ポインタ

[C++] ポインタと参照の違いや使い分けについて解説

2025-01-18更新日: 2025-01-18

ポインタはメモリ上のアドレスを保持する変数で、動的メモリ管理や配列操作に適しています。

一方、参照は変数の別名で、初期化後に他の変数を参照できません。

ポインタはNULLや任意のアドレスを指せるため柔軟性が高いですが、誤操作によるバグが発生しやすいです。

参照は安全性が高く、主に関数引数や戻り値での値の直接操作に使われます。

目次から探す

ポインタと参照の基本
ポインタと参照の使い分け
ポインタと参照に関連する注意点
実践例：ポインタと参照の活用
まとめ

ポインタと参照の基本

C++におけるポインタと参照は、メモリ管理やデータの操作において非常に重要な役割を果たします。

ここでは、それぞれの基本的な概念と特徴について解説します。

ポインタとは

ポインタは、メモリ上のアドレスを格納する変数です。

ポインタを使用することで、特定のデータの位置を直接操作することができます。

ポインタの基本的な使い方を以下のサンプルコードで示します。

#include <iostream>
int main() {
    int value = 10; // 整数型の変数
    int* pointer = &value; // valueのアドレスをpointerに格納
    std::cout << "valueの値: " << value << std::endl; // valueの値を表示
    std::cout << "pointerが指すアドレスの値: " << *pointer << std::endl; // pointerが指すアドレスの値を表示
    return 0;
}

valueの値: 10
pointerが指すアドレスの値: 10

ポインタは、データのアドレスを参照するため、*演算子を使ってそのアドレスが指す値にアクセスします。

参照とは

参照は、既存の変数に対する別名です。

参照を使用することで、元の変数を直接操作することができます。

参照の基本的な使い方を以下のサンプルコードで示します。

#include <iostream>
int main() {
    int value = 20; // 整数型の変数
    int& reference = value; // valueの参照をreferenceに格納
    std::cout << "valueの値: " << value << std::endl; // valueの値を表示
    std::cout << "referenceの値: " << reference << std::endl; // referenceの値を表示
    reference = 30; // referenceを通じてvalueの値を変更
    std::cout << "valueの新しい値: " << value << std::endl; // 新しいvalueの値を表示
    return 0;
}

valueの値: 20
referenceの値: 20
valueの新しい値: 30

参照は、元の変数と同じメモリ位置を指すため、参照を通じて元の変数の値を変更することができます。

ポインタと参照の違い

特徴	ポインタ	参照
メモリ管理	アドレスを持つ	変数の別名を持つ
初期化	NULLで初期化可能	初期化時に必ず変数を指定
再代入	他のアドレスに再代入可能	再代入不可
使用方法	`*`演算子で値にアクセス	変数名のように使用

ポインタと参照は、それぞれ異なる特性を持っており、用途に応じて使い分けることが重要です。

ポインタと参照の使い分け

ポインタと参照は、C++においてデータを操作するための重要な手段ですが、それぞれの特性を理解し、適切に使い分けることが求められます。

ここでは、ポインタと参照の使い分けについて詳しく解説します。

ポインタを使うべき場面

ポインタは、以下のような状況で特に有用です。

動的メモリ管理: メモリを動的に確保する際に使用します。
配列の操作: 配列の要素にアクセスするためにポインタを利用します。
NULLポインタの使用: ポインタをNULLで初期化し、条件に応じてメモリを割り当てることができます。

以下のサンプルコードは、動的メモリ管理の例です。

#include <iostream>
int main() {
    int* dynamicArray = new int[5]; // 動的に配列を確保
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        dynamicArray[i] = i * 10; // 配列に値を代入
    }
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "dynamicArray[" << i << "] = " << dynamicArray[i] << std::endl; // 配列の値を表示
    }
    delete[] dynamicArray; // メモリを解放
    return 0;
}

dynamicArray[0] = 0
dynamicArray[1] = 10
dynamicArray[2] = 20
dynamicArray[3] = 30
dynamicArray[4] = 40

参照を使うべき場面

参照は、以下のような状況で特に便利です。

関数の引数: 大きなデータ構造を関数に渡す際に、コピーを避けるために参照を使用します。
オーバーロード: 同じ名前の関数を異なる引数で定義する際に、参照を使うことで簡潔に記述できます。
不変のデータ: 参照を使うことで、元のデータを変更せずにアクセスできます。

以下のサンプルコードは、関数の引数として参照を使用する例です。

#include <iostream>
void modifyValue(int& ref) { // 参照を引数に取る関数
    ref += 5; // 参照を通じて値を変更
}
int main() {
    int value = 10; // 整数型の変数
    std::cout << "元の値: " << value << std::endl; // 元の値を表示
    modifyValue(value); // 関数を呼び出す
    std::cout << "変更後の値: " << value << std::endl; // 変更後の値を表示
    return 0;
}

元の値: 10
変更後の値: 15

ポインタと参照の選択基準

基準	ポインタ	参照
メモリ管理	動的メモリの管理が必要な場合	静的メモリの管理が必要な場合
再代入の必要性	再代入が可能	再代入が不要
NULLの使用	NULLを使用可能	NULLは使用不可
可読性	可読性が低くなることがある	可読性が高い

ポインタと参照は、それぞれの特性を理解し、適切な場面で使い分けることで、より効率的で安全なプログラミングが可能になります。

ポインタと参照に関連する注意点

ポインタと参照を使用する際には、いくつかの注意点があります。

これらを理解しておくことで、バグを防ぎ、より安全なプログラミングが可能になります。

以下に、ポインタと参照に関連する主な注意点を解説します。

ポインタに関する注意点

メモリリーク: 動的に確保したメモリを解放しないと、メモリリークが発生します。

必ずdeleteまたはdelete[]を使用してメモリを解放しましょう。

ダングリングポインタ: 解放したメモリのアドレスを指すポインタを使用すると、未定義の動作が発生します。

ポインタを解放後は、NULLに設定することが推奨されます。

ポインタの初期化: ポインタを使用する前に必ず初期化することが重要です。

未初期化のポインタを使用すると、予期しない動作を引き起こす可能性があります。

以下のサンプルコードは、メモリリークの例です。

#include <iostream>
int main() {
    int* pointer = new int(42); // 動的にメモリを確保
    // delete pointer; // メモリを解放しないとメモリリークが発生
    std::cout << "pointerが指す値: " << *pointer << std::endl; // 値を表示
    return 0;
}

参照に関する注意点

初期化の必須性: 参照は必ず初期化しなければなりません。

初期化されていない参照を使用すると、未定義の動作が発生します。

再代入不可: 参照は一度設定すると、他の変数に再代入することができません。

これにより、意図しない変更を防ぐことができますが、柔軟性が制限されます。

参照のスコープ: 参照は、元の変数が有効な間だけ有効です。

元の変数がスコープを抜けると、参照も無効になります。

以下のサンプルコードは、初期化の必須性を示す例です。

#include <iostream>
int main() {
    int value = 10;
    // int& reference; // 参照は初期化が必須
    int& reference = value; // 正しい初期化
    std::cout << "referenceの値: " << reference << std::endl; // 値を表示
    return 0;
}

ポインタと参照の共通の注意点

注意点	ポインタ	参照
初期化	必ず初期化する必要がある	必ず初期化が必要
メモリ管理	メモリの解放が必要	メモリ管理は不要
スコープ	スコープを超えても有効	スコープを超えると無効
再代入	再代入可能	再代入不可

ポインタと参照を使用する際には、これらの注意点を理解し、適切に対処することで、より安全で効率的なプログラミングが実現できます。

実践例：ポインタと参照の活用

ポインタと参照は、C++プログラミングにおいて非常に強力なツールです。

ここでは、実際のプログラムでポインタと参照をどのように活用できるかを示す具体的な例を紹介します。

例1: ポインタを使った配列の操作

ポインタを使用して配列の要素にアクセスし、値を変更する例です。

ポインタを使うことで、配列の各要素を効率的に操作できます。

#include <iostream>
int main() {
    int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 整数型の配列
    int* pointer = array; // 配列の先頭アドレスをポインタに格納
    std::cout << "元の配列の値:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << pointer[i] << " "; // ポインタを使って配列の値を表示
    }
    std::cout << std::endl;
    // 配列の各要素に10を加える
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        pointer[i] += 10; // ポインタを使って値を変更
    }
    std::cout << "変更後の配列の値:" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << pointer[i] << " "; // 変更後の値を表示
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

元の配列の値:
1 2 3 4 5 
変更後の配列の値:
11 12 13 14 15

例2: 参照を使った関数の引数

参照を使用して関数に引数を渡し、元の変数を直接変更する例です。

これにより、コピーを避けて効率的にデータを操作できます。

#include <iostream>
void increment(int& ref) { // 参照を引数に取る関数
    ref++; // 参照を通じて値をインクリメント
}
int main() {
    int value = 5; // 整数型の変数
    std::cout << "元の値: " << value << std::endl; // 元の値を表示
    increment(value); // 関数を呼び出す
    std::cout << "変更後の値: " << value << std::endl; // 変更後の値を表示
    return 0;
}

元の値: 5
変更後の値: 6

例3: ポインタと参照を組み合わせた使用

ポインタと参照を組み合わせて、動的に確保したメモリを操作する例です。

ポインタを使ってメモリを管理し、参照を使って値を操作します。

#include <iostream>
void setValue(int* ptr) { // ポインタを引数に取る関数
    *ptr = 100; // ポインタを通じて値を設定
}
int main() {
    int* dynamicValue = new int; // 動的にメモリを確保
    setValue(dynamicValue); // 関数を呼び出す
    std::cout << "動的に確保した値: " << *dynamicValue << std::endl; // 値を表示
    delete dynamicValue; // メモリを解放
    return 0;
}