C・C++のポインタ演算
このレッスンでは、Cのポインタ演算とC++のイテレーターで、配列の要素を順にたどります。
はじめに
ポインタに1を足しても、1バイト進むのではなく配列の次の要素に進みます。コンパイラが型の大きさをもとに計算してくれるからです。そのため、ポインタを使って配列のような連続したメモリ領域をたどれます。
大切なポイント
- ポインタは、まだ存在している正しい型のオブジェクトを指すか、nullにしておきましょう。
- 確保したメモリ領域は、ちょうど1回だけ解放しましょう。
- どの関数がメモリの持ち主（ownership）で、どのデータが読み取り専用（const）かをはっきりさせましょう。
CとC++のコード例
C
main.c
#include <stdio.h>
int main(void) {
int values[] = {10, 20, 30, 40};
int sum = 0;
for (int *p = values; p < values + 4; ++p) sum += *p;
printf("sum=%d distance=%td\n", sum, (values + 4) - values);
return 0;
}
sum=100 distance=4C++
main.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector values{10, 20, 30, 40};
int sum = 0;
for (auto it = values.begin(); it != values.end(); ++it) sum += *it;
std::cout << "sum=" << sum << " distance="
<< std::distance(values.begin(), values.end()) << '\n';
}
sum=100 distance=4CとC++の比較
ループはポインタpが最初の要素を指す状態から始まり、pがvalues + 4の位置に達するまで進みます。各ステップで*pが今の値を取り出し、合計に足します。ポインタ演算が有効なのは同じ配列の範囲内か、最後の要素のすぐ後ろまでだけです。C++のイテレーターを使えば、いろいろな種類のコンテナを同じようにたどれます。
C
メモリの持ち主と解放は、すべてプログラマーが自分で保証します。
C++
コンテナとRAIIが、オブジェクトの寿命が終わるときにリソースを自動で解放します。
発展問題
両方のバージョンを実行し、コードを書き換えて、それぞれの言語がもたらす安全性の違いを観察しましょう。
- nullポインタやメモリ確保の失敗で試しましょう。
- AddressSanitizerとUndefinedBehaviorSanitizerを付けて実行し、メモリのエラーを見つけましょう。
- どのポインタがメモリの持ち主で、どのポインタが読むだけかをはっきり書き添えましょう。
チャレンジで練習する
このレッスンの内容を使って実際の問題を解きましょう。各チャレンジはブラウザで動き、すぐにテストされ、AI のレビューも受けられます。
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