ポインタ演算

Q: Q：[多階層]ポインタ[にはどのような用途がある]？

A：[実際の]プロジェクト[において]、int [最もよく見られるのは]： > 1. [動的な]2次元配列（[例] new int*[3]） > 2. 関数で[ポインタ]自体を[変更する必要がある]場合（[例] void foo(int p) pが[どこを指しているか]を[変更できる]）

[第]23[課では]ポインタ[算術の基本]について学びました（p + n、p - q）。

[しかし]ポインタ[の算術にはまだ多くの細かい点がある]――[例えば]ポインタ[で大小を比較できるのか]？void* ポインタ[とは何か]？ポインタ[の]ポインタ[とはまた何か]？

1. ポインタ[比較]

(1) 1.1 ポインタ[大きさを比較できるのか]？

[可能]！ [ただし、][同じ]配列[を指す]ポインタ[同士の比較にのみ意味がある]。

▶ サンプル 2: [基礎プログラミングの実践] (難易度 ⭐)

CPP

#include iostream

int main() {
 int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
 int* p1 = &arr[0];
 int* p2 = &arr[3];
 
 if (p1 < p2) { // ✅ p1 's p2
 std::cout << "p1 p2" << std::endl;
 }
 
 if (p2 - p1 == 3) { // ✅ pointer 3
 std::cout << "p1 p2 3" << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

▶ 試してみよう

💡 [要点]： ポインタ[が比較するのは]アドレス[の値]（[つまり、要素が]配列[内の位置]）です。

(2) 1.2 ポインタ[等価比較]

CPP

#include iostream

int main() {
 int x = 5;
 int* p1 = &x;
 int* p2 = &x;
 
 if (p1 == p2) { // ✅ pointer
 std::cout << "p1 p2" << std::endl;
 }
 
 int y = 10;
 int* p3 = &x;
 int* p4 = &y;
 
 if (p3 != p4) { // ✅ pointer's
 std::cout << "p3 p4" << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

2. void* ポインタ

(1) 2.1 void* ポインタとは何か？

void* [はい][汎用]ポインタ——[任意の]型の[データ]を[指すことができる]。

CPP

#include iostream

int main() {
 int x = 5;
 double y = 3.14;
 char c = 'A';
 
 void* p1 = &x; // ✅ void* int
 void* p2 = &y; // ✅ void* double
 void* p3 = &c; // ✅ void* char
 
 return 0;
}

💡 [特徴]：

void* [解けない]参照（[コンパイラが][何バイト読み込むべきか分からない]ため）
void* [できない]ポインタ[算術演算]（[ステップ長がわからないため]）

(2) 2.2 void* [の用途]

[用途1]：[汎用]関数（[後で学ぶ] std::memcpy [つまり] void*）

CPP

#include iostream
#include cstring

int main() {
 int arr1[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
 int arr2[5];
 
 // std::memcpy Using void* 'spointer
 std::memcpy(arr2, arr1, 5 * sizeof(int));
 
 for (int i = 0; i < 5; i++) {
 std::cout << arr2[i] << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

[用途2]：動的メモリ[割り当て]（[後述] malloc [戻る] void*）

(3) 2.3 void* [の変換]

[使用する] void* [が指す]値は、[必ず具体的な]型[の]ポインタに変換する必要があります。

CPP

#include iostream

int main() {
 int x = 5;
 void* p = &x; // void* int
 
 // ❌：reference void*
 // std::cout << *p << std::endl;
 
 // ✅： int*
 int* intPtr = static_cast<int*>(p);
 std::cout << *intPtr << std::endl; // output 5
 
 return 0;
}

💡 [ヒント]： static_cast [は] C++ [の] 型[変換]演算子（[後で学ぶ]）であり、C [言語の] (int*)p よりも [安全] です。

3. [多重]ポインタ（ポインタ[の]ポインタ）

(1) 3.1 ポインタとは何か？

ポインタ[の]ポインタ[とは][ポインタアドレスを]格納[する]ポインタ（[マトリョーシカ]）。

CPP

#include iostream

int main() {
 int x = 5;
 int* p = &x; // p x
 int** pp = &p; // pp p（pointer'spointer）
 
 std::cout << "x = " << x << std::endl;
 std::cout << "*p = " << *p << std::endl; //： x
 std::cout << "pp = " &lt;&lt; pp << std::endl; //： x
 
 return 0;
}

出力：

TEXT

x = 5
*p = 5
**pp = 5

(2) 3.2 [多階層]ポインタ[の]宣言

[声明]	[意味]
`int x;`	`x` [はい] `int`
`int* p;`	`p` [はい] `int*`（`[指向] int [的]pointer`）
`int** pp;`	`pp` [はい] `int*`（`[指向] int [的]pointer`）
`int*** ppp;`	`ppp` [はい] `int`（`[指向] int`* `[的]pointer`）

💡 [読み方]： [右から左へ読む]。

int* p; → p は int へのポインタである
int** pp; → pp は、int へのポインタへのポインタである

(3) 3.3 [多階層]ポインタ[の用途]

[用途1]：[動的]2次元配列（[後述]）

CPP

// points 3×4
int** matrix = new int*[3]; // matrix pointer'spointer
for (int i = 0; i < 3; i++) {
 matrix[i] = new int[4];
}

[用途2]：function[修正が必要]pointer（[あまり見られない]、[知っておけばよい]）

CPP

#include iostream

void allocateInt(int** ptr) {
 *ptr = new int(5); // *ptr（）
}

int main() {
 int* p = nullptr;
 allocateInt(&p); // ...
 std::cout << *p << std::endl; // output 5
 delete p; // ...
 return 0;
}

4. ポインタ[と] const [の組み合わせ]

(1) 4.1 [4つの組み合わせ]

[宣言]	[意味]	[変更可能か]ポインタ	[参照先を変更可能か]値
`int* p;`	[普通]ポインタ	✅ [可能]	✅ [可能]
`const int* p;`	[指向] const int [の]ポインタ	✅ [可能]	❌ [不可能]
`int* const p = &x;`	const ポインタ（[初期化必須]）	❌ [不可]	✅ [可]
`const int* const p = &x;`	[指向] const [の] const ポインタ	❌ [できない]	❌ [できない]

💡 [記憶のコツ]： [右から左へ読む]。

const int* p; → p は const int へのポインタである
int* const p = &x; → p は、int を指す const ポインタである

(2) 4.2 例：const int*（[常用]）

CPP

#include iostream

void printArray(const int* arr, int size) {
 for (int i = 0; i < size; i++) {
 std::cout << arr[i] << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 // ❌ modify：arr[i] = 0; // ...
}

int main() {
 int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
 printArray(arr, 5);
 return 0;
}

💡 [要点]： const int* arr [は][最もよく使われる]関数の[引数]型——[「読み取り専用」で、[変更しない]ことを示す]。

5. 演習：[使用]ポインタ[実装]文字列[コピー]

▶ サンプル 1: [手書き] strcpy (難易度 ⭐⭐)

CPP

#include iostream

void myStrcpy(char* dest, const char* src) {
 while (*src != '\0') {
 *dest = *src; // ...
 dest++; // ...
 src++;
 }
 *dest = '\0'; // ...
}

int main() {
 char src = "Hello";
 char dest[20];
 
 myStrcpy(dest, src);
 std::cout << "src = " << src << std::endl;
 std::cout << "dest = " << dest << std::endl;
 
 return 0;
}

▶ 試してみよう

出力：

TEXT

src = Hello
dest = Hello

💡 [ヒント]： [この]プログラム[では]ポインタ[演算][と][参照の解除]が[使われており]、[ポインタを]理解するための[絶好の練習]となります。

❓ よくある質問

Q：[なぜ] void [は参照にできない]のか？* A：[なぜなら] void [はサイズのない]型であり、コンパイラは[1] [バイト]、4 [バイト]、[あるいは] 8 [バイト]のどれを読み取るべきか[分からない]からである。

[具体的な]型[の]ポインタ（[例：] int*、double*）に変換しなければ、コンパイラは[ストライドを]認識できません。

Q：[多階層]ポインタ[にはどのような用途がある]？ A：[実際の]プロジェクト[において]、int [最もよく見られるのは]： > 1. [動的な]2次元配列（[例] new int*[3]） > 2. 関数で[ポインタ]自体を[変更する必要がある]場合（[例] void foo(int p) pが[どこを指しているか]を[変更できる]）

[2段階以上ある]ポインタ（int*** [など]）[推奨されません]——[理解するのが難しすぎる]。

Q：const int [と] int const [は同じですか]？ A：[同じです]！[以下の2つの記述は同等です]： > > const int p; // [推奨] > int const p; // [同等]ですが、[あまり使われません] > > > [しかし] int* const p [同じではない]——[これは] const ポインタ（[参照先を変更できない]）である。

📖 まとめ

ポインタ[大小を比較できる]（[同じ]配列[を指している場合にのみ意味がある]）
void* [汎用]ポインタ、[参照の解除は不可]、[ポインタ演算は不可]
[多級]ポインタ[は]ポインタ[の]ポインタ（int**）
ポインタ + const [4つの組み合わせがある]、[最もよく使われるのは] const int*（[読み取り専用]）
[用途]ポインタ[実装]文字列[コピーとは何かを理解するための]ポインタ[の絶好の練習]

📝 練習問題

初心者（難易度 ⭐）： [1つ宣言] int 変数 x = 5、[さらに1つ宣言] int* ポインタ p [が指す先] x、[さらに1つ宣言] int ポインタ pp [が] p [を指す]。出力 x、*p、pp、[それらが等しいことを検証する]。
中級（難易度 ⭐⭐）： [1つの]関数 void swap(int a, int b) を書き、[2つの]ポインタ[の指す先を]入れ替える。

x，p2 y
swap(&p1, &p2)：p1 y，p2 x

上級（難易度 ⭐⭐⭐）： [用] void* [和]ポインタ[算術]，[手書きで] myMemcpy 関数：

関数[プロトタイプ]：void myMemcpy(void* dest, const void* src, size_t n)
[機能]：srcからnの[バイト数]をdestに[コピー]
[ヒント]：[バイト単位でコピー]（char* を使用して [ポインタ] [算術演算] を行う）
ポインタ[整数の加算・減算]：[ポインタ先]type[サイズオフセット]
ポインタ[相減]：[要素数の差]
ポインタ[比較]：[順序の判定に使用可能]
void* ポインタ：[なし]型、[参照型および算術演算]不可
関数ポインタ：[関数の]エントリ[の]アドレスを格納

6. 🚀 次は

[ポインタ[の中級編]を学びました]。[次は] 参照（Reference）（[第]25[課]）を学びます――ポインタの「[安全なバージョン]」、C++の[重要な機能]です！

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