Как понять, как использовать переменные, указатели и ссылки в C++?

Question

[Егор Михеев]

Здравствуйте, изучаю С++

Теорию относительно:

• переменных (копирование)
  
• указатель (адрес)
  
• ссылка (разименованный адрес)
  

вроде понял.
Но возникли трудности с пониманием практического применения в ООП (реализация в классах)
В каком случае стоит применять ссылки, указатели, ссылки.

Конечно можно предложить литературу, но вроде с литературой проблем нет, хотелось бы услышать понимание тех, кто постоянно применяет данные методы на практике (ООП в C++)

Вопрос больше создан как туториал, так что со времем будет дополняться примерами.

Answer 1

[Антон Жилин]

В параметре функции:

• Если параметр не нужно модифицировать, то передаём по константной ссылке const T&
  
• Если к тому же параметр -- это POD размером не более 32 байт, то можно передать по значению T
  
• Если параметр нужно модифицировать, то передаём по неконстантной ссылке T&
  
• Если параметр может отсутствовать (nullptr), то передаём по указателю T* / const T*. Константность зависит от того, надо ли параметр модифицировать
  
• Если нужно скопировать внутрь текущего объекта параметр шаблонного типа, то используем универсальную ссылку T&&
  

В возвращаемом значении:

• Если нужно вернуть результат, вычисленный в функции, возвращаем значение
  
• Если нужно вернуть указатель на фиксированную область памяти, возвращаем ссылку / указатель. Различие в использовании и константность подробно описаны выше
  
• Если мы хотим передать владение, возвращаем std::unique_ptr
  

В поле класса:

• Почти всегда по значению
  
• Указатель указывает на память, которой мы не владеем (не имеем права делать delete). Ссылки нельзя использовать ввиду технических ограничений
  
• std::unique_ptr указывает на память, которой мы владеем. Предпочитать значению его следует, если это полиморфный тип
  

Замечание 1. Есть типы, перемещение которых дорого или невозможно: большой std::array, std::fstream. Если мы хотим передавать владельца переменной такого типа или, например, вернуть из функции, то придётся использовать std::unique_ptr.

Замечание 2. "Нужно модифицировать" означает, что мы хотим, чтобы изменения объекта были видны вне функции. Можно и нужно обходиться константной ссылкой, если допустимо скопировать переменную и модифицировать её внутри функции.

Comments

[Антон Жилин]

матрунич сергей: Не понял, что означает "объявление методов класса через указатели"

[Егор Михеев]

Я правильно понял, что объявление методов класса через указатели нужно для применения метода для экземпляра к которому этот метод вызывается?

class ClassFoo {
....
void getData(ClassFoo& object) { .... }
....
}

[Антон Жилин]

матрунич сергей: Всё-таки вы не доучили теорию :) Экземпляр передаётся в метод неявно через this, а вот если нужно оперировать сразу с двумя объектами одного типа, тогда нужно объявление, как у вас в getData.

[Петр]

где вы такое забавное ограничение откопали? "это POD размером не более 32 байт"

[Антон Жилин]

Петр: вот исследование производительности при передачи структур различного размера по ссылке и по значению: www.macieira.org/blog/2012/02/the-value-of-passing...

[Антон Жилин]

Петр: Понятно, что 4 байта лучше передать по значению, а 1000 байт -- по ссылке. Истина где-то посередине. Они показали, что на некоторых архитектурах эта истина -- 32 байта.

[Егор Михеев]

А как к передать многомерный массив в функцию по указателю? Че то я так и не смог осилить.

int m2d[3][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {0, 2, 6}};

1 случай: void function(int *m[], unsigned rows, unsigned cols)
2 случай: void function(const int * const * m, unsigned rows, unsigned cols)

[Xano]

"Ссылки нельзя использовать ввиду технических ограничений" - можно, но их необходимо инициализировать в конструкторе.
"std::shared_ptr не находит применение в стандартных ситуациях" - незаменим в многопоточной среде (в паре с std::weak_ptr ), где к одному объекту необходим доступ из нескольких потоков( например, общее хранилище, с которым взаимодействуют потоки-обработчики )

[Антон Жилин]

Xano: Типы с хранимыми ссылками не будут ни CopyAssignable, ни MoveAssignable. Обычно это ограничение обходят, используя указатели вместо ссылок для полей.
std::shared_ptr -- неправильно выразился. Хотел сказать, что std::unique_ptr должен использоваться по умолчанию для хранения полиморфных и "тяжелых" объектов. Проще удалить абзац, чем написать нормально :)

[Антон Жилин]

матрунич сергей: Многомерные массивы бывают разные. int** -- массив указателей на массивы, его можно передавать так, как у вас. А вот int(*)[3] (тип m2d) -- хранится непрерывно. Если размер неизвестен на этапе компиляции, то лучше передать указатель на первый элемент int* плюс размерности. Если известен, то можно принять параметр функции int m2d[3][3].

[Егор Михеев]

Я имею ввиду как правильно передать такой массив в функцию, в которой установлена в качестве аргумента такая форма? Решаю контрольные задачи, в которых жестко прописаны типы аргументов для функций, а вот массив передать не получается.
int m2d[3][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {0, 2, 6}};
int *m = m2d - естественно что не правильно
function(m,3,3)

[Антон Жилин]

матрунич сергей: Если заданы такие прототипы и массив строго 3x3, то как-то так:
int row1[3] = {1,2,3};
int row2[3] = {4,5,6};
int row3[3] = {0,2,6};
int* m2d[3] = {row1,row2,row3};
function(m2d,3,3);

[Xano]

Антон Жилин: Когда успели запретили копировать ссылки? Это по поводу CopyAssignable. MoveAssignable, если оно надо, достигается при помощи pimpl.

[Егор Михеев]

А чем отличается моя запись от Вашего ввода?
int m2d[3][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {0, 2, 6}};

int row1[3] = {1,2,3};
int row2[3] = {4,5,6};
int row3[3] = {0,2,6};
int* m2d[3] = {row1,row2,row3};

Вот то что написали вы у меня работает в специальной функции создающей массив, но я судя по всему застрял потому, что не понял разницу между способом задачи массивов.

[Антон Жилин]

матрунич сергей: Формально, отличие в типе массива: int[3][3] и int*[3]. Теперь неформально. Ваш массив представлен в памяти как 3 идущих последовательно int[3], то есть m2d у вас -- это 9 последовательных int. Функция же принимает массив, содержащий 3 указателя int* (принципиально другой тип данных!). Каждый из них должен указывать на массив из 3 int. Понятно, что функция, принимающая 3 указателя (которые, так получилось, указывают на массивы), не может "съесть" 9 int.

[Антон Жилин]

Xano: Копировать ссылки не запретили, зато всё, что содержит ссылки, нельзя присваивать.
struct JoeType { int& field; };
struct AnnType { JoeType field; };
Если теперь Ann понадобится присваивать AnnType, то она точно будет сердиться на Joe за то, что он использовал ссылку вместо указателя. Можно содержать std::unique_ptr, но ведь этих проблем изначально можно было бы избежать.

[Xano]

Антон Жилин: можно же переопределить конструктор копирования. Если же Вас интересуют исключительно POD типы, тогда да, ссылки использовать нельзя.

[Антон Жилин]

Xano: Не обязательно POD. Я говорю об операторе присваивания. Вот так сделать не получится:
AnnType a(...), b(...);
a = std::move(b);
Даже если Joe никогда это не понадобится, Ann может понадобиться, например, отсортировать вектор из AnnType. Ну и дальше пояснение выше.

[Xano]

Антон Жилин: да, что-то запало у меня про конструктор, прошу прощения :) Здесь никак не обойти это ограничение. Другое дело, что, если используется ссылка, копирование объекта практически никогда и не нужно( обычно это объект, реализующий некую логику ) . Но это уже другой вопрос.

Answer 2

[GavriKos]

Практика спасет вас. Со временем поймете где что нужно.
Для приближения к пониманию можете попробовать сами ответить на следующие вопросы:
- как быть, если в результате выполнения функции надо получить два значения?
- вам нужно передать в функцию Bitmap. Как вы его будете передавать?
- вам нужно создать односвязный список. Опишите его структуру.
- у вас есть два массива одного типа. И есть две функции, которые по разному модифицируют массив того же типа. Какие будут прототипы функций?