#include < iostream >
  using namespace std;

  // Una lista e` composta da tante celle linkate
  // tra di loro; ogni cella contiene un valore
  // e un puntatore alla cella successiva.

  struct TCell {
    float AFloat;  // per memorizzare un valore
    TCell* Next;  // puntatore alla cella successiva
  };

  // La lista viene realizzata tramite questa
  // struttura contenente il numero corrente di celle
  // della lista e il puntatore alla prima cella

  struct TList {
    unsigned Size;  // Dimensione lista
    TCell* First;   // Puntatore al primo elemento
  };

  int main(int, char* []) {
    TList List;        // Dichiara una lista
    List.Size = 0;     // inizialmente vuota
    int FloatToRead;
    cout << "Quanti valori vuoi immettere? " ;
    cin >> FloatToRead;
    cout << endl;
      
    // questo ciclo richiede valori reali 
    // e li memorizza nella lista 

    for(int i=0; i < FloatToRead; ++i) {
      TCell* Temp = List.First;
      cout << "Creazione di una nuova cella..." << endl;
      List.First = new TCell;    // new vuole il tipo di
                                 // variabile da creare
      cout << "Immettere un valore reale " ;
      
      // cin legge l'input da tastiera e l'operatore di
      // estrazione >> lo memorizza nella variabile.
      cin >> List.First -> AFloat;
      cout << endl;
      List.First -> Next = Temp; // aggiunge la cella in
                                   // testa alla lista
      ++List.Size;       // incrementa la
                         // dimensione della lista
    }
      
    // il seguente ciclo calcola la somma
    // dei valori contenuti nella lista;
    // via via che recupera i valori,
    // distrugge le relative celle
    float Total = 0.0;
    for(int j=0; j < List.Size; ++j) {
      Total += List.First -> AFloat;

      // estrae la cella in testa alla lista...
      TCell* Temp = List.First;
      List.First = List.First -> Next;

      // e quindi la distrugge
      cout << "Distruzione della cella estratta..."
           << endl;
      delete Temp;
    }
    cout << "Totale = " << Total << endl;
    return 0;
  }

Il programma sopra riportato programma memorizza in una lista un certo numero di valori reali, aggiungendo per ogni valore una nuova cella; in seguito li estrae uno ad uno e li somma restituendo il totale; via via che un valore viene estratto dalla lista, la cella corrispondente viene distrutta. Il codice e` ampiamente commentato e non dovrebbe essere difficile capire come funziona. La creazione di un nuovo oggetto avviene allocando un nuovo blocco di memoria (sufficientemente grande) dalla heap-memory (una porzione di memoria riservata all'avvio di un programma per operazioni di questo tipo), mentre la distruzione avviene deallocando tale blocco (che ritorna a far parte della heap-memory); l'allocazione viene eseguita tramite l'operatore new cui va specificato il tipo di oggetto da creare (per sapere quanta ram allocare), la deallocazione avviene invece tramite l'operatore delete, che richiede come argomento un puntatore all'aggetto da deallocare (la quantita` di ram da deallocare viene calcolata automaticamente).
In alcuni casi e` necessario allocare e deallocare interi array, in questi casi si ricorre agli operatori new[] e delete[]:

  // alloca un array di 10 interi
  int* ArrayOfInt = new int[10];

  // ora eseguiamo la deallocazione
  delete[] ArrayOfInt;  

La dimensione massima di strutture dinamiche e` unicamente determinata dalla dimensione della heap memory che a sua volta e` generalmente limitata dalla quantita` di memoria del sistema.
Un altro importante aspetto degli oggetti allocati dinamicamente e` che essi non ubbidiscono alle normali regole di scoping statico, solo i puntatori in quanto tali sono soggetti a tali regole, un oggetto allocato dinamicamente puo` quindi essere creato in un certo scope ed essere acceduto in un altro semplicemente trasmettendone l'indirizzo (il valore del puntatore).
Consideriamo ora il secondo uso che si fa dei puntatori.
Esso corrisponde a quello che in Pascal si chiama "passaggio di parametri per variabile" e consente la realizzazione di funzioni con effetti laterali sui parametri attuali:

  void Change(int* IntPtr) {
    *IntPtr = 5;
  }

La funzione Change riceve come unico parametro un puntatore a int, ovvero un indirizzo di una cella di memoria; anche se l'indirizzo viene copiato in una locazione di memoria visibile solo alla funzione, la dereferenzazione di tale copia consente comunque la modifica dell'oggetto puntato:

  int A = 10;

  cout << " A = " << A << endl;
  cout << " Chiamata a Change(int*)... " << endl;
  Change(&A);
  cout << " Ora A = " << A << endl;

l'output che il precedente codice produce e`:

  A = 10
  Chiamata a Change(int*)...
  Ora A = 5

Quello che nell'esempio accade e` che la funzione Change riceve l'indirizzo della variabile A e tramite esso e` in grado di agire sulla variabile stessa.
L'uso dei puntatori come parametri di funzione non e` comunque utilizzato solo per consentire effetti laterali, spesso un funzione riceve parametri di dimensioni notevoli e l'operazione di copia del parametro attuale in un'area privata della funzione ha effetti deleterei sui tempi di esecuzione della funzione stessa; in questi casi e` molto piu` conveniente passare un puntatore che generalmente occupa pochi byte:

  void Func(BigParam parametro);

  // funziona, ma e` meglio quest'altra dichiarazione

  void Func(const BigParam* parametro);

Il secondo prototipo e` piu` efficiente perche` evita l'overhead imposto dal passaggio per valore, inoltre l'uso di const previene ogni tentativo di modificare l'oggetto puntato e allo stesso tempo comunica al programmatore che usa la funzione che non esiste tale rischio.
Infine quando l'argomento di una funzione e` un array, il compilatore passa sempre un puntatore, mai una copia dell'argomento; in questo caso inoltre l'unico modo che la funzione ha per conoscere la dimensione dell'array e` quello di ricorrere ad un parametro aggiuntivo, esattamente come accade con la funzione main() (vedi capitolo precedente).
Ovviamente una funzione puo` restituire un tipo puntatore, in questo caso bisogna pero` prestare attenzione a cio` che si restituisce, non e` raro infatti che un principiante scriva qualcosa del tipo:

  int* Sum(int a, int b) {
    int Result = a + b;
    return &Result;
  }

Apparentemente e` tutto corretto e un compilatore potrebbe anche non segnalare niente, tuttavia esiste un grave errore: si ritorna l'indirizzo di una variabile locale. L'errore e` dovuto al fatto che la variabile locale viene distrutta quando la funzione termina e riferire ad essa diviene quindi illecito. Una soluzione corretta sarebbe stata quella di allocare Result nello heap e restituire l'indirizzo di tale oggetto (in questo caso e` cura di chi usa la funzione occuparsi della eventuale deallocazione dell'oggetto).
Infine un uso importante dei puntatori e` per passare come parametro un'altra funzione. Si tratta di un meccanismo che sta alla base dei linguaggi funzionali e che permette di realizzare algoritmi generici (anche se in C++ molte di queste cose sono spesso piu` semplici da ottenere con i template, in alcuni casi pero` il vecchio approccio risulta migliore):

  #include < iostream >
  using namespace std;

  // Definiamo un tipo funzione:
  typedef bool Eval(int, int);

  bool Max(int a, int b) {
    return (a>=b)? true: false;
  }

  bool Min(int a, int b) {
    return (a<=b)? true: false;
  }

  // Notare il tipo del primo parametro
  void Check(Eval* Func, char* FuncName,
             int Param1, int Param2) {
    cout << "E` vero che " << Param1 << " = " << FuncName
         << '(' << Param1 << ',' << Param2 << ") ? ";

    // Utilizzo del puntatore per eseguire la chiamata
    // alla funzione puntata (nella condizione dell'if)
    if (Func(Param1, Param2)) cout << "Si" << endl;
    else cout << "No" << endl;
  }

  int main(int, char* []) {
    for(int i=0; i<10; ++i) {
      cout << "Immetti un intero: ";
      int A;
      cin >> A;
      cout << endl << "Immetti un altro intero: ";
      int B;
      cin >> B;
      cout << endl;

      // Si osservi il modo in cui viene
      // ricavato l'indirizzo di una funzione
      // (primo parametro della Check)
      Check(Max, "Max", A, B);
      Check(Min, "Min", A, B);
      cout << endl << endl;
    }
    return 0;
  }

La typedef dice che Eval e` un tipo "funzione che prende due interi e restituisce un bool", quindi conformemente al tipo Eval definiamo due funzioni Max e Min dall'evidente significato. Si definisce quindi una funzione Check che riceve quattro parametri: un puntatore a Eval, una stringa e due interi. La funzione Check usa Func per eseguire la chiamata alla funzione puntata e ricavarne il valore restituito. Si noti che la chiamata alla funzione puntata viene eseguita come se Func fosse esso stesso la funzione (ovvero utilizzando l'operatore () e passando normalmente i parametri).
Si noti infine che la funzione main ricava l'indirizzo di Max e Min senza ricorrere all'operatore &, analogamente a quanto si fa con gli array.



Reference

I reference (riferimenti) sono sotto certi aspetti un costrutto a meta` tra puntatori e le usuali variabili: come i puntatori essi sono contenitori di indirizzi, ma non e` necessario dereferenziarli per accedere all'oggetto puntato (si usano come se fossero normali variabili). In pratica possiamo vedere i reference come un meccanismo per creare alias di variabili, anche se in effetti questa e` una definizione non del tutto esatta.
Cosi` come un puntatore viene indicato nelle dichiarazioni dal simbolo *, un reference viene indicato dal simbolo &:

  int Var = 5;
  float f = 0.5;

  int* IntPtr = &Var;
  int& IntRef = Var;       // nei reference non serve
  float& FloatRef = f;     // utilizzare & a destra di = 

Le ultime due righe dichiarano rispettivamente un riferimento a int e uno a float che vengono subito inizializzati usando le due variabili dichiarate prima. Un riferimento va inizializzato immediatamente, e dopo l'inizializzazione non puo` essere piu` cambiato; si noti che non e` necessario utilizzare l'operatore & (indirizzo di) per eseguire l'inizializzazione. Dopo l'inizializzazione il riferimento potra` essere utilizzato in luogo della variabile cui e` legato, utilizzare l'uno o l'altro sara` indifferente:

  cout << "Var = " << Var << endl;
  cout << "IntRef = " << IntRef << endl;
  cout << "Assegnamento a IntRef..." << endl;
  IntRef = 8;
  cout << "Var = " << Var << endl;
  cout << "IntRef = " << IntRef << endl;
  cout << "Assegnamento a Var..." << endl;
  Var = 15;
  cout << "Var = " << Var << endl;
  cout << "IntRef = " << IntRef << endl;

Ecco l'output del precedente codice:

  Var = 5
  IntRef = 5
  Assegnamento a IntRef...
  Var = 8
  IntRef = 8;
  Assegnamento a Var...
  Var = 15
  IntRef = 15

Dall'esempio si capisce perche`, dopo l'inizializzazione, un riferimento non possa essere piu` associato ad un nuovo oggetto: ogni assegnamento al riferimento si traduce in un assegnamento all'oggetto riferito.
Un riferimento puo` essere inizializzato anche tramite un puntatore:

  int* IntPtr = new int(5);
  // il valore tra parentesi specifica il valore cui
  // inizializzare l'oggetto allocato. Per adesso il
  // metodo funziona solo con i tipi primitivi.
                
  int& IntRef = *IntPtr;

Si noti che il puntatore va dereferenziato, altrimenti si legherebbe il riferimento al puntatore (in questo caso l'uso del riferimento comporta implicitamente una conversione da int* a int).
Ovviamente il metodo puo` essere utilizzato anche con l'operatore new:

  double& DoubleRef = *new double;
  
  // Ora si puo` accedere all'oggetto allocato
  // tramite il riferimento.

  DoubleRef = 7.3;
  // Di nuovo, e` compito del programmatore
  // distruggere l'oggetto crato con new

  delete &DoubleRef;
        
  // Si noti che va usato l'operatore &, per
  // indicare l'intenzione di deallocare
  // l'oggetto riferito, non il riferimento!

L'uso dei riferimenti per accedere a oggetti dinamici e` sicuramente molto comodo perche` e` possibile uniformare tali oggetti alle comuni variabili, tuttavia e` una pratica che bisognerebbe evitare perche` puo` generare confusione e di conseguenza errori assai insidiosi.



Uso dei reference

I riferimenti sono stati introdotti nel C++ come ulteriore meccanismo di passaggio di parametri (per riferimento).
Una funzione che debba modificare i parametri attuali puo` ora essere dichiarata in due modi diversi:

  void Esempio(Tipo* Parametro);

oppure in modo del tutto equivalente

  void Esempio(Tipo& Parametro);

Naturalmente cambierebbe il modo in cui chiamare la funzione:

  long double Var = 0.0;
  long double* Ptr = &Var;
        
  // nel primo caso avremmo
  Esempio(&Var);

  // oppure
  Esempio(Ptr);

  // nel caso di passaggio per riferimento
  Esempio(Var);

  // oppure
  Esempio(*Ptr);

In modo del tutto analogo a quanto visto con i puntatori e` anche possibile ritornare un riferimento:

  double& Esempio(float Param1, float Param2) {
    /* ... */
    double* X = new double;
    /* ... */
    return *X;
  }

Puntatori e reference possono essere liberamente scambiati, non esiste differenza eccetto che non e` necessario dereferenziare un riferimento e che i riferimenti non possono associati ad un'altra variabile dopo l'inizializzazione.
Probabilmente vi starete chiedendo che motivo c'era dunque di introdurre questa caratteristica dato che i puntatori erano gia` sufficienti. Il problema in effetti non nasce con le funzioni, ma con gli operatori; il C++ consente anche l'overloading degli operatori e sarebbe spiacevole dover scrivere qualcosa del tipo:

  &A + &B

non si riuscirebbe a capire se si desidera sommare due indirizzi oppure i due oggetti (che potrebbero essere troppo grossi per passarli per valore). I riferimenti invece risolvono il problema eliminando ogni possibile ambiguita` e consentendo una sintassi piu` chiara.



Puntatori vs reference

Visto che per le funzioni e` possibile scegliere tra puntatori e riferimenti, come decidere quale metodo scegliere? I riferimenti hanno un vantaggio sui puntatori, dato che nella chiamata di una funzione non c'e` differenza tra passaggio per valore o per riferimento, e` possibile cambiare meccanismo senza dover modificare ne` il codice che chiama la funzione ne` il corpo della funzione stessa. Tuttavia il meccanismo dei reference nasconde all'utente il fatto che si passa un indirizzo e non una copia, e cio` puo` creare grossi problemi in fase di debugging.
Quando e` necessario passare un indirizzo e` quindi meglio usare i puntatori, che consentono un maggior controllo sugli accessi (tramite la keyword const) e rendono esplicito il modo in cui il parametro viene passato. Esiste comunque una eccezione nel caso dei tipi definiti dall'utente tramite il meccanismo delle classi. In questo caso vedremo che l'incapsulamento garantisce che l'oggetto passato possa essere modificato solo da particolari funzioni (funzioni membro e funzioni amiche), e quindi usare i riferimenti e` piu`conveniente perche` non e` necessario dereferenziarli, migliorando cosi` la chiarezza del codice; le funzioni membro e le funzioni amiche, in quanto tali, sono invece autorizzate a modificare l'oggetto e quindi quando vengono usate l'utente sa gia` che potrebbero esserci effetti laterali.
Non si tratta comunque di una regola generale, come per tante altre cose, i progettisti del linguaggio hanno pensato di non limitare l'uso dei costrutti con rigide regole e schemi predefiniti, ma di lasciare al buon senso del programmatore il compito di decidere quale fosse di volta in volta la soluzione migliore.



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