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ポインタと参照型 / 値セマンティクスと class・struct

核心: 「型で決まる」C#、「使い方で決める」C++

// C#: セマンティクスは型の宣言時に固定される
class EnemyC { public int hp; }    // 参照型: 代入=共有、ヒープ、GC管理
struct EnemyS { public int hp; }   // 値型: 代入=コピー、インライン配置

// C++: 同じ型を、置き場所も渡し方もその都度選ぶ
Enemy e;                          // 値(スタック)
Enemy* p = &e;                    // ポインタで参照
Enemy& r = e;                     // 参照(別名)
auto u = std::make_unique<Enemy>(); // ヒープ+所有
std::vector<Enemy> v;             // 値の配列(連続メモリ)
std::vector<Enemy*> vp;           // 参照の配列

C#の「class/structの選択」に相当する判断を、C++では変数を書くたびに行う——これがC++習得の第一関門であり、同時に性能を制御できる自由の源です(→ 値と参照の基礎)。

対応表

C#の書き方 C++での近似 差分・注意
EnemyC a = b;(class) Enemy& a = b; or Enemy* a = &b; C++のEnemy a = b;はコピーになる(最頻出の取り違え)
EnemyS a = b;(struct) Enemy a = b; ほぼ同じ(C++はコピーの中身を型が定義できる → コピー)
null nullptr(ポインタのみ) C++の参照はnull不可。null許容はポインタ/optionalで表現
ref 引数 T& 引数 C++では日常(C#より頻用)
in 引数 const T& 同上
out 引数 戻り値 / T& / std::optional C++は多値をstructやtupleで返す方が主流
ボックス化(struct→object) 対応物なし C++には「値を参照型に包む」自動機構はない

null の扱いの違い(事故の質が違う)

  • C#: null参照アクセスは NullReferenceException(その場で安全に停止、スタックトレース付き)
  • C++: nullptr参照外しは未定義動作(→ UB)。典型的にはアクセス違反で落ちるが、保証はない
  • C++の参照は「nullがない世界」を型で作る道具: void Heal(Enemy& e) は「必ず実在の敵が来る」という契約。C# 8のnullable参照型(Enemy?)が目指した安全性を、C++は参照とポインタの使い分けで昔から表現していた、と対応づけると腑に落ちる

値セマンティクスの設計上の意味

C#では「基本class、パフォーマンスが要るときだけstruct」でした。C++は逆で「基本は値、共有・多態が要るときだけポインタ」:

Unity開発者の躓きポイント(重要順)

  1. 「代入したのに反映されない」: Enemy target = enemies[0]; target.hp = 0; — targetはコピー。Enemy& target = enemies[0]; が意図(C#のstructで同じ罠を踏んだ経験があれば、その全面版と理解)
  2. 「参照を保存したら壊れた」: C#では参照保存は常に安全(GCが延命)。C++では寿命・イテレータ無効化を考える
  3. 「とりあえずnewでヒープに」: C#の癖。C++では値・スタックが既定(速く、安全で、自動解放)
  4. Transformのような「エンジン内実体へのハンドル」感覚は、C++ではポインタ+所有権設計(第7部)で自作する側になる

理解度チェック

  1. C#とC++で「セマンティクスが決まる場所」の違いを一言で言えますか。
  2. Enemy a = b; の意味がC#(class)とC++で逆になる、とはどういうことですか。
  3. C++の参照が表現する「契約」は何ですか。

演習

samples/values_and_refs.cpp を使い、C#経験者の同僚に「この1ファイルでC#との違いを説明する」つもりで、各行にC#ならどうなるかのコメントを付けてください。

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