参考文献（コンピュータサイエンス）

コンピュータプログラミングにおいて、参照とは、プログラムがコンピュータのメモリまたは他のストレージデバイス内の変数の値やレコードなどの特定のデータに間接的にアクセスできるようにする値です。参照はデータを参照すると言われ、データにアクセスすることは参照の逆参照と呼ばれます。参照はデータ自体とは異なります。

参照は抽象データ型であり、さまざまな方法で実装できます。通常、参照は特定のシステムのメモリに格納されているデータを参照し、その内部値はデータのメモリ アドレスです。つまり、参照はポインタとして実装されます。このため、参照はデータを「指す」と言われることがよくあります。その他の実装には、データのアドレスと固定の「ベース」アドレス間のオフセット (差)、配列またはテーブルへの検索操作で使用されるインデックスまたは識別子、オペレーティング システムハンドル、ストレージ デバイス上の物理アドレス、またはURLなどのネットワーク アドレスが含まれます。

参照R はdereference、1つの操作( R ) を許可し、値を生成する値です。通常、参照は特定の型の値を返すように型付けされます。例: ^{[1] [2]}

インターフェース 参照< T > { T値(); } 
     

多くの場合、参照は代入演算store（R、x）も許容し、抽象変数であることを意味する。^[1]

参照はプログラミングで広く使われており、特に、大きなデータや可変データをプロシージャへの引数として効率的に渡したり、さまざまな用途でそのようなデータを共有したりする場合に使われます。特に、参照は、他のデータへの参照を含む変数またはレコードを指す場合があります。この考え方は、間接アドレス指定や、リンク リストなどの多くのリンク データ構造の基礎となっています。参照により、オブジェクトを格納できる場所、割り当て方法、コード領域間でオブジェクトを渡す方法の柔軟性が向上します。データへの参照にアクセスできる限り、その参照を介してデータにアクセスでき、データ自体を移動する必要はありません。また、異なるコード領域間でのデータ共有も容易になります。各領域はデータへの参照を保持します。

参照は、ぶら下がり参照やワイルド参照の可能性や、参照を含むデータのトポロジが有向グラフであり、その分析が非常に複雑になる可能性があるため、プログラムに重大な複雑さをもたらす可能性があります。ただし、ポインタ演算がないため、参照はポインタよりも分析が簡単です。

参照のメカニズムは、実装が異なっていても、ほぼすべての最新プログラミング言語に共通する基本的なプログラミング言語機能です。参照の直接使用をサポートしていない言語でも、内部的または暗黙的な使用があります。たとえば、参照呼び出し規約による呼び出しは、参照を明示的または暗黙的に使用して実装できます。

ポインタは最も基本的な参照タイプです。基盤となるハードウェアと密接な関係があるため、最も強力で効率的な参照タイプの 1 つです。ただし、この関係のため、ポインタを使用するには、プログラマがメモリ アーキテクチャの詳細を深く理解している必要があります。ポインタは値を直接格納するのではなく、メモリ位置のアドレスを格納するため、ポインタを不適切に使用すると、特にダングリング ポインタやワイルド ポインタが原因で、プログラムで未定義の動作が発生する可能性があります。スマート ポインタは、ポインタのように動作する不透明なデータ構造ですが、特定の方法でのみアクセスできます。

ハンドルは抽象的な参照であり、さまざまな方法で表現できます。一般的な例としては、ファイル ハンドル( C 標準 I/O ライブラリの FILE データ構造) があり、これはファイルの内容を抽象化するために使用されます。通常、ハンドルは、ファイルのロック要求時のようにファイル自体を表し、ファイルの読み取り時のようにファイルの内容内の特定の位置を表します。

分散コンピューティングでは、参照にはアドレスや識別子以上のものが含まれることがあります。参照先オブジェクトの検索とアクセスに使用されるネットワーク プロトコルの埋め込み仕様や、情報のエンコードまたはシリアル化の方法が含まれることもあります。したがって、たとえば、リモート Web サービスのWSDL記述は参照の一形態と見なすことができます。参照には、特定のWeb サービスの検索とバインドの方法の完全な仕様が含まれます。ライブ分散オブジェクトへの参照も別の例です。参照は、プロキシと呼ばれる小さなソフトウェア コンポーネントの構築方法の完全な仕様であり、このコンポーネントは後でピアツーピアの対話に関与し、ローカル マシンはプロキシを通じて、複製されたデータまたは弱い一貫性のメッセージ ストリームとしてのみ存在するデータにアクセスできます。これらすべての場合において、参照には、データにアクセスする方法に関する完全な一連の指示、つまりレシピが含まれます。この意味で、参照はメモリ内の識別子またはアドレスと同じ目的を果たします。

キーのセットKとデータ オブジェクトのセットDがある場合、 KからD ∪ { null }への明確に定義された (単一値) 関数は参照の種類を定義します。ここで、nullは意味のあるものを参照しないキーのイメージです。

このような関数の別の表現は、到達可能性グラフと呼ばれる有向グラフです。ここでは、各データは頂点で表され、uのデータがvのデータを参照する場合、 uからvへのエッジが存在します。最大出力次数は 1 です。これらのグラフはガベージ コレクションで価値があり、アクセス可能なオブジェクトとアクセス不可能なオブジェクトを分離するために使用できます。

多くのデータ構造では、大規模で複雑なオブジェクトは小さなオブジェクトで構成されています。これらのオブジェクトは通常、次の 2 つの方法のいずれかで保存されます。

1. 内部ストレージでは、小さいオブジェクトの内容が大きなオブジェクト内に格納されます。
2. 外部ストレージでは、小さいオブジェクトは独自の場所に割り当てられ、大きいオブジェクトにはそれらのオブジェクトへの参照のみが格納されます。

内部ストレージは通常、より効率的です。これは、参照と動的割り当てメタデータにスペース コストがかかり、参照の逆参照と小さいオブジェクトへのメモリ割り当てに関連する時間コストがかかるためです。内部ストレージは、同じ大きなオブジェクトのさまざまな部分をメモリ内で近くに保持することで、参照の局所性も向上します。ただし、外部ストレージが好まれる状況はさまざまです。

• データ構造が再帰的である場合、つまり、データ構造自体が含まれる可能性がある場合、これは内部的な方法では表現できません。
• 大きなオブジェクトがスタックなどの限られたスペースの領域に格納されている場合、大きなコンポーネント オブジェクトを別のメモリ領域に格納し、参照を使用して参照することで、ストレージ不足を防ぐことができます。
• 小さいオブジェクトのサイズが異なる場合、大きいオブジェクトのサイズを変更して小さいオブジェクトを含められるようにするのは不便であったり、コストがかかったりすることがよくあります。
• 多くの場合、参照を使用すると作業が簡単になり、新しい要件にもより適切に適応できます。

Java、Smalltalk、Python、Schemeなどの一部の言語は、内部ストレージをサポートしていません。これらの言語では、すべてのオブジェクトは参照を通じて均一にアクセスされます。

アセンブリ言語では、生のメモリ アドレスまたはテーブルへのインデックスを使用して参照を表現するのが一般的です。これらは機能しますが、アドレスはそれが指す値について何も伝えず、その大きさや解釈方法さえも伝えないため、使用するのはやや難しいです。そのような情報はプログラム ロジックにエンコードされます。その結果、誤ったプログラムで誤った解釈が発生し、困惑させるエラーが発生する可能性があります。

最も初期の不透明な参照の 1 つは、 Lisp言語のコンス セルの参照でした。これは、他の Lisp オブジェクト (場合によっては他のコンス セルを含む) への 2 つの参照を含むレコードにすぎません。この単純な構造は、単方向リンク リストを作成するために最もよく使用されますが、単純なバイナリ ツリーや、ヌル参照ではなく値で終了するいわゆる「ドット リスト」を作成するためにも使用できます。

ポインタは、今日でも最も人気のある参照の種類の 1 つです。ポインタは、生のアドレスのアセンブリ表現に似ていますが、静的データ型を持ち、コンパイル時に使用して参照先のデータが誤って解釈されないようにする点が異なります。ただし、C は弱い型システムであり、キャスト(さまざまなポインタ型間およびポインタ型と整数間の明示的な変換)を使用すると違反される可能性があるため、誤って解釈される可能性は依然としてあります (より困難ではありますが)。後継のC++では、新しいキャスト演算子、参照型、および標準ライブラリのスマート ポインタを使用してポインタの型の安全性を高めようとしましたが、互換性のためにこれらの安全性メカニズムを回避する機能は保持されています。 &

Fortran には参照の明示的な表現はありませんが、参照呼び出しセマンティクスで暗黙的に参照を使用します。Fortranの参照は、スカラー変数や配列の行または列などの別のオブジェクトのエイリアスと考えるのが最適です。参照を逆参照したり、参照先の内容を直接操作したりするための構文はありません。Fortran の参照は null になる場合があります。他の言語と同様に、これらの参照は、リンク リスト、キュー、ツリーなどの動的構造の処理を容易にします。

Eiffel、Java、C#、Visual Basicなどの多くのオブジェクト指向言語では、より不透明なタイプの参照が採用されており、通常は単に参照と呼ばれます。これらの参照には、参照するデータの解釈方法を示す C ポインターのようなタイプがありますが、生のアドレスとして解釈できず、安全でない変換が許可されないという点でタイプセーフです。参照は、オブジェクトへのアクセスと割り当てに広く使用されています。参照は、関数/メソッドの呼び出しやメッセージの受け渡しにも使用され、参照カウントは、未使用のオブジェクトのガベージ コレクションを実行するために頻繁に使用されます。

標準 ML、OCaml、および他の多くの関数型言語では、ほとんどの値は永続的です。つまり、代入によって変更することはできません。代入可能な「参照セル」は、変更可能なデータである可変変数を提供します。このような参照セルは任意の値を保持できるため、多態型が与えられます。α refここで、 は、αポイントされた値の型に置き換えられます。これらの可変参照は、その存続期間中に異なるオブジェクトを指すことができます。たとえば、これにより、循環データ構造を構築できます。参照セルは、長さ 1 の可変配列と機能的に同等です。

安全性と効率的な実装を維持するために、ML では参照を型キャストすることも、ポインタ演算を実行することもできません。関数型パラダイムでは、C などの言語でポインタを使用して表現される多くの構造が、強力な代数データ型メカニズムなどの他の機能を使用して表現されます。コンパイラが「内部的に」マシン ポインタを使用することが多い場合でも、プログラマはプログラミング中に特定のプロパティ (不変性の保証など) を利用できます。

Perlは、他の言語と同様に機能するハード参照と、変数名を含む単なる文字列値であるシンボリック参照をサポートしています。ハード参照ではない値が逆参照されると、Perlはそれをシンボリック参照と見なし、値によって指定された名前を変数に与えます。^[3] PHPには、構文の形で同様の機能があります$$var。^[4]

• 抽象化（コンピュータサイエンス）
• 自動活性化
• 境界ポインタ
• リンクされたデータ
• マジッククッキー
• 弱い参照

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• Binky でポインターを楽しむ 3 分間の教育ビデオでポインターを紹介 – スタンフォード コンピュータ サイエンス教育ライブラリ