算子（*）を使って行います。

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};

注意：参照外しは明示的に行う必要がありますが、参照はエイリアスのようにそのまま使えました。

ポインター演算

ポインター演算を使うと、ポインターに対して算術演算を行えます。これは配列を扱うときに特に便利です。 ポインターに整数を足すと、別の要素を指すようになります。

// 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);

メンバー変数へのアクセス

C++では、->演算子を使って、オブジェクトへのポインターを通じてそのオブジェクトのメンバーにアクセスします。 これは、ポインターが指すオブジェクトのメンバーにアクセスするための簡略記法です。 たとえば、ptrがメンバー変数xを持つオブジェクトへのポインターである場合、(*ptr).xと書く代わりに、ptr->xと直接書けます。 この演算子を使うと、オブジェクトへのポインターを扱うときにコードが読みやすくなり、記述も短くなります。

簡単な例を見てみましょう。メンバー変数superpowerを持つstructのSuperheroを考えます。 main関数は、Superheroオブジェクト（ワンダーウーマンを表します）へのポインターdianaPrinceを作成します。 ->演算子を使ってメンバー変数superpowerにアクセスし、ワンダーウーマンの象徴である「真実の投げ縄」を表現しています。

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;

ポインターと参照の違い

ポインターと参照はどちらもオブジェクトへの間接的なアクセスを可能にしますが、できることと安全性の面で違いがあります。 ポインターは、指す対象を自由に変更でき、nullを代入することもできます。 しかし、この柔軟さには、nullポインターの参照外しやダングリングポインターの生成といったリスクが伴います。 一方、参照はnullになれず、作成時に有効なオブジェクトに束縛されるため、こうしたリスクを避けられます。 このように安全性が高いことから、ポインターが提供する追加の機能が必要でない限り、ポインターよりも参照を選ぶべきです。