値型と参照・ポインタ・参照

一言で言うと

C++の変数は既定で値そのもの(代入=中身のコピー)。他の場所にあるものを指したいときだけ、ポインタ(T*: アドレスを入れる変数)か参照(T&: 既存の変数の別名)で明示します。C#の「class=参照型、struct=値型」という型ごとの区別はC++にはなく、使う側がその都度選びます。

C#との違い(まずここから)

// C#: classは参照型 — 代入は「同じ実体を指す」
var a = new Enemy { hp = 100 };
var b = a;          // bとaは同一実体
b.hp = 50;          // a.hpも50

// C++20: 既定は値 — 代入はコピー
struct Enemy { int hp = 100; };
Enemy a{};
Enemy b = a;        // bはaの完全な複製(別実体)
b.hp = 50;          // a.hpは100のまま

Enemy& r = a;       // 参照: aの別名(コピーではない)
r.hp = 30;          // a.hpが30になる

Enemy* p = &a;      // ポインタ: aのアドレスを保持
p->hp = 10;         // a.hpが10になる

検証済みサンプル: samples/values_and_refs.cpp

メモリ上で起きること

Enemy a;        スタック上に4バイト(int hp)の実体
Enemy b = a;    スタック上に別の4バイトを確保し、中身をコピー
Enemy& r = a;   新しいメモリは(概念上)なし。「a」の別名(実装上はアドレスで実現されるが、言語上は同一物)
Enemy* p = &a;  スタック上に8バイト(64bit環境のアドレス)を確保し、aの番地を格納

  スタック
  ┌─────────┐
  │ a: hp=10 │←──┐
  │ b: hp=50 │    │
  │ p: 0x7ffe...│─┘(aの番地)
  └─────────┘

C#のnew Enemy()は管理ヒープに実体+変数はその参照、という常に1段間接の世界。C++は間接をゼロ段(値)にも1段(ポインタ)にも自分で選べます。この選択がキャッシュ効率を決めます(→ Data Locality)。

ポインタと参照の使い分け

	参照 T&	ポインタ T*
null	不可(必ず有効な対象を指す)	可(nullptr)
差し替え	不可(初期化後は同じ対象)	可(別の対象を指し直せる)
演算	不可	可(配列の走査 p+1)
使う場面	関数引数、必ず存在する相手	「無いかもしれない」相手、付け替える相手

ガイドライン: まず値 → 大きい/共有したいなら参照 → nullや差し替えが必要ならポインタ → 所有(delete責任)が絡むならスマートポインタ。

// 関数引数の3形態(C++の日常)
void Heal(Enemy e);          // 値渡し: コピーが渡る。元は変わらない(小さい型向け)
void Heal(Enemy& e);         // 参照渡し: 本人が渡る。変更が呼び出し元に反映
void Heal(const Enemy& e);   // const参照: コピーなしで読むだけ(大きい型の読み取りの定石)

(→ 判断フロー: 値渡しか参照渡しか)

Unity開発者が誤解しやすい点

1. 「structは遅い/classが普通」という感覚の逆転: C#ではclassが既定ですが、C++では値(struct的な使い方)が既定で、ヒープ+ポインタは選んだときだけ。「とりあえずnewしてポインタで持つ」はC++ではJava/C#の書き癖であり、大抵は値でよい
2. Enemy b = a; がコピーであること: C#の感覚で「同じ敵を指してるつもり」が、別の敵を作って片方だけ変更している——初学者バグの筆頭
3. 参照はC#のrefより広く使う: C#のrefは特殊な機能ですが、C++のconst T&は引数の基本形
4. nullの怖さが桁違い: C#のnull参照は例外(NullReferenceException)で止まるが、C++のnullptr参照外しは未定義動作(→ 18)。クラッシュすら保証されない

ゲーム開発での使用例

• 座標・ベクトル・色は値(コピーが安く、共有すると事故る): Vec3 pos = enemy.pos;
• 「ターゲットの敵」はポインタ(いない=nullptr、途中で切り替わる): Enemy* target_; — ただし相手が先に死ぬ問題(dangling)への対策が必要(→ 所有権と借用)
• 大きなデータの読み取りはconst参照: int CalcDamage(const AttackData& atk, const DefenseData& def);

よくある誤解

• 「参照はポインタの安全版(同じもの)」— 役割が違います。参照は「別名」で、nullも差し替えもない約束を型で表現するもの
• 「ポインタは危険だから使わない」— 非所有の「見ているだけ」ポインタは現代C++でも普通に使います。危険なのは所有権が曖昧な生ポインタ(newしたものを生ポインタで持ち回る)です

使う場面 / 使わない場面(まとめ)

• 値: 既定。小さいデータ、コピーされて困らないもの
• 参照: 関数の入出力、確実に存在する相手への別名
• ポインタ: 任意(null)・付け替え・配列走査。所有はスマートポインタへ
• 使わない場面: 「共有しているつもりのコピー」「コピーのつもりの共有」— どちらも意図を型で表現し損ねた状態。迷ったら「この関数は相手を変更するか? 相手は存在しないことがあるか?」で決める

関連項目

• スマートポインタ / 所有権と借用
• ポインタと参照型(C#対比の詳細)
• メモリレイアウト

理解度チェック

1. Enemy b = a; のC#(class)とC++での意味の違いを説明できますか。
2. 参照とポインタの「型で表現される約束」の違いを2つ挙げてください。
3. 関数引数を const T& にする動機は?

演習

samples/values_and_refs.cpp を改造し、(a) 値渡し関数内での変更が呼び出し元に影響しないこと、(b) 参照渡しでは影響すること、(c) sizeof(Enemy*) と sizeof(Enemy) の違い、を出力で確認してください。

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