Як і багато інших мов, C++ має вказівники.
Ми вже знаємо, що посилання і вказівники схожі, але уявімо їх як рівень, ближчий до внутрішньої роботи нашого 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 з вказівниками, вони можуть здаватися трохи загадковими, але коли ми до них звикнемо, то побачимо, що вони досить прості.
Вони відіграють важливу роль у C++, тож приділімо їм час, щоб справді їх зрозуміти.
Найпростіший варіант у цьому концепті також називають дурним вказівником або сирим вказівником.
У сучасному C++ є також розумні вказівники, але базовий тип зовсім не розумний, і всю роботу доводиться робити 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 двох основних причин:
- Як і посилання, вказівники дають змогу уникнути копіювання та зменшити споживання ресурсів нашою програмою.
- На відміну від посилань, вказівникам можна присвоїти інші обʼєкти.
- Вказівники також можуть вказувати на нульове значення, щоб показати, що зараз вони не вказують на жоден обʼєкт.
Загальний синтаксис
Оголошення вказівника в C++ передбачає зазначення типу даних, на який вказує вказівник, після чого ставиться зірочка (*) та імʼя вказівника.
Коли ми оголошуємо вказівники, вони не ініціалізуються 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 на неї не варто покладатися.
Найкраща практика - явно ініціалізувати сирі вказівники та перевіряти, що вони не дорівнюють null, перш ніж їх використовувати, щоб уникнути можливих проблем.
int* ptr{nullptr}; // Declares a pointer and makes sure it is not invalid
Щоб присвоїти вказівнику адресу змінної, ми використовуємо 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};
Увага: розіменування потрібно виконувати явно, тоді як посилання просто працювали 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);
Арифметика вказівників у C++ легко може призвести до невизначеної поведінки, якщо поводитися з нею необережно.
Невизначена поведінка може проявлятися в несподіваних результатах роботи програми, аварійних завершеннях або навіть уразливостях безпеки.
Один сумнозвісний приклад наслідків невизначеної поведінки стався 1996 року під час вибуху ракети «Аріан 5», коли програмний виняток, спричинений перетворенням 64-бітного числа з плаваючою комою на 16-бітне ціле зі знаком, призвів до катастрофічної відмови.
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 зі змінною-членом x, то замість (*ptr).x можна одразу використати ptr->x.
Цей оператор підвищує читабельність коду та зменшує багатослівність під час роботи з вказівниками на обʼєкти.
Ось короткий приклад із struct Superhero, який має змінну-член superpower.
Функція main створює вказівник dianaPrince на обʼєкт Superhero (який представляє Диво-жінку).
За допомогою оператора -> отримують доступ до змінної-члена superpower, демонструючи знакове «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;
Вказівники проти посилань
І вказівники, і посилання дають змогу отримувати непрямий доступ до обʼєктів, але вони різняться своїми можливостями та міркуваннями щодо безпеки.
Вказівники дають змогу змінювати обʼєкт, на який вони вказують, і їм можна присвоїти null.
Однак така гнучкість створює ризики, наприклад розіменування нульових вказівників або створення висячих вказівників.
Посилання ж, навпаки, не можуть бути null і привʼязуються до дійсних обʼєктів під час створення, що дає змогу уникнути цих ризиків.
З огляду на їхню безпечнішу природу, посиланням варто віддавати перевагу перед вказівниками, якщо тільки додаткові можливості вказівників не є необхідними.
Навчальна вправа
