Tại sao con trỏ tăng?

Gần đây tôi mới bắt đầu học C ++ và như hầu hết mọi người (theo những gì tôi đã đọc) Tôi đang vật lộn với con trỏ.

Không phải theo nghĩa truyền thống, tôi hiểu chúng là gì và tại sao chúng được sử dụng và làm thế nào chúng có thể hữu ích, tuy nhiên tôi không thể hiểu làm thế nào con trỏ tăng sẽ hữu ích, bất cứ ai cũng có thể giải thích về việc tăng con trỏ là như thế nào Khái niệm hữu ích và thành ngữ C ++?

Câu hỏi này được đưa ra sau khi tôi bắt đầu đọc cuốn sách A Tour of C ++ của Bjarne Stroustrup, tôi đã được giới thiệu cuốn sách này, bởi vì tôi khá quen thuộc với Java và những người ở Reddit nói với tôi rằng nó sẽ là một cuốn sách 'chuyển đổi' tốt .

Khi bạn có một mảng, bạn có thể thiết lập một con trỏ để trỏ đến một phần tử của mảng:

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

Ở đây pchỉ ra yếu tố đầu tiên a, đó là a[0]. Bây giờ bạn có thể tăng con trỏ để trỏ đến phần tử tiếp theo:

p++;

Bây giờ pchỉ đến yếu tố thứ hai a[1],. Bạn có thể truy cập phần tử ở đây bằng cách sử dụng *p. Điều này khác với Java khi bạn sẽ phải sử dụng biến chỉ số nguyên để truy cập các phần tử của một mảng.

Tăng một con trỏ trong C ++ trong đó con trỏ đó không trỏ đến một phần tử của một mảng là hành vi không xác định .

Con trỏ tăng là C ++ thành ngữ, bởi vì ngữ nghĩa con trỏ phản ánh một khía cạnh cơ bản của triết lý thiết kế đằng sau thư viện chuẩn C ++ (dựa trên STL của Alexander Stepanov )

Khái niệm quan trọng ở đây, là STL được thiết kế xung quanh các thùng chứa, thuật toán và các trình vòng lặp. Con trỏ chỉ đơn giản là các vòng lặp .

Tất nhiên, khả năng tăng (hoặc cộng / trừ từ) con trỏ trở lại C. Rất nhiều thuật toán thao tác chuỗi C có thể được viết đơn giản bằng cách sử dụng số học con trỏ. Hãy xem xét các mã sau đây:

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

Mã này sử dụng số học con trỏ để sao chép chuỗi C kết thúc null. Vòng lặp tự động chấm dứt khi nó gặp null.

Với C ++, ngữ nghĩa con trỏ được khái quát hóa theo khái niệm của các trình vòng lặp . Hầu hết các bộ chứa C ++ tiêu chuẩn đều cung cấp các trình vòng lặp, có thể được truy cập thông qua các hàm beginvà endthành viên. Các trình vòng lặp hoạt động giống như các con trỏ, theo đó chúng có thể được tăng lên, hủy đăng ký và đôi khi giảm dần hoặc nâng cao.

Để lặp lại qua một std::string, chúng tôi sẽ nói:

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

Chúng tôi tăng iterator giống như chúng tôi sẽ tăng một con trỏ tới một chuỗi C đơn giản. Lý do khái niệm này mạnh mẽ là vì bạn có thể sử dụng các mẫu để viết các hàm sẽ hoạt động cho bất kỳ loại trình vòng lặp nào đáp ứng các yêu cầu khái niệm cần thiết. Và đây là sức mạnh của STL:

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

Mã này sao chép một chuỗi thành một vector. Các copychức năng là một mẫu mà sẽ làm việc với bất kỳ iterator rằng hỗ trợ incrementing (bao gồm con trỏ đồng bằng). Chúng ta có thể sử dụng cùng copychức năng trên một chuỗi C đơn giản:

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

Chúng tôi có thể sử dụng copytrên một std::maphoặc một std::sethoặc bất kỳ vùng chứa tùy chỉnh nào hỗ trợ các trình vòng lặp.

Lưu ý rằng con trỏ là một loại trình vòng lặp cụ thể: Trình lặp truy cập ngẫu nhiên , có nghĩa là chúng hỗ trợ tăng, giảm và tiến với toán tử +và -toán tử. Các kiểu trình vòng lặp khác chỉ hỗ trợ một tập hợp con về ngữ nghĩa con trỏ: một trình vòng lặp hai chiều hỗ trợ ít nhất là tăng và giảm; một iterator chuyển tiếp hỗ trợ ít nhất là tăng. (Tất cả các loại trình vòng lặp đều hỗ trợ hội thảo.) copyHàm yêu cầu một trình vòng lặp ít nhất hỗ trợ tăng dần.

Bạn có thể đọc về các khái niệm lặp khác nhau ở đây .

Vì vậy, tăng con trỏ là một cách thành ngữ C ++ để lặp lại trên một mảng C hoặc truy cập các phần tử / offset trong một mảng C.

Con trỏ số học là trong C ++ vì nó được trong C. con trỏ số học là trong C bởi vì nó là một thành ngữ bình thường trong lắp ráp .

Có rất nhiều hệ thống trong đó "thanh ghi gia tăng" nhanh hơn "tải giá trị không đổi 1 và thêm vào thanh ghi". Ngoài ra, khá nhiều hệ thống cho phép bạn thực hiện "tải DWORD vào A từ địa chỉ được chỉ định trong thanh ghi B, sau đó thêm sizeof (DWORD) vào B" trong một lệnh. Ngày nay, bạn có thể mong đợi một trình biên dịch tối ưu hóa để sắp xếp thứ này cho bạn, nhưng đây không thực sự là một lựa chọn vào năm 1973.

Về cơ bản, đây là lý do tương tự mà các mảng C không được kiểm tra giới hạn và các chuỗi C không có kích thước được nhúng trong chúng: ngôn ngữ được phát triển trên một hệ thống có mỗi byte và mọi lệnh được tính.