Вказівники у

Про концепцію Вказівники

Як і багато інших мов, C++ має вказівники. Ми вже знаємо, що посилання та вказівники схожі, але сприймаймо їх як ще один рівень ближче до внутрішньої будови компʼютера. Вказівники - це змінні, які зберігають адреси обʼєктів. Їх використовують, щоб безпосередньо взаємодіяти з обʼєктами, що уможливлює динамічне виділення памʼяті та ефективну роботу з даними в C++.

Якщо ми тільки починаємо знайомитися зі вказівниками, вони можуть здаватися трохи загадковими, але щойно ми до них звикнемо, вони стануть цілком зрозумілими.

Це надзвичайно важлива частина C++, тож приділімо їм трохи часу, щоб справді їх зрозуміти. Найпростіший варіант, про який ідеться в цьому концепті, також називають дурним вказівником або сирим вказівником. У сучасному C++ є також розумні вказівники, а базовий тип зовсім не розумний, і всю роботу доводиться виконувати вручну.

Перш ніж заглиблюватися в деталі, варто зрозуміти, для чого потрібні вказівники. Вказівники - це спосіб поділитися адресою обʼєкта з іншими частинами нашої програми, і це корисно з трьох основних причин:

1. Як і посилання, вказівники дають змогу уникнути копіювання та зменшити споживання ресурсів програмою.
2. На відміну від посилань, вказівник можна перенаправити на інший обʼєкт.
3. Вказівник також може вказувати на нульове значення, показуючи, що зараз він не вказує на жоден обʼєкт.

Загальний синтаксис

Оголошення вказівника в C++ передбачає вказівку типу даних, на який вказує вказівник, а потім зірочку (*) та імʼя вказівника. Коли вказівники оголошують, їх не ініціалізують автоматично. Без явного присвоєння вказівник зазвичай містить невизначене значення, яке часто називають «сміттєвою адресою». Хоча деякі компілятори можуть ініціалізувати вказівники значенням nullptr, така поведінка не гарантована для всіх компіляторів, тож покладатися на неї не можна. Найкраща практика - явно ініціалізувати сирі вказівники й перевіряти, що вони не є нульовими, перш ніж ними користуватися, щоб уникнути можливих проблем.

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

Щоб присвоїти вказівнику адресу змінної, використовують оператор взяття адреси (&). Розіменування вказівника виконують за допомогою оператора розіменування (*).

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};

Звернімо увагу: розіменування потрібно виконувати явно, тоді як посилання просто працюють як псевдонім.

Арифметика вказівників

Арифметика вказівників дає змогу виконувати арифметичні операції над вказівниками, що особливо корисно під час роботи з масивами. Додавання цілого числа до вказівника змушує його вказувати на інший елемент.

// 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);

Доступ до змінних-членів

У C++ оператор -> використовують для доступу до членів обʼєкта через вказівник на цей обʼєкт. Це скорочений запис, який спрощує доступ до членів обʼєктів, на які вказують вказівники. Наприклад, якщо ptr - вказівник на обʼєкт із змінною-членом x, то замість (*ptr).x можна одразу скористатися ptr->x. Цей оператор підвищує читабельність коду й позбавляє зайвої багатослівності під час роботи з вказівниками на обʼєкти.

Ось короткий приклад зі struct Superhero, яка має змінну-член superpower. Головна функція створює вказівник dianaPrince на обʼєкт Superhero (який уособлює Диво-жінку). Оператор -> використовують для доступу до змінної-члена superpower, демонструючи культове «Lasso of Truth» Диво-жінки.

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;

// Memory cleanup:
delete dianaPrince;

Вказівники та посилання

І вказівники, і посилання дають змогу непрямо звертатися до обʼєктів, але вони відрізняються своїми можливостями та міркуваннями безпеки. Вказівники дають змогу змінювати обʼєкт, на який вони вказують, і їм можна присвоїти null. Однак така гнучкість породжує ризики, як-от розіменування нульових вказівників або створення висячих вказівників. Посилання ж не можуть бути нульовими й привʼязані до дійсних обʼєктів уже під час створення, що дає змогу уникнути цих ризиків. Оскільки посилання безпечніші, їм варто віддавати перевагу над вказівниками, якщо тільки не потрібні додаткові можливості, які дають вказівники.

// There is a dark mark bearer, but who is it?
std::string* darkMarkBearer{nullptr};
// It is Bellatrix!
darkMarkBearer = new std::string{"Bellatrix Lestrange"};
// She has been defeated
delete darkMarkBearer;
// Reset pointer to null, symbolizing there is no more darkMarkBearer at the moment
darkMarkBearer = nullptr;