値渡しか、参照渡しか

スタックオーバーフロー

値渡しでは、関数を呼び出すたびに、引数に渡したデータがコピーされ、スタックに積まれます。そのため、サイズの大きいデータを値渡しで渡していると、実行時にスタックが溢れてしまうことがあります。これは、C言語でもC++言語でも同様です。

コピーによるオーバーヘッド

値渡しでは、関数を呼び出すたびに、引数に渡したインスタンスのコピーが発生します。このオーバーヘッドのために、参照渡しに比べて、パフォーマンスが悪くなります。

C言語でも、サイズの大きい構造体は参照渡しとして、パフォーマンスの悪化を防ぐ、という指針が知られています。C++言語の場合は、データサイズの他に、データの複雑さも影響してきます。というのも、インスタンスのコピーが行われる際に、コピーコンストラクタが呼び出されるためです。

複雑な構造を持つクラスであれば、コピーコンストラクタに複雑なコピー処理が実装されていることがあります。C言語で構造体をコピーするように、単純にmemcpyされるだけではありませんので、注意が必要です。

浅いコピーか、深いコピーか

引数に渡したインスタンスがコピーされる時、コピーコンストラクタが呼び出されます。コピーコンストラクタの実装によっては、元のインスタンスと完全に同じデータが渡されるとは限らなくなります。

例えば、次のようなツリー構造を考えてみましょう。

ここで、「A」のインスタンスをコピーすると、「A」の配下のデータについては、どのようになるでしょうか？

ここでは、コピーコンストラクタの動作は、次の3通りが考えられます。

このうち、どの方法を選ぶかは、クラス設計者の考え方次第です。

クラスのインスタンスを値渡しで受け渡す時は、コピーコンストラクタがどのように実装されていて、どのようなコピー処理が行われるのかを、理解していなければなりません。

抽象クラスやインターフェース

純粋仮想関数を持つクラスを引数に渡す場合は、値渡しを使うことはできません。次のようなコードは、コンパイル時にエラーとなってしまいます。

class DummyInterface {
public:
        virtual void dummy_method ( ) = 0;
};

void function ( DummyInterface dummy ) {
     :
}
          

値渡しでは、関数を呼び出す際にコピーが行われ、新しいインスタンスが生成されます。しかし、純粋仮想関数を持つクラスは、インスタンスを生成することができないため、エラーとなります。

オーバーライドされた関数

クラスを継承して、子クラスで関数をオーバーライドしている場合は、注意が必要です。値渡しを使うと、コンパイルは通りますが、実行時に予期しない結果になることがあります。

実験してみましょう。オーバーライドされた関数を持つ親子のクラスを作ります。

class Parent {
public:
        virtual void print_name ( ) {
                puts("Parent");
        }
};

class Child : public Parent {
public:
        virtual void print_name ( ) {
                puts("Child");
        }
};
          

値渡しと参照渡し、それぞれを使って、オーバーライドされた関数を呼び出す関数を作ります。

void function1 ( Parent data ) {
        data.print_name();
}

void function2 ( Parent* data ) {
        data->print_name();
}
          

この2つの関数を呼び出してみましょう。

Child child;
function1(child);
function2(&child);
          

すると、実行結果は次のようになります。

Parent
Child
          

function1, function2のどちらにも、子クラスのインスタンスを渡していますから、オーバーライドによって、どちらも「Child」と表示されて欲しいところです。しかし、値渡しを使った時は、オーバーライドが機能せず、「Parent」を表示されてしまいました。

値渡しでは、関数を呼び出す際にコピーが行われ、新しいインスタンスが生成されます。しかし、コピーとは言っても、元のインスタンスがそのまま複製される訳ではありません。生成されるのは、関数の引数で定義されたクラスのインスタンスなのです。

上記の例では、function1を呼び出した際に、新しいParentクラスのインスタンスが生成されます。その新しいParentクラスのインスタンスに、元のChildクラスのインスタンスから必要なデータがコピーされた上で、function1に渡されます。function1に渡されるのは、あくまでParentクラスのインスタンスであり、print_name関数は「Parent」を表示してしまうのです。

この問題は、実行してみないと発覚しないので、注意が必要です。