C++ で参照渡しで配列を受け取るファンクターを使って配列を初期化することは可能か？

2024-07-27

どういう意味なのか

void initializeArray(int (&array)[5]) {
  // ... array を使って初期化する処理 ...
}

int main() {
  int array[5] = {};
  initializeArray(array);
  // ...
}

ここで、initializeArray 関数は、参照渡しで受け取った配列 array を使って初期化処理を行います。つまり、関数内で array を変更すると、main 関数に戻ってきた array も変化していることになります。

C++11 以前では不可能だった理由

C++11 以前では、関数に配列を直接渡すことはできませんでしたが、ポインタを渡すことはできました。そのため、配列を初期化するためにファンクターを使用する場合は、以下のようにポインタを渡す必要がありました。

void initializeArray(int *array, int size) {
  // ... array を使って初期化する処理 ...
}

int main() {
  int array[5] = {};
  initializeArray(array, 5);
  // ...
}

しかし、この方法には、以下の問題がありました。

関数呼び出し側で配列のサイズを明示的に渡す必要がある
ポインタ演算が必要になり、コードがわかりにくくなる

C++11 で導入された参照渡し

C++11 では、関数に配列を直接参照渡しで渡すことができるようになりました。これにより、上記の問題を解決することができます。

void initializeArray(int (&array)[5]) {
  // ... array を使って初期化する処理 ...
}

int main() {
  int array[5] = {};
  initializeArray(array);
  // ...
}

このコードは、C++11 以前のコードよりも簡潔でわかりやすくなっています。

注意点

C++ で参照渡しで配列を受け取るファンクターを使って配列を初期化する場合、以下の点に注意する必要があります。

関数内で渡された配列を const 修飾する必要がある
関数内で渡された配列のサイズを変更することはできない

C++11 以降では、参照渡しで配列を受け取るファンクターを使って配列を初期化することが可能になりました。これは、コードをより簡潔でわかりやすくするのに役立ちます。

#include <iostream>

void initializeArray(int (&array)[5]) {
  // すべての要素を 1 で初期化
  for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    array[i] = 1;
  }
}

int main() {
  int array[5] = {};  // 初期化されていない配列を宣言
  initializeArray(array);  // 関数呼び出し

  // 初期化された配列を出力
  for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    std::cout << array[i] << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  return 0;
}

このコードでは、initializeArray 関数は参照渡しで受け取った配列 array のすべての要素を 1 で初期化します。

main 関数では、まず要素がすべて 0 で初期化された配列 array を宣言します。その後、initializeArray 関数を呼び出して array を初期化します。最後に、初期化された array の要素を出力します。

このコードを実行すると、以下の出力が得られます。

1 1 1 1 1

解説

このコードは以下の点に注意する必要があります。

initializeArray 関数は、渡された配列を const 修飾する必要があります。これは、関数内で配列を書き換えることができないようにするためです。
initializeArray 関数は、渡された配列のサイズを変更することはできません。サイズの変更が必要な場合は、ポインタを渡す方法を使用する必要があります。

特定の要素だけを初期化したい場合は、以下のコードのように for ループや範囲ベース for ループを使用することができます。

void initializeArray(int (&array)[5]) {
  for (int i = 2; i < 5; ++i) {
    array[i] = 2;
  }
}

int main() {
  int array[5] = {};
  initializeArray(array);
  // ...

  // 特定の要素のみ初期化されていることを確認
  for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    std::cout << array[i] << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  return 0;
}

このコードでは、initializeArray 関数は、配列の 2 番目の要素から 4 番目の要素までを 2 で初期化します。

アルゴリズムを使用する

C++ Standard Library には、配列を初期化するための様々なアルゴリズムが用意されています。例えば、以下のように std::fill アルゴリズムを使用して、配列をすべて同じ値で初期化することができます。

#include <algorithm>

void initializeArray(int (&array)[5]) {
  std::fill(array, array + 5, 3);
}

int main() {
  int array[5] = {};
  initializeArray(array);
  // ...

  // 特定の要素のみ初期化されていることを確認
  for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    std::cout << array[i] << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  return 0;
}

このコードでは、std::fill アルゴリズムを使用して、配列 array のすべての要素を 3 で初期化します。

関数オブジェクトを使用する

関数オブジェクトを使用して、配列を初期化することができます。例えば、以下のようにラムダ式を使用して、配列の偶数番目の要素を 2 で初期化することができます。

void initializeArray(int (&array)[5]) {
  std::for_each(array, array + 5, [](int& n) {
    if (n % 2 == 0) {
      n = 2;
    }
  });
}

int main() {
  int array[5] = {};
  initializeArray(array);
  // ...

  // 特定の要素のみ初期化されていることを確認
  for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    std::cout << array[i] << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  return 0;
}