Чому покажчики збільшення?

Я нещодавно почав вивчати C ++, і оскільки більшість людей (відповідно до того, що я читав), я борюся з покажчиками.

Не в традиційному розумінні я розумію, що вони є, і для чого вони використовуються, і як вони можуть бути корисними, однак я не можу зрозуміти, наскільки корисні покажчики були б корисні, чи може хто-небудь надати пояснення, наскільки збільшується покажчик корисна концепція та ідіоматичний C ++?

Це запитання виникло після того, як я почав читати книгу "Екскурсія по C ++" від Bjarne Stroustrup. Мені було рекомендовано цю книгу, тому що я досить добре знайомий з Java, і хлопці з Reddit сказали мені, що це буде добре "переключення" книги .

Коли у вас є масив, ви можете встановити вказівник, який би вказував на елемент масиву:

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

Тут pвказується на перший елемент a, який є a[0]. Тепер ви можете збільшити покажчик, щоб вказати на наступний елемент:

p++;

Тепер pвказує на другий елемент, a[1]. Ви можете отримати доступ до елемента тут, використовуючи *p. Це відрізняється від Java, де вам доведеться використовувати цілу змінну індексу для доступу до елементів масиву.

Збільшення покажчика в C ++, де цей вказівник не вказує на елемент масиву, є невизначеним поведінкою .

Збільшення покажчиків є ідіоматичним C ++, оскільки семантика покажчиків відображає фундаментальний аспект філософії дизайну, що стоїть за стандартною бібліотекою C ++ (заснована на STL Олександра Степанова )

Тут важливою концепцією є те, що STL розроблений навколо контейнерів, алгоритмів та ітераторів. Покажчики - просто ітератори .

Звичайно, можливість збільшення (або додавання / віднімання з) покажчиків повертається до C. Багато алгоритмів маніпулювання C-рядками можна записати просто за допомогою арифметики вказівника. Розглянемо наступний код:

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

Цей код використовує арифметику вказівника для копіювання нульового завершення C-рядка. Цикл автоматично припиняється, коли він стикається з нулем.

За допомогою C ++ семантика вказівників узагальнена до поняття ітераторів . Більшість контейнерів стандарту C ++ забезпечують ітератори, які можуть бути доступні через beginта endчлен функцій. Ітератори поводяться як вказівники, оскільки вони можуть збільшуватися, дереференціюватися, а іноді і зменшуватися, або просуватися.

Щоб повторити std::string, ми б сказали:

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

Ми збільшуємо ітератор так, як ми збільшуємо вказівник на звичайний C-рядок. Причина, що ця концепція є потужною, полягає в тому, що ви можете використовувати шаблони для написання функцій, які працюватимуть для будь-якого типу ітератора, який відповідає необхідним вимогам концепції. І це сила STL:

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

Цей код копіює рядок у вектор. copyФункція являє собою шаблон , який буде працювати з будь-яким ітератора , який підтримує збільшується (який включає в себе прості покажчики). Ми могли б використовувати ту саму copyфункцію на звичайному C-рядку:

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

Ми могли б використовувати copyна умовах std::mapабо std::setабо будь-який призначений для користувача контейнер , який підтримує ітератори.

Зверніть увагу , що покажчики типу конкретного ітератора: випадковий итератор доступу , що означає , що вони підтримують збільшення, декремент і просування вперед з +і -оператором. Інші типи ітераторів підтримують лише підмножину семантики вказівників: двонаправлений ітератор підтримує принаймні збільшення та декрементацію; а вперед ітератори підтримує , щонайменше , приріст. (Усі типи ітераторів підтримують перенаправлення.) copyФункція вимагає ітератора, який принаймні підтримує збільшення.

Про різні концепції ітератора ви можете прочитати тут .

Отже, збільшувальні покажчики - це ідіоматичний спосіб C ++ для ітерації через C-масив або доступу до елементів / зсувів у C-масиві.

Арифметика вказівника є в C ++, тому що це було в C. Покажчик арифметики знаходиться в C, тому що це нормальна ідіома в асемблері .

Існує безліч систем, де "приріст реєстру" швидше "завантаження постійного значення 1 і додавання до реєстру". Більше того, досить багато систем дозволяють "завантажувати DWORD в A з адреси, вказаної в регістрі B, а потім додавати sizeof (DWORD) до B" в одній інструкції. Ці дні ви можете очікувати на оптимізаційний компілятор, щоб розібратися в цьому для вас, але це було насправді не таким варіантом у 1973 році.

Це в основному та сама причина, що масиви C не перевіряються за межею, а рядки C не мають вбудованого в них розміру: мова була розроблена в системі, де кожен байт і кожна інструкція підраховуються.