Zeiger vs. Referenzen im API-Design: Wann sollte ich welche auswählen?

Verwendung von Zeigern vs. Referenzen im API-Design

Einführung

Beim Entwerfen von APIs stehen Entwickler vor der Wahl zwischen der Verwendung von Zeigern oder Referenzen zur Übergabe von Argumenten und Rückgabewerten. Während beide Mechanismen den Zugriff auf Objektdaten ermöglichen, weisen sie unterschiedliche Merkmale auf, die Einfluss darauf haben, wann jeder angemessen ist.

Wann Referenzen verwendet werden sollten

Referenzen werden in Situationen bevorzugt, in denen:

• Wertsyntax, Zeigersemantik: Referenzen ähneln in ihrer Syntax jedoch Werten verhalten sich in ihrer Semantik wie Zeiger. Dies kann zu Klarheitsproblemen führen, die durch eine vorsichtige Verwendung von Referenzen gemildert werden können.
• Objektpräsenz erforderlich: Referenzen erfordern, dass das entsprechende Objekt existiert und nicht null ist. Dies stellt die Datenintegrität sicher und verhindert unvorhersehbare „baumelnde Zeiger“.

Wann Zeiger verwendet werden sollten

Zeiger sind erforderlich, wenn:

• NULL-Werte: Zeiger können Nullwerte verarbeiten, sodass APIs das Fehlen eines Werts anzeigen können Objekt.
• Rohspeicherzugriff: Zeiger können Rohspeicher direkt manipulieren und bieten so eine detailliertere Kontrolle über die Speicherverwaltung.
• Komplexe Datenstrukturen: Zeiger erleichtern die Darstellung komplexer Datenstrukturen wie Bäume und Diagramme, in denen Datenbeziehungen bestehen rekursiv.

Beispiel

Im angegebenen Codeausschnitt sorgt die Verwendung eines Zeigers zur Darstellung des Arguments „n“ für Klarheit. Es weist ausdrücklich darauf hin, dass die Funktion das Argument im Gegensatz zur Referenzversion ändert, was möglicherweise verwirrend sein könnte.

void add_one(int& n) { n += 1; } // not clear that 'a' may be modified
void add_one(int * const n) { *n += 1; } // 'n' is clearly passed destructively

Überlegungen zur Leistung

Zeiger und Referenzen funktionieren in ähnlich in den meisten Fällen. In bestimmten Kontexten kann die Dereferenzierung von Zeigern jedoch im Vergleich zum Zugriff auf Referenzen zu einem leichten Leistungsaufwand führen.

Empfehlung

Letztendlich hängt die Entscheidung zwischen Zeigern und Referenzen von der konkreten Situation ab Anforderungen der API. Befolgen Sie die allgemeinen Richtlinien: Verwenden Sie nach Möglichkeit Referenzen, wechseln Sie jedoch bei Bedarf zu Zeigern. Durch sorgfältige Abwägung der Kompromisse können Designer APIs erstellen, die sowohl klar als auch effizient sind.

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