अध्याय 9: C++ में पॉइंटर्स (Pointers in C++)

C++ प्रोग्रामिंग में पॉइंटर्स एक शक्तिशाली और आवश्यक टूल हैं, जो आपको मेमोरी को सीधे प्रबंधित करने और हेरफेर करने की क्षमता प्रदान करते हैं। पॉइंटर्स का उपयोग करके, आप वेरिएबल्स के मेमोरी एड्रेस को स्टोर कर सकते हैं, जिससे प्रोग्राम की कार्यक्षमता और प्रदर्शन को बढ़ाया जा सकता है। इस अध्याय में, हम पॉइंटर्स की मूल अवधारणाओं को समझेंगे, जैसे कि पॉइंटर्स क्या होते हैं, उन्हें कैसे डिक्लेयर और उपयोग किया जाता है, और कैसे वे मेमोरी में डेटा को हेरफेर करने में मदद करते हैं। इसके साथ ही, हम पॉइंटर्स से जुड़े विभिन्न उन्नत टॉपिक्स जैसे कि पॉइंटर एर्रे, फंक्शन पॉइंटर्स, और डाइनेमिक मेमोरी एलोकेशन का भी अध्ययन करेंगे। इस अध्याय के अंत तक, आप C++ में पॉइंटर्स का कुशलतापूर्वक उपयोग कर अपने प्रोग्राम्स को अधिक प्रभावी और लचीला बनाने में सक्षम होंगे।

पॉइंटर्स क्या हैं? (What are Pointers?)

C++ में, पॉइंटर्स एक विशेष प्रकार के वेरिएबल होते हैं जो किसी अन्य वेरिएबल के मेमोरी एड्रेस को संग्रहीत करते हैं। साधारण शब्दों में, पॉइंटर्स मेमोरी में किसी विशेष स्थान की ओर इशारा करते हैं, जहाँ डेटा संग्रहीत होता है। पॉइंटर्स का उपयोग आपको मेमोरी को सीधे हेरफेर करने, डायनेमिक मेमोरी एलोकेशन करने, और कुशलतापूर्वक डेटा संरचनाओं के साथ काम करने की अनुमति देता है।

पॉइंटर्स की विशेषताएँ:

1. मेमोरी एड्रेस का भंडारण:
   पॉइंटर्स में वेरिएबल्स के मेमोरी एड्रेस संग्रहीत होते हैं, न कि उनके वास्तविक मान। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास एक इंटीजर वेरिएबल x है, तो पॉइंटर p इस वेरिएबल x के मेमोरी एड्रेस को संग्रहीत कर सकता है।
2. डायनेमिक मेमोरी एलोकेशन:
   पॉइंटर्स का उपयोग डायनेमिक मेमोरी एलोकेशन के लिए किया जाता है, जहाँ आप रनटाइम के दौरान मेमोरी को आवंटित और मुक्त कर सकते हैं। यह बड़े और जटिल प्रोग्रामों में मेमोरी प्रबंधन के लिए आवश्यक है।
3. डेटा संरचनाओं का कुशल प्रबंधन:
   पॉइंटर्स का उपयोग करके, आप डेटा संरचनाओं जैसे कि एर्रे, लिंक्ड लिस्ट, स्टैक, और क्यू को कुशलतापूर्वक प्रबंधित कर सकते हैं।

पॉइंटर की घोषणा और उपयोग:

पॉइंटर की घोषणा करने के लिए, आपको उस डेटा प्रकार का उल्लेख करना होगा जिसका एड्रेस पॉइंटर संग्रहीत करेगा, उसके बाद * चिन्ह का उपयोग करें:

int *p;  // यह एक पॉइंटर है जो इंटीजर प्रकार के वेरिएबल के एड्रेस को संग्रहीत कर सकता है।

उदाहरण:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int x = 10;    // एक इंटीजर वेरिएबल
    int *p = &x;   // पॉइंटर p को x का एड्रेस सौंपना

    // पॉइंटर का उपयोग करके वेरिएबल x के मान को एक्सेस करना
    cout << "Value of x: " << x << endl;           // सीधे वेरिएबल से मान प्राप्त करना
    cout << "Address of x: " << &x << endl;        // वेरिएबल x का मेमोरी एड्रेस
    cout << "Pointer p stores: " << p << endl;     // पॉइंटर p में संग्रहीत एड्रेस
    cout << "Value at address p: " << *p << endl;  // पॉइंटर p के एड्रेस पर संग्रहीत मान

    return 0;
}

आउटपुट:

Value of x: 10
Address of x: 0x7ffc5c3e18b4  // यह आपके सिस्टम पर अलग हो सकता है
Pointer p stores: 0x7ffc5c3e18b4
Value at address p: 10

मुख्य बिंदु:

1. पॉइंटर ऑपरेटर्स:
   • & ऑपरेटर: यह एड्रेस ऑपरेटर है, जो किसी वेरिएबल के मेमोरी एड्रेस को लौटाता है।
   • * ऑपरेटर: यह डिरेफरेंस ऑपरेटर है, जो पॉइंटर द्वारा इंगित मेमोरी स्थान पर संग्रहीत मान को एक्सेस करता है।
2. नल (Null) पॉइंटर:
   एक नल पॉइंटर एक ऐसा पॉइंटर होता है जो किसी मान्य मेमोरी स्थान की ओर इशारा नहीं करता। इसे nullptr या NULL के रूप में प्रारंभ किया जा सकता है।

   int *p = nullptr;  // पॉइंटर p किसी भी मान्य मेमोरी स्थान की ओर इशारा नहीं करता
   

    

3. पॉइंटर अरिथमेटिक:
   पॉइंटर के मान को गणना (arithmetic) द्वारा बढ़ाया या घटाया जा सकता है। यह पॉइंटर को मेमोरी में अगली या पिछली लोकेशन पर ले जाता है, जो विशेष रूप से एर्रे के साथ काम करते समय उपयोगी होता है।

पॉइंटर्स का उपयोग (Uses of Pointers)

C++ में पॉइंटर्स का उपयोग विभिन्न प्रकार के महत्वपूर्ण और जटिल कार्यों को पूरा करने के लिए किया जाता है। वे मेमोरी को कुशलतापूर्वक प्रबंधित करने और डेटा के साथ जटिल संरचनाओं में काम करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करते हैं। आइए देखें कि पॉइंटर्स का उपयोग किस-किस प्रकार से किया जा सकता है:

1. डायनेमिक मेमोरी एलोकेशन (Dynamic Memory Allocation)

पॉइंटर्स का सबसे महत्वपूर्ण उपयोग डायनेमिक मेमोरी एलोकेशन में होता है। यह वह प्रक्रिया है जिसमें प्रोग्राम रनटाइम के दौरान मेमोरी को एलोकेट और डीलोकेट करता है। C++ में, new और delete ऑपरेटर्स का उपयोग डायनेमिक मेमोरी को प्रबंधित करने के लिए किया जाता है।

उदाहरण:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int *p = new int;  // एक इंटीजर के लिए मेमोरी एलोकेट करना
    *p = 10;  // डायनामिकली एलोकेटेड मेमोरी में मान असाइन करना

    cout << "Value at allocated memory: " << *p << endl;

    delete p;  // मेमोरी को मुक्त (deallocate) करना

    return 0;
}

2. फ़ंक्शन्स में वेरिएबल्स को पास करना (Passing Variables to Functions)

पॉइंटर्स का उपयोग करके, आप फ़ंक्शन में वेरिएबल्स को उनके एड्रेस के माध्यम से पास कर सकते हैं। इससे आप फ़ंक्शन के अंदर वेरिएबल के मूल मान को बदल सकते हैं, जो पास बाय वैल्यू (Pass by Value) के मामले में संभव नहीं है।

उदाहरण:

#include <iostream>
using namespace std;

void increment(int *p) {
    (*p)++;  // वेरिएबल के मूल मान को बढ़ाना
}

int main() {
    int x = 5;
    increment(&x);  // वेरिएबल x का एड्रेस पास करना

    cout << "Value of x after increment: " << x << endl;  // x का बढ़ा हुआ मान प्रदर्शित करना

    return 0;
}

3. डेटा संरचनाओं का निर्माण (Building Data Structures)

पॉइंटर्स का उपयोग लिंक्ड लिस्ट, स्टैक, क्यू, और ट्री जैसी डेटा संरचनाओं का निर्माण करने के लिए किया जाता है। इन संरचनाओं में नोड्स को डायनेमिक रूप से एलोकेटेड मेमोरी के माध्यम से जोड़ने के लिए पॉइंटर्स का उपयोग किया जाता है।

उदाहरण: सिंगल लिंक्ड लिस्ट

#include <iostream>
using namespace std;

struct Node {
    int data;
    Node* next;
};

int main() {
    Node* head = new Node();  // पहला नोड
    head->data = 10;
    head->next = new Node();  // दूसरा नोड
    head->next->data = 20;
    head->next->next = nullptr;

    // लिंक्ड लिस्ट को प्रदर्शित करना
    Node* temp = head;
    while (temp != nullptr) {
        cout << temp->data << " ";
        temp = temp->next;
    }

    return 0;
}

4. एर्रे और पॉइंटर अरिथमेटिक (Arrays and Pointer Arithmetic)

पॉइंटर्स का उपयोग एर्रे के तत्वों के साथ काम करने के लिए किया जा सकता है। एर्रे और पॉइंटर के बीच घनिष्ठ संबंध होता है, और आप पॉइंटर अरिथमेटिक का उपयोग करके एर्रे के विभिन्न तत्वों को एक्सेस कर सकते हैं।

उदाहरण:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int *p = arr;  // एर्रे का पहला एलिमेंट पॉइंटर p को असाइन किया गया

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << *(p + i) << " ";  // पॉइंटर अरिथमेटिक का उपयोग करके एर्रे के तत्वों को एक्सेस करना
    }

    return 0;
}

5. फंक्शन पॉइंटर्स (Function Pointers)

C++ में, आप पॉइंटर्स का उपयोग फंक्शन्स को पॉइंट करने के लिए कर सकते हैं। इससे आप फंक्शन्स को डायनामिक रूप से कॉल कर सकते हैं, विशेष रूप से जब आप एक से अधिक फंक्शन्स को रनटाइम पर चुनना चाहते हैं।

उदाहरण:

#include <iostream>
using namespace std;

void sayHello() {
    cout << "Hello, World!" << endl;
}

int main() {
    void (*funcPtr)() = sayHello;  // फंक्शन पॉइंटर

    funcPtr();  // फंक्शन पॉइंटर का उपयोग करके फंक्शन को कॉल करना

    return 0;
}

6. स्टैक और क्यू के साथ काम करना (Working with Stack and Queue)

पॉइंटर्स का उपयोग करके आप स्टैक और क्यू जैसी डेटा संरचनाओं को प्रभावी ढंग से प्रबंधित कर सकते हैं। इन संरचनाओं में तत्वों को जोड़ने और हटाने के लिए डायनामिक मेमोरी एलोकेशन का उपयोग किया जाता है।