ทำไมถึงต้องเพิ่มพอยน์เตอร์?

ฉันเพิ่งเริ่มเรียนรู้ C ++ และเป็นคนส่วนใหญ่ (ตามสิ่งที่ฉันได้อ่าน) ฉันกำลังดิ้นรนกับพอยน์เตอร์

ไม่ใช่ในความหมายดั้งเดิมฉันเข้าใจว่าพวกเขาคืออะไรและทำไมจึงใช้และวิธีที่มีประโยชน์อย่างไร แต่ฉันไม่เข้าใจว่าตัวชี้การเพิ่มขึ้นจะมีประโยชน์ใคร ๆ สามารถให้คำอธิบายว่าการเพิ่มพอยน์เตอร์เป็นอย่างไร แนวคิดที่มีประโยชน์และสำนวน C ++?

คำถามนี้เกิดขึ้นหลังจากที่ฉันเริ่มอ่านหนังสือA Tour of C ++โดย Bjarne Stroustrup ฉันแนะนำหนังสือเล่มนี้เพราะฉันค่อนข้างคุ้นเคยกับ Java และคนที่ Reddit บอกว่ามันจะเป็นหนังสือที่ 'ดีมาก' .

เมื่อคุณมีอาร์เรย์คุณสามารถตั้งค่าตัวชี้ให้ชี้ไปที่องค์ประกอบของอาร์เรย์ได้:

int a[10];
int *p = &a[0];

นี่pชี้ไปที่องค์ประกอบแรกของซึ่งเป็นa a[0]ตอนนี้คุณสามารถเพิ่มตัวชี้ให้ชี้ไปที่องค์ประกอบถัดไป:

p++;

ตอนนี้pชี้ไปที่องค์ประกอบที่สอง, a[1]. *pคุณสามารถเข้าถึงองค์ประกอบที่นี่ใช้ สิ่งนี้แตกต่างจาก Java ที่คุณจะต้องใช้ตัวแปรดัชนีจำนวนเต็มเพื่อเข้าถึงองค์ประกอบของอาร์เรย์

การเพิ่มตัวชี้ใน C ++ ที่ตัวชี้ที่ไม่ได้ชี้ไปที่องค์ประกอบของอาร์เรย์เป็นพฤติกรรมที่ไม่ได้กำหนด

การเพิ่มพอยน์เตอร์เป็นสำนวน C ++, เพราะซีแมนทิกส์ตัวชี้สะท้อนลักษณะพื้นฐานของปรัชญาการออกแบบที่อยู่เบื้องหลังไลบรารีมาตรฐาน C ++ (อิงจากSTLของ Alexander Stepanov )

แนวคิดที่สำคัญในที่นี้คือ STL ได้รับการออกแบบรอบคอนเทนเนอร์อัลกอริทึมและตัววนซ้ำ ชี้เป็นเพียงiterators

แน่นอนความสามารถในการเพิ่ม (หรือเพิ่ม / ลบ) ตัวชี้กลับไปที่ C อัลกอริธึมการจัดการสตริง C จำนวนมากสามารถเขียนได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตัวชี้ทางคณิตศาสตร์ พิจารณารหัสต่อไปนี้:

char string1[4] = "abc";
char string2[4];
char* src = string1;
char* dest = string2;
while ((*dest++ = *src++));

รหัสนี้ใช้เลขคณิตของตัวชี้เพื่อคัดลอก C-string ที่มีค่า Null การวนซ้ำจะสิ้นสุดลงโดยอัตโนมัติเมื่อพบโมฆะ

ด้วย C ++ ความหมายชี้กำลังทั่วไปกับแนวคิดของiterators คอนเทนเนอร์ C ++ มาตรฐานส่วนใหญ่จะมีตัววนซ้ำซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านฟังก์ชั่นbeginและendสมาชิก ตัวทำซ้ำทำตัวเหมือนพอยน์เตอร์ซึ่งสามารถเพิ่มขึ้น dereferenced และบางครั้งมีค่าลดลงหรือขั้นสูง

เพื่อย้ำมากกว่าstd::stringเราจะพูดว่า:

std::string s = "abcdef";
std::string::iterator it = s.begin();
for (; it != s.end(); ++it) std::cout << *it;

เราเพิ่มตัววนซ้ำเหมือนเราจะเพิ่มตัวชี้ไปยัง C-string ธรรมดา เหตุผลที่แนวคิดนี้มีประสิทธิภาพเพราะคุณสามารถใช้เทมเพลตเพื่อเขียนฟังก์ชั่นที่จะทำงานกับตัววนซ้ำชนิดใดก็ได้ที่ตรงตามข้อกำหนดของแนวคิดที่จำเป็น และนี่คือพลังของ STL:

std::string s1 = "abcdef";
std::vector<char> buf;
std::copy(s1.begin(), s1.end(), std::back_inserter(buf));

รหัสนี้คัดลอกสตริงลงในเวกเตอร์ copyฟังก์ชั่นเป็นแม่แบบที่จะทำงานร่วมกับใด ๆ iterator ที่สนับสนุนการเพิ่ม (ซึ่งรวมถึงตัวชี้ธรรมดา) เราสามารถใช้copyฟังก์ชั่นเดียวกันกับ C-string ธรรมดา:

   const char* s1 = "abcdef";
   std::vector<char> buf;
   std::copy(s1, s1 + std::strlen(s1), std::back_inserter(buf));

เราสามารถใช้copyบนstd::mapหรือstd::setหรือใด ๆภาชนะที่กำหนดเองที่ iterators สนับสนุน

โปรดทราบว่าพอยน์เตอร์เป็นประเภทเฉพาะของ iterator: random access iteratorซึ่งหมายความว่ารองรับการเพิ่มขึ้นลดลงและล้ำหน้าด้วยตัวดำเนินการ+และ -ชนิดตัววนซ้ำอื่น ๆ สนับสนุนชุดย่อยของซีแมนติกพอยน์เตอร์เท่านั้น: ตัววนซ้ำสองทิศทางสนับสนุนการเพิ่มและการลดลงอย่างน้อย; ไปข้างหน้า iteratorสนับสนุนที่ incrementing น้อย (ทุกชนิดตัววนซ้ำสนับสนุนการยกเลิกการลงทะเบียน) copyฟังก์ชันต้องการตัววนซ้ำที่อย่างน้อยรองรับการเพิ่มขึ้น

คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับแนวคิด iterator ที่แตกต่างกันที่นี่

ดังนั้นการเพิ่มพอยน์เตอร์จึงเป็นวิธี C ++ ที่ใช้ในการวนซ้ำใน C-array หรือเข้าถึงองค์ประกอบ / ออฟเซ็ตใน C-array

เลขคณิตตัวชี้อยู่ใน C ++ เพราะอยู่ใน C. เลขคณิตตัวชี้อยู่ใน C เพราะมันเป็นสำนวนปกติในแอสเซมเบลอร์

มีระบบมากมายที่ "การเพิ่มค่าการลงทะเบียน" เร็วกว่า "ค่าคงที่โหลด 1 และเพิ่มเพื่อลงทะเบียน" ยิ่งไปกว่านั้นระบบบางระบบอนุญาตให้คุณ "โหลด DWORD ลงใน A จากที่อยู่ที่ระบุใน register B จากนั้นเพิ่ม sizeof (DWORD) ไปยัง B" ในคำสั่งเดียว วันนี้คุณอาจคาดหวังว่าคอมไพเลอร์ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อแยกแยะสิ่งนี้สำหรับคุณ แต่นี่ไม่ใช่ตัวเลือกในปี 1973

นี่เป็นเหตุผลเดียวกันกับที่อาร์เรย์ C ไม่ได้ตรวจสอบขอบเขตและสตริง C ไม่มีขนาดที่ฝังอยู่ในนั้น: ภาษานั้นพัฒนาบนระบบที่มีการนับจำนวนไบต์และคำสั่งทุกคำสั่ง