Зачем нужны указатели в c

Указатели (C++)

Указатель — это переменная, в которой хранится адрес памяти объекта. Указатели широко используются как в C, так и в C++ для трех основных целей:

• для выделения новых объектов в куче,
• передача функций другим функциям
• для итерации элементов в массивах или других структурах данных.

В программировании в стиле C необработанные указатели используются для всех этих сценариев. Однако необработанные указатели являются источником многих серьезных ошибок программирования. Поэтому их использование настоятельно не рекомендуется, за исключением случаев, когда они обеспечивают значительное преимущество производительности, и нет неоднозначности в отношении того, какой указатель является владельцем указателя, который отвечает за удаление объекта. Современный C++ предоставляет интеллектуальные указатели для выделения объектов, итераторов для обхода структур данных и лямбда-выражений для передачи функций. Используя эти средства языка и библиотеки вместо необработанных указателей, вы сделаете программу более безопасной, проще отладить и упростить понимание и обслуживание. Дополнительные сведения см . в смарт-указателях, итераторах и лямбда-выражениях .

В этом разделе

• Необработанные указатели
• Константные и переменные указатели
• новые и удаленные операторы
• Интеллектуальные указатели
• Практическое руководство. Создание и использование экземпляров unique_ptr
• Практическое руководство. Создание и использование экземпляров shared_ptr
• Практическое руководство. Создание и использование экземпляров weak_ptr
• Практическое руководство. Создание и использование экземпляров CComPtr и CComQIPtr

Указатели в C++: зачем нужны, когда использовать и чем отличаются от обращения к объекту напрямую

В какой ситуации нужно использовать указатели, а в какой сами объекты? Ниже мы постарались ответить на этот вопрос.

Даже если большинство программистов понимают, в чем разница между объектами и указателями на них, иногда бывает не совсем понятно, в пользу какого из способов обращения к объекту стоит делать выбор. Ниже мы постарались ответить на этот вопрос.

Вопрос

Я заметил, что нередко программисты, чей код я видел, используют указатели на объекты чаще, чем сами эти объекты, т.е., например, используют следующую конструкцию:

Object *myObject = new Object; 

Object myObject; 

Аналогично с методами. Почему вместо этого:

myObject.testFunc(); 

мы должны писать вот это:

myObject->testFunc(); 

Я так понимаю, что это дает выигрыш в скорости, т.к. мы обращаемся напрямую к памяти. Верно? P.S. Я перешел с Java.

Ответ

Заметим, кстати, что в Java указатели не используются в явном виде, т.е. программист не может в коде обратиться к объекту через указатель на него. Однако на деле в Java все типы, кроме базовых, являются ссылочными: обращение к ним происходит по ссылке, хотя явно передать параметр по ссылке нельзя. И еще, на заметку, new в C++ и в Java или C# — абсолютно разные вещи.

Для того, чтобы дать небольшое представление, что же такое указатели в C++, приведем два аналогичных фрагмента кода:

Object object1 = new Object(); // Новый объект Object object2 = new Object(); // Еще один новый объект object1 = object2;// Обе переменные ссылаются на объект, на который раньше ссылалась object2 // При изменении объекта, на который ссылается object1, изменится и // object2, потому что это один и тот же объект 

Ближайший эквивалент на C++:

Object * object1 = new Object(); // Память выделена под новый объект // На эту память ссылается object1 Object * object2 = new Object(); // Аналогично со вторым объектом delete object1; // В C++ нет системы сборки мусора, поэтому если этого не cделать, // к этой памяти программа уже не сможет получить доступ, // как минимум, до перезапуска программы // Это называется утечкой памяти object1 = object2; // Как и в Java, object1 указывает туда же, куда и object2 

Однако вот это – совершенно другая вещь (C++):

Object object1; // Новый объект Object object2; // Еще один object1 = object2;// Полное копирование объекта object2 в object1, // а не переопределение указателя – очень дорогая операция 

Но получим ли мы выигрыш в скорости, обращаясь напрямую к памяти?

На самом деле, совсем нет. Работа с указателями оформлена в виде кучи, в то время как работа с объектами – это стек, более простая и быстрая структура. Если вы новичок, то у нас для вас есть материал, в котором мы подробно рассказываем, что такое стек и куча.

Строго говоря, этот вопрос объединяет в себе два различных вопроса. Первый: когда стоит использовать динамическое распределение памяти? Второй: когда стоит использовать указатели? Естественно, здесь мы не обойдемся без общих слов о том, что всегда необходимо выбирать наиболее подходящий инструмент для работы. Почти всегда существует реализация лучше, чем с использованием ручного динамического распределения (dynamic allocation) и / или сырых указателей.

Динамическое распределение

В формулировке вопроса представлены два способа создания объекта. И основное различие заключается в сроке их жизни (storage duration) в памяти программы. Используя Object myObject; , вы полагаетесь на автоматическое определение срока жизни, и объект будет уничтожен сразу после выхода из его области видимости. А вот Object *myObject = new Object; сохраняет жизнь объекту до того момента, пока вы вручную не удалите его из памяти командой delete . Используйте последний вариант только тогда, когда это действительно необходимо. А потому всегда делайте выбор в пользу автоматического определения срока хранения объекта, если это возможно.

Обычно принудительное установления срока жизни применяется в следующих ситуациях:

• Вам необходимо, чтобы объект существовал и после выхода из области его видимости — именно этот объект, именно в этой области памяти, а не его копия. Если для вас это не принципиально (в большинстве случаев это так), положитесь на автоматическое определение срока жизни. Однако вот пример ситуации, когда вам может понадобиться обратить к объекту вне его области видимости, однако это можно сделать, не сохраняя его в явном виде: записав объект в вектор, вы можете “разорвать связь” с самим объектом — на самом деле он (а не его копия) будет доступен при вызове из вектора.
• Вам необходимо использовать много памяти, которая может переполнить стек. Здорово, если с такой проблемой не приходится сталкиваться (а с ней сталкиваются очень редко), потому что это “вне компетенции” C++, но к сожалению, иногда приходится решать и эту задачу.
• Вы, например, точно не знаете размер массива, который придется использовать. Как известно, в C++ массивы при определении имеют фиксированный размер. Это может вызвать проблемы, например, при считывании пользовательского ввода. Указатель же определяет только тот участок в памяти, куда будет записано начало массива, грубо говоря, не ограничивая его размер.

Если использование динамического распределения необходимо, то вам стоит инкапсулировать его с помощью умного указателя (что такое умный указатель можете прочитать в нашей статье) или другого типа, поддерживающего идиому “Получение ресурса есть инициализация” (стандартные контейнеры ее поддерживают — это идиома, в соответствии с которой ресурс: блок памяти, файл, сетевое соединение и т.п. — при получении инициализируется в конструкторе, а затем аккуратно уничтожается деструктором). Умными являются, например, указатели std::unique_ptr и std::shared_ptr .

Указатели

Однако есть случаи, когда использование указателей оправдано не только с точки зрения динамического распределения памяти, но почти всегда есть альтернативный путь, без использования указателей, который вам и следует выбрать. Как и ранее, скажем: всегда делайте выбор в пользу альтернативы, если нет особенной необходимости в использовании указателей.

Случаями, когда использование указателей можно рассматривать как возможный вариант, можно назвать следующие:

• Ссылочная семантика. Иногда может быть необходимо обратиться к объекту (вне зависимости от того, как под него распределена память), поскольку вы хотите обратиться в функции именно в этому объекту, а не его копии — т.е. когда вам требуется реализовать передачу по ссылке. Однако в большинстве случаев, здесь достаточно использовать именно ссылку, а не указатель, потому что именно для этого ссылки и созданы. Заметьте, что это несколько разные вещи с тем, что описано в пункте 1 выше. Но если вы можете обратиться к копии объекта, то и ссылку использовать нет необходимости (но заметьте, копирование объекта — дорогая операция).
• Полиморфизм. Вызов функций в рамках полиморфизма (динамический класс объекта) возможен с помощью ссылки или указателя. И снова, использование ссылок более предпочтительно.
• Необязательный объект. В этом случае можно использовать nullptr , чтобы указать, что объект опущен. Если это аргумент функции, то лучше сделайте реализацию с аргументами по умолчанию или перегрузкой. С другой стороны, можно использовать тип, который инкапсулирует такое поведение, например, boost::optional (измененный в C++14 std::optional ).
• Повышение скорости компиляции. Вам может быть необходимо разделить единицы компиляции (compilation units). Одним из эффективных применений указателей является предварительная декларация (т.к. для использования объекта вам необходимо предварительно его определить). Это позволит вам разнести единицы компиляции, что может положительно сказаться на ускорении времени компиляции, внушительно уменьшив время, затрачиваемое на этот процесс.
• Взаимодействие с библиотекой C или C-подобной. Здесь вам придется использовать сырые указатели, освобождение памяти из-под которых вы производите в самый последний момент. Получить сырой указатель можно из умного указателя, например, операцией get . Если библиотека использует память, которая впоследствии должна быть освобождена вручную, вы можете оформить деструктор в умном указателе.

Что такое указатели в программировании

В программировании есть понятие указателей — особенно часто о них можно услышать в языках вроде C. Указатели считаются сложной темой, и про тех, кто ими пользуются, ходят легенды. Но на самом деле в указателях нет ничего сложного. Сейчас разберём.

Что такое указатель

Когда мы заводим новую переменную, компьютер выделяет для неё место в оперативной памяти:

Количество этих ячеек зависит от типа данных, который хранится в этой переменной: обычно для целого числа выделяют 2 или 4 байта, для дробного — 8 байт, для строки — столько же, сколько и символов и ещё 1 служебный байт и так далее. Но сколько бы байтов ни выделил компьютер для хранения, он выделяет эти байты подряд, друг за другом, и запоминает два момента:

1. Сколько байтов занимает переменная.
2. По какому адресу в памяти находится первый байт этой переменной.

Если совсем упростить, то адрес в памяти — это порядковый номер ячейки, где хранится байт. Так вот, в указателях как раз хранятся адреса памяти, где начинаются разные переменные:

Зачем это нужно

Указатели нужны для того, чтобы можно было напрямую работать с оперативной памятью. Например, указатели позволяют экономить выделение памяти: когда в функцию вместо переменной передаётся указатель, компьютер не создаёт её локальную копию, а обращается к ней напрямую.

Второе применение указателей — динамическое управление памятью. Если нам нужно выделить в памяти некоторую область для хранения своих данных, но стандартные переменные нам не подходят, мы можем использовать указатель. В этом случае мы помещаем в него стартовый адрес ячейки и говорим, сколько байтов после него нужно использовать и что в них положить.

Почему указателями редко пользуются

Если в указатель положить адрес памяти, который выходит за границы, выделенные для этой программы, то мы можем повредить чужие данные. Некоторые языки, например, C++, не всегда перепроверяют то, что делает программист, поэтому там легко сломать не только свою программу, но и весь компьютер.

Дело в том, что компьютеру всё равно, что лежит по адресу, написанному в указателе — данные, переменная или что-то чужое. Всё, что он делает — это идёт по этому адресу и стирает либо записывает туда что-то своё, не задавая лишних вопросов. Это мощная штука, но чтобы ей пользоваться, нужно чётко знать внутреннюю архитектуру памяти и работы компилятора.

В каких языках есть указатели

Самые популярные языки с поддержкой указателей — это всё семейство Си-языков:

А всё потому, что в старые времена оперативной памяти было мало и нужно было использовать её как можно эффективнее. Поэтому иногда было нормально, когда одна и та же область памяти использовалась программистом для хранения разных данных.

Также полноценные указатели есть в некоторых современных языках высокого уровня: Java, Pascal и Go.

Получите ИТ-профессию

В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.

Зачем нужны указатели?

Oбъяcнитe, зaчeм нyжны yкaзaтeли? Heт, я пoнял пpинцип paбoты, нo нe пoнял oднoгo — ЗAЧEM? Зaчeм paбoтaть c фyнкциями-члeнaми, пepeмeнными пo ccылкe, ecли я мoгy paбoтaть c ними нaпpямyю?

Отслеживать
51.6k 201 201 золотой знак 63 63 серебряных знака 245 245 бронзовых знаков
задан 4 янв 2012 в 13:25
3,288 4 4 золотых знака 36 36 серебряных знаков 49 49 бронзовых знаков
Если Вы не поняли «зачем», значит Вы не поняли указатели!
4 янв 2012 в 13:28

Посмотрите, например, man qsort (это очень полезная функция сортировки), подумайте как это можно запрограммировать и многое прояснится.

4 янв 2012 в 13:59

qsort реализуется и без указателей. Например в таких языках как lisp/haskell, где указателей (по крайней мере в явном виде) нет. На плюсах можно без указателей тоже сделать, но только памяти будет больше потребляться.

4 янв 2012 в 14:20
Какой смысл биться за лишние сто байт памяти?
4 янв 2012 в 15:20

На самом деле все намного проще, указатели нужны для того чтобы писать «волшебные» коды, быстрые и непанятные. + для того чтобы те кто не знает С++ думали что С++ это что-то неимоверно сложное 😀 Использовать х надо потому, что в они есть и твой код становится более непонятным. **** PS:Как мне показалось — объяснил на вашем нынешнем уровне **** PPS:не трольте коммент ибо коммент сам по себе троллинг 😀

4 янв 2012 в 15:35

4 ответа 4

Сортировка: Сброс на вариант по умолчанию

«Если кто-то зажигает звезды, значит, это кому-нибудь нужно»

Вот такой пример. Положим, Вы передаете в функцию какую-то переменную. Там с ее значением что-то делается, и новое значение должно быть занесено в ту переменную, значение которой Вы в функцию передали. Если сделаете что-то типа этого

void func (int a) < a += 10; >. int i = 2; func(i); 

То значение переменной i не изменится, потому что в функцию передается копия этой переменной и с ней производятся операции. А если передать указатель или ссылку на эту переменную, то получите доступ к ней и можете изменять ее значение

void func (int* a) < *a += 10; >. int i = 2; func(&i); 

Если нужно передать в функцию структуру или объект, то передавать его целиком можно, но это может отнять кучу памяти и времени, ведь они могут быть очень большими. В простых примерах это незаметно, но в реальных программах, где это может повторяться тысячи и миллионы раз, тормоза будут огромные. Вместо этого передаете указатель или ссылку и получаете из функции доступ к объекту.

Уже говорили о динамическом выделении памяти. Если еще про это не читали, то прочитаете. Там без указателей В ПРИНЦИПЕ не обойтись.

Это лишь несколько примеров. Чем глубже будете вникать в С++, тем больше об этом узнаете.

И еще. Не думайте, что программисты до Вас были дураками.

Отслеживать
user207618
ответ дан 4 янв 2012 в 18:56
23.9k 2 2 золотых знака 37 37 серебряных знаков 69 69 бронзовых знаков

1. Для возврата нескольких значений из функции. В качестве аргумента передаётся указатель на переменную, функция записывает туда значение. Такой подход очень распространён в DirectX, OpenGL, Windows API и других библиотеках в стиле C. Для этого можно использовать и ссылки, но не рекомендуется, так как синтаксис передачи и возврата неотличим.
2. Для хранения адреса динамически выделенной памяти. Она отличается от обычной тем, что программист сам регулирует время жизни объектов, и её больше (а размер стека всего порядка мегабайта). Если адрес будет потерян, то память нельзя будет ни использовать, ни освободить. Возникнет утечка памяти.
3. C-строка представляет собой указатель на её первый символ.
4. Для создания различных структур данных: связанных списков, деревья и т. д.
5. Для передачи аргумента в функцию без копирования (и вызова конструктора для объектов), которое может оказаться долгим для сложных объектов. Правда, здесь лучше использовать константные ссылки.

Таким образом, примений указателей очень много.

Отслеживать

@Xyanight, вспомните, что массивы в Си представляются указателями (даже не в случае параметров). Например: int a[10], *b = a+5; . printf («%d\n»,b[0]); // распечатает значение a[5] Вообще указатели в Си позволяют писать более обобщенный код.

4 янв 2012 в 16:46
В качестве аргумента передаётся указатель на переменную, функция записывает туда значение.
27 июл 2015 в 14:05

А зачем нужны почтовые адреса? Можно же общаться сразу с людьми. Но иногда приходится поручать доставку письма почтальону, которому надо сначала сказать, куда конкретно он должен доставить письмо, так как один и тот же почтальон должен уметь единообразно для адресанта доставлять письма всем адресатам. Как? Лезть в его днк нельзя, нельзя его даже переучивать. Указатель – это такая величина, в которой можно хранить адрес. А ссылка – это нечто, ведущее себя как указатель, но имеющее при этом синтаксис сразу целевой величины, которую мы по этому адресу ищем. То есть поле на конверте с адресом Пети, притворяющееся самим Петей. На это поле на конверте можно наорать вместо Пети, а обидится Петя. По указателю же можно только нанять хулигана, поручив ему наорать на Петю. Совсем же по-другому выглядит, а результат тот же. В одном случае мы голос посрвали, в другом – явно послали посредника. Но по указателю можно послать: почтальона, шпиона, хулигана и киллера, а по ссылке – только наорать на адрес на конверте, спокойно ему что-то сказать или поглазеть прямо на Петин стол, но киллеры даже не поймут, чего от них хотят, а сами мы убивать не умеем.

Отслеживать
ответ дан 8 ноя 2022 в 13:12
Тарас Атавин Тарас Атавин
204 1 1 серебряный знак 9 9 бронзовых знаков

Чтобы выделять большое количество памяти. Советую прочитать про стек и кучу (heap). На стеке при большом объеме данных будет происходить переполнение.

Отслеживать
ответ дан 4 янв 2012 в 14:03
221 1 1 серебряный знак 10 10 бронзовых знаков

Вот именно! Автору вопроса нужно смотреть в сторону размерных и ссылочных типов данных, как они устроены, какие отличия, где хранятся, зачем их разделили и тд. К чему тут тролинг.

4 янв 2012 в 15:56
Нeт, я пoнял пpинцип paбoты, нo нe пoнял oднoгo — ЗAЧEM Малеха противоречивый бред? Не находите?
4 янв 2012 в 16:00
Согласен — автор не разобрался в данной теме!
4 янв 2012 в 16:13
@AlexWindHope ну значит плохо объясняли
4 янв 2012 в 16:14

public и private предполагает что код может быть использовн кем-то еще, кто может залезть своими руками куда не надо и все поломать.