C++ポインタをマスター：概念、例、実践的応用

ポインタとは

C++におけるポインタとは、別の変数のメモリアドレスを格納する変数です。ポインタの型は、それが指すデータの型と一致しなければなりません。例えば、int*はintオブジェクトのアドレスのみを保持できます。

ポインタを使うと、プログラムはメモリ内のデータを直接操作でき、効率的なデータ構造、動的割り当て、参照渡しセマンティクスを実現できます。

メモリアドレスの理解

すべての変数はRAM上の一意の場所に割り当てられます。参照演算子&でそのアドレスを取得できます。変数xに対して、&xはそのメモリ位置を生成します。

ポインタ宣言の構文

宣言は以下のパターンに従います：

datatype *pointer_name;

datatype – ポインタが参照するデータの基本型
pointer_name – ポインタ変数の識別子
アスタリスクがこの変数がポインタであることを示す

例：

int *p;     // intへのポインタ
double *d;  // doubleへのポインタ
char *c;    // charへのポインタ

参照（`&`）と間接参照（`*`）

&演算子は変数のアドレスを与え、*演算子はそのアドレスに格納されている値を取得します。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int x = 27;
    int *ip = &x;
    cout << "Value of x: " << x << endl;
    cout << "Address of x: " << ip << endl;
    cout << "Value via pointer: " << *ip << endl;
    return 0;
}

出力：

Value of x: 27
Address of x: 0x7ffeefbff5ac
Value via pointer: 27

ポインタと配列

配列名は最初の要素へのポインタに変換されます。したがって：

int arr[5];
int *p = arr;      // 正しい
int *q = &arr;     // 間違い – &arrは配列全体のアドレスであり、最初の要素ではない

ポインタを使った配列のイテレーション：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int *p;
    int arr[] = {10, 34, 13, 76, 5, 46};
    p = arr;
    for (int i = 0; i < 6; ++i) {
        cout << *p++ << endl;
    }
    return 0;
}

出力：

ヌルポインタ

有効なターゲットを持たないポインタは、NULL（またはC++11以降ではnullptr）で初期化すべきです。これにより誤った間接参照を防止できます。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int *ip = nullptr;
    cout << "ip = " << ip << endl; // 0と表示
    return 0;
}

関数でのポインタ使用

関数にポインタを渡すと、関数は元の変数を変更できます。この技法で参照渡しを実装します。

#include <iostream>
using namespace std;
void modify(int *p1, int *p2) {
    *p1 = 10;
    *p2 = 11;
}
int main() {
    int a = 5, b = 5;
    cout << "Before: a=" << a << ", b=" << b << endl;
    modify(&a, &b);
    cout << "After: a=" << a << ", b=" << b << endl;
    return 0;
}

出力：