Skip to main content

A.33. Pointer & References

Chapter ini membahas tentang apa itu pointer, references, dan dereferences. Pembelajaran dimulai tentang konsep dan praktik dasar tentang ketiga topik tersebut, kemudian diikuti dengan pembahasan tentang karakteristik pointer & reference.

Penulis tekankan bahwa pada chapter ini, konsep reference yang dibahas adalah dalam konteks programming secara general. Tidak dari sudut pandang ownership.

Reference pada Rust memiliki keunikan, tapi kita akan bahas itu secara terpisah pada chapter Borrowing. Untuk sekarang silakan ikuti terlebih dahulu pembahasan chapter-per-chapter secara berurutan.

A.33.1. Pointer​

Pointer artinya adalah alamat memori. Variabel pointer artinya adalah variabel yang berisi alamat memory (hanya alamat memory-nya saja, bukan value yang sebenarnya).

Di Rust, variabel pointer ditandai dengan adanya karakter & pada tipe data. Sebagai contoh &i32 artinya adalah tipe data pointer i32. Contoh lain adalah &bool yang merupakan tipe data pointer bool.

Ada dua jenis tipe pointer di Rust programming, yaitu smart pointer dan raw pointer. Pada chapter ini kita tidak membahasnya karena termasuk topik yang cukup advance. Pembahasan akan ada pada chapter terpisah Smart Pointer vs Raw Pointer.

A.33.2. Reference (operator &)​

Ok, selanjutnya apa itu reference? Istilah ini sudah beberapa kali disinggung pada chapter sebelum-sebelumnya.

Reference artinya adalah pointer dari sebuah variabel atau data. Operasi pengambilan pointer dari variabel disebut dengan referencing, caranya dilakukan dengan menggunakan karakter &.

O iya, semua jenis variabel bisa diambil nilai pointernya. Contohnya bisa dilihat berikut ini:

let number: i32 = 24;
println!("value: {:?}", number);

let pointer_number: &i32 = &number;
println!("pointer: {:p}", pointer_number);

Pada contoh di atas, sebuah variabel dideklarasikan bernama number dengan tipe data adalah numerik dan value 24. Variabel tersebut jika di-print akan muncul nilainya, yaitu 24.

Ada satu lagi variabel yang dideklarasikan yaitu pointer_number, yang nilainya adalah reference dari variabel number. Cara pengambilan reference yang dilihat pada contoh, yaitu dengan menambahkan operator & pada variabel yang ingin diambil pointernya.

// variabel pointer_number nilainya adalah reference variabel number.
// contoh statement:
let pointer_number_1 = &number;
let pointer_number_2: &i32 = &number;

By default, ketika variabel pointer di print, yang muncul adalah underlying value atau nilai sebenarnya, yang pada contoh di atas adalah 24. Untuk menampilkan alamat memory gunakan formatted print {:p}.

Coba jalankan program kemudian lihat hasilnya. Value muncul sesuai dengan yang ditulis, sedangkan pointer memunculkan data alamat memory yaitu 0xa3bbeff6dc.

pointer & reference

Seperti yang sudah dijelaskan di awal bahwa variabel pointer isinya adalah alamat memory. Penulisannya dalam notasi heksadesimal diawali dengan karakter 0x. Contohnya adalah nilai 0xa3bbeff6dc yang merupakan alamat memory, yang alamat tersebut adalah reference ke pemilik data sebenarnya (yaitu variabel number).

Di environment lokal masing-masing, alamat memory yang muncul sangat mungkin berbeda karena alokasi adalah random

A.33.3. Dereference (operator *)​

Kita sudah belajar cara mengambil data pointer dari sebuah variabel. Pada bagian ini kita belajar cara mengambil nilai sebenarnya atau underlying value dari sebuah pointer (istilahnya adalah dereference).

Cara melakukan operasi dereferencing adalah dengan menambahkan karakter * pada variabel pointer. Contohnya seperti berikut, silakan tambahkan kode ini ke program yang sudah ditulis.

// variabel underlying_value nilainya adalah nilai sebenarnya dari pointer pointer_number
let underlying_value = *pointer_number;
println!("value: {:}", underlying_value);

Dereference

Bisa dilihat, nilai dari variabel underlying_value adalah nilai sebenarnya dari pointer pointer_number, yang pastinya adalah sama dengan nilai variabel number.

A.33.4. Mutable References (operator &mut)​

By default, reference sifatnya read-only atau immutable, artinya tidak bisa diubah underlying-value-nya.

Jika ada variabel (sebut saja X) yang merupakan underlying value dari reference variabel lain, maka perubahan value pada variabel X tersebut default-nya menghasilkan error.

let mut number = 24;
println!("number: {}", number);

let pointer_number = &number;
println!("pointer_number: {:p}", pointer_number);

*pointer_number = 12;

println!("*pointer_number: {}", *pointer_number);
println!("number: {}", number);

Pointer & reference

Pada gambar di atas bisa dilihat, variabel pointer_number merupakan reference dari variabel mutable number. Setelahnya ada statement *pointer_number = 12, yang artinya adalah underlying value dari variabel pointer pointer_number diakses kemudian di-isi nilainya dengan angka 12.

Statement *pointer_number = 12 tidak menghasilkan error, dan statement ini berbeda dengan pointer_number = 12.

Statement pointer_number = 12 menghasilkan error karena pointer_number adalah variabel bertipe pointer i32 atau &i32 (bukan i32). Jika ingin mengubah nilainya perlu mengakses dulu underlying value-nya menggunakan *pointer_number.

Ok, lalu kenapa muncul error? Di gambar terlihat ada garis merah dan popup pesan error muncul, padahal tidak ada yang salah dengan statement-nya.

Penyebab erronya bukan dari statement tersebut, tetapi pada baris statement pengambilan reference variabel number. Statement &number artinya adalah mengambil reference dari variabel number. Di atas sempat kita bahas bahwa by default sebuah reference tidak bisa diubah nilainya (immutable), dan ini adalah penyebab error yang dialami.

Silakan perhatikan pesan di popup error message agar mudah untuk tau di mana sumber masalahnya.

Perubahan isi nilai variabel number tidak menghasilkan error, hal ini karena number adalah variabel number adalah mutable. Sedangkan operasi perubahan nilai variabel *pointer_number pada contoh di atas, dianggap sebagai error karena variabel pointer_number reference-nya adalah bukan mutable (meskipun reference diperoleh dari variabel number yang notabene mutable).

Solusi dari error di atas adalah menerapkan mutable reference. Mutable reference sama seperti reference biasa tetapi nilainya diperbolehkan untuk diubah (mutable). Caranya pengaksesan mutable reference dilakukan menggunakan operator &mut.

Ok, sekarang ubah statement berikut ini, lalu jalankan program:

// before
let pointer_number = &number;

// after
let pointer_number = &mut number;

Pointer & reference

Deklarasi variable pointer yang menampung mutable reference bisa via metode penulisan manifest typing atau type inference. Pada contoh berikut, variabel pointer_number tipe data-nya adalah mutable reference i32, maka penulisan tipe data adalah &mut i32.

// type inference
let pointer_number = &mut number;

// manifest typing
let pointer_number: &mut i32 = &mut number;

Pada contoh ini kita menggunakan tipe data primitif, lalu bagaimana dengan tipe data non-primitive seperti custom type struct atau String, apakah penerapan mutable reference juga sama? Jawabannya tidak. Ada beberapa perbedaan dan nantinya kita akan bahas secara detail pada chapter Borrowing. Untuk sekarang, dianjurkan mengikuti pembahasan chapter per chapter secara urut.

A.33.5. Aturan Reference​

Ada dua aturan penting yang harus dipatuhi dalam penerapan reference baik mutable atau immutable reference.

  • Dalam waktu yang sama, hanya boleh ada satu mutable reference atau banyak immutable reference (keduanya tidak bisa bersamaan, harus salah satu).
  • Reference harus selalu valid.

Mengenai penjelasan tentang dua aturan penting di atas akan bahas pada chapter Borrowing.

A.33.6. Karakteristik pointer & reference​

Kita sudah belajar tentang definisi beserta cara penerapan pointer, reference, dereference, dan mutable reference. Sekarang lanjut ke pembahasan tentang karakteristik dari pointer & reference.

Pointer merupakan variabel yang isinya adalah alamat memory (bukan nilai sebenarnya). Dan reference adalah alamat memory suatu data/variabel. Dengan menerapkan keduanya kita bisa menerapkan efisiensi penggunaan memory yang dampaknya sangat positif terhadap performa program.

Sekarang perhatikan statement berikut:

let number_one = 24;
let number_two = number_one;

Variabel number_one adalah data numerik bertipe i32, eksekusi statement tersebut menghasilkan alokasi memori selebar 32-bit.

Kemudian ada lagi statement number_two. Meskipun nilainya didapat dari variabel number_one, yang terjadi di balik layar adalah Rust akan mengalokasikan lagi alamat memory selebar 32-bit untuk menampung data number_two yang didapat dari hasil operasi copy dari variabel number_one.

Semua variabel primitif di Rust mengadopsi copy semantics, yang artinya jika variabel tersebut digunakan dalam statement assignment, maka nilai akan di-duplikasi untuk kemudian ditampung pada variabel baru.

Lebih jelasnya mengenai copy semantics dibahas pada chapter Ownership.

Selanjutnya, bandingkan dengan statement berikut:

let number_one = 24;
let number_two = &number_one;

Pada contoh di atas, variabel number_one datanya disimpan di memory dengan lebar 32-bit (masih sama seperti contoh sebelumnya). Namun ada yang berbeda dengan dengan variabel number_two, variabel ini adalah variabel pointer yang nilainya reference ke alamat memory data variabel number_one. Yang terjadi di belakang layar, Rust tidak mengalokasikan lagi memory selebar 32-bit untuk menampung data number_two, melainkan menggunakan alamat memory data number_one sebagai reference, menjadikannya sebagai alamat tujuan variabel pointer number_two.

Ok, lanjut. Per sekarang, reference variabel number_one dan number_two adalah sama. Dengan ini, jika dicontohkan isi data satu variabel diubah, maka variabel lainnya juga akan berubah, hal karena reference-nya adalah sama.

◉ Contoh ke-1​

Contoh penerapannya bisa kita lihat pada chapter Pointer & References ini, di situ bisa dilihat ada variabel mutable number dan pointer_number yang reference-nya adalah sama dengan variabel number. Ketika underlying value pointer_number diubah (dari 24 ke 12), isi data variabel number juga berubah.

Pointer & reference

◉ Contoh ke-2​

Agar makin familiar dengan cara penerapan pointer & reference, silakan lanjut dengan praktik program berikut:

package source code structure
my_package
│─── Cargo.toml
└─── src
     └─── main.rs
Cargo.toml
# ...

[dependencies]
rand = "0.8.5"
main.rs
use rand::Rng;

fn main() {
    let mut number = 24;
    println!("number: {}", number);

    for _ in 0..=5 {
        change_value(&mut number);
        println!("number: {}", number);
    }
}

fn change_value(n: &mut i32) {
    *n = generate_random_number()
}

fn generate_random_number() -> i32 {
    rand::thread_rng().gen_range(0..100)
}

Pada sederhana di atas, ada sebuah variable mutable bernama number yang dideklarasikan. Variabel tersebut kemudian diakses mutable reference-nya untuk dijadikan argumen statement pemanggilan fungsi change_value.

Di dalam fungsi change_value, disiapkan 1 buah angka random hasil pemanggilan fungsi generate_random_number, yang angka tersebut kemudian dijadikan sebagai nilai baru variable mutable reference yang mengarah ke number. Perubahan dalam fungsi change_value akan mempengaruhi data variabel number, karena reference-nya adalah sama.

Pointer & reference

A.33.7. Reference & borrowing​

Di Rust, reference (atau pengaksesan alamat memory suatu data) memiliki hubungan yang sangat erat dengan konsep borrowing.

Ketika kita mengambil reference suatu data, yang terjadi sebenarnya adalah kita meminjam data tersebut dari owner/pemilik sebenarnya.

Pada chapter ini kita tidak akan membahasnya lebih jauh lagi, karena akan ada chapter lain yang fokus mengulas topik tersebut secara detail, yaitu chapter Borrowing.

Untuk sekarang penulis anjurkan untuk lanjut ke chapter berikutnya secara urut.

Catatan chapter 📑​

◉ Source code praktik​

github.com/novalagung/dasarpemrogramanrust-example/../pointer_references

◉ Referensi​