「広義の参照渡し」とは何か？

Question

C++、C#、PHP、VB.NET、Delphi(Object Pascal)、Swift、Rust等には「参照渡し」と言われる機能があります。

- [ref キーワード - C# リファレンス | Microsoft Docs](https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/csharp/language-reference/keywords/ref)
- [PHP: リファレンス渡し - Manual ](https://www.php.net/manual/ja/language.references.pass.php)
- [パラメータ（Delphi） - RAD Studio](http://docwiki.embarcadero.com/RADStudio/Rio/ja/%E3%83%91%E3%83%A9%E3%83%A1%E3%83%BC%E3%82%BF%EF%BC%88Delphi%EF%BC%89)

どれらも、英語では"pass by reference"という表現をしており、Microsoftやembarcaderoは「参照渡し」、PHP日本語訳チームは「リファレンス渡し」と訳しています。C++については、仕様書にそのまま"pass by reference"という言葉の解説はみつけられませんでしたが、n4659のp.855などで"～ be passed by reference"という表現が使われています。

上記のような言語では、"pass by reference"(英語圏では"call by reference"とも言われる場合がある)と言われる機能があります。私が解釈する限り、これらの機能は同一のものです。そして、その日本語訳として「参照渡し」というのは特におかしくないと思います。

さて、私が聞きたいのは、言語の機能として「参照渡し("pass by reference")」がある場合の話ではありません。言語の機能として「参照渡し」がない、少なくとも、英語の公式ドキュメントで"pass by reference"がない言語、ましてや、[Pythonのように値渡しであると公式ドキュメントに書いてある](https://docs.python.org/ja/3/tutorial/controlflow.html#defining-functions)言語において、「参照渡し」が意味する物が何であるのかと言うことです。これらを一部の人達は広義の意味での「参照渡し」と言っているようですので、**以下、この質問では「広義の参照渡し」とし、前述のC++等での機能を「狭義の参照渡し」とします。**(そういう言葉があるわけではありませんので、ご注意ください。この質問でのみの表現です。)つまり、聞きたいこと事は端的に言うと以下になります。

「広義の参照渡し」の定義は何ですか？

また、その定義から、C、Java、JavaScript、Python、Ruby、Groovy、Go、Haskell、Scala、Kotlin、R、Lua等の「狭義の参照渡し」が無い言語において「広義の参照渡し」とは具体的にどのような動作のことを指すのかの説明も加えていただければ幸いです。逆に「広義の参照渡し」すらない言語はどのような物があるのかも教えて頂くと助かります。

なお、回答では「広義の参照渡し」と「狭義の参照渡し」を区別していただくようお願いします。「区別することが不可能である」と考えているのであれば、単に「参照渡し」と書いても良いですが、その場合は、「区別することが不可能である」理由も添えて頂くと助かります。

「狭義の参照渡し」がある言語やない言語のリストは、私も全ての言語に詳しいわけではありませんので、間違いがあるかも知れません。また、この言語も足して欲しいという場合もあると思います。その場合は、追記・修正依頼で指摘して頂くと助かります。

---

不公平感が出ないように、私の考えの立場を言っておきます。私は[「『狭義の参照渡し』と混合するから『広義の参照渡しは』使うべきではない」](https://qiita.com/raccy/items/59a6ac6c818918dd9651)と考えています。ただ、この考えを全ての人に押しつける気はなく、C++等を学ぶことが生涯ない人は別にそれでいいのではないかと思っています。[「広義の参照渡し」の事例は集めています](https://qiita.com/raccy/items/d4c5e7995a8fc90109ee)が、私自身「広義の参照渡し」なるものの使用を前述の理由で避けていたため、どのような場合に使われる事が多いことを知っていても、その定義がどのようなものか、どのような場合に使うべきかまでは考察したことがありません。そのため、既にそれらに確固たる信念をもって使用されている方にお聞きすべく、この質問をすることにしました。

この質問で、別に「広義の参照渡し」を使うなと言っているわけではありません。どのような意味で「広義の参照渡し」を使っているのかを知りたいという純粋なる知識欲から質問しています。

Answer

参照渡しとは**左辺値**または**右辺値**を参照として渡す手続きです
```
void left(int &), //左辺値参照 
right(int &&); //右辺値参照
```
この時参照を受け取る引数(変数)を**参照変数**と呼びます
代表的な例では、変数は左辺値を返し、式は右辺値を返します

### 狭義の参照渡し
ここでは前述の二つの手続きのうちいずれかを言語仕様として採用するケースを指します
例えばC#では```ref/out```が左辺値参照、```in```が左辺値及び右辺値参照の両方をサポートします
```
class Value{
   void Left(ref int x,out int y);
   void LeftAndRight(in int x);

void Example(int x){
      Left(ref x,out int y); //左辺値
      LeftAndRight(in x); //左辺値
      LeftAndRight(x+x); //右辺値
    }
}
```
**PHP**では左辺値参照のみをサポートします
```

<?php 
    function left(&$x){
        echo $x;
    }
    
    $x=0;
    left($x); //左辺値
?>
```
多くの言語で参照渡しと表現する場合、その実装は後者の左辺値参照のみを指します

### 広義の参照渡し
ここまで紹介した参照渡しの基礎を**狭義の参照渡し**と分類する場合、それ以外の全ての参照手続きが**広義の参照渡し**です
これらは便宜的に**参照値渡し**や**共有渡し**などと呼称されます

- ポインタ

参照渡しを含め、全ての参照手続きの土台となる機能がC言語の**ポインタ**です
これは参照の最も基本的な操作です
```
int *pointer(int *x);
int x=0,*y=pointer(&x);
```
ポインタは右辺値として解釈されます
一方で、ポインタの参照を外して得られる値は左辺値です
```
int &right(void){
    return *new int; //左辺値
};
```
この性質の違いにより、ポインタによる参照を参照渡しと同列に扱うことはできません
ポインタによる参照が**右辺値を介する参照**であるため、ポインタを渡す操作そのものは”ポインタと呼ばれる右辺値の複製”であり、**値渡し**となります

- ハンドラ

**C++/CLI**には**ハンドラ**と呼ばれるポインタの類似構文があります
```
object ^x=gcnew object();
```
これは.Netをサポートするための拡張で、オブジェクトの参照を扱うための演算子です
```Java```をはじめとした多くのクラス指向言語が採用する参照機構をベースとしています
これらはポインタを抽象化し、GC(ガページコレクション)で管理されるオブジェクトのアドレスを捕捉する目的でサポートされます
```
class Program{
 public void main(){
     Object instance=new Object(); //右辺値
 }
}
```
変数に格納する値がアドレスであるため、ポインタと同様に右辺値の一種です
C#では```unsafe```を用いてこれを確認できます
```
unsafe{
   object o=new();
   object *p=&o;
}
```
GCのサポート下にあるため、右辺値としてはポインタと差別化されます
そのためインスタンス変数が扱うオブジェクトのアドレスは**参照値**と呼ばれます
右辺値であるため、これを渡す手続きはポインタと同様に**値渡し**となります

### 「広義の参照渡し」の使用場面
**狭義の参照渡し**と**広義の参照渡し**は、関数に渡す値が「左辺値もしくは右辺値の参照」か「右辺値そのもの」かで相違します
一方で**狭義**とは**広義**を厳密に整理した定義であるため、これは参照という概念を拡張するための便宜でもあります
つまり双方の違いを「区別させないため」の方便なので、これ自体を参照という概念の抽象化と捉えることもできます
初心者に向けた解説の導入として、あるいは参照の種類を問わず、その概念を研究対象とする場合においては有用であると言えるでしょう

Answer

pass by value/reference の by は「～によって」、「～を使って」という意味で、何を渡すかは書いてないですよね。

- pass by hand: 手で渡す（何を？）
- go by bicycle: 自転車で行く（どこへ？）

昔の言語は「値型変数」（保持値＝代入値）しかなくて、値型変数を値渡しするか参照渡しするかでした。

- 1.変数の値を渡す：値型変数の値渡し（実引数と仮引数は別変数、値コピー）
- 2.変数自体を渡す：値型変数の参照渡し（実引数と仮引数は同一変数、変数共有）

その2つの pass by value/reference を省略せずに書くと、

- pass the assigned value by holding value of the variable （変数の保持値によって代入値を渡す）
- pass the variable by reference to it （変数への参照によって変数自体を渡す）

といった文になるんじゃないかと想像します。
そのあと、変数の保持値として値そのものではなく値への参照を保持する「参照型変数」（保持値≠代入値）が登場して、（C++の参照型変数は定義が違う別物です）

- 3.参照型変数の値渡し（実引数と仮引数は別変数、オブジェクト共有）
- 4.参照型変数の参照渡し（実引数と仮引数は同一変数、変数共有）

が増えることになりました。
Pythonは「参照型変数」しかなくて「値渡し」しかできないので3.のみできます。
3.を英語にすると pass the reference to the object とか pass the object by object reference でしょうか。「オブジェクト共有渡し」とか単に「共有渡し」と呼ばれています。

ということで、1.と3.が「狭義の値渡し」で2.と4.が「狭義の参照渡し」、1.が「広義の値渡し」で3.が「広義の参照渡し」ということになるかと思います。ただし、C言語の「ポインタ型変数の値渡し」は1.なのですが「広義の参照渡し」になると思います。
要するに「呼出し元に影響を与えない」のが「広義の値渡し」、「呼出し元に影響を与える」のが「広義の参照渡し」かと思います。

Qiitaに図解記事を書いてみました。参考になりましたら幸いです。
- [値渡し、ポインタ渡し、オブジェクト共有渡し、参照渡しの言語別対応表と用語説明 - Qiita](https://qiita.com/shiracamus/items/63f6ef513a203ee82e7c)

Answer

Swift の inout の場合は「参照渡し」の語は概念の説明に使うことが多く, 実際の呼称としては inout 渡しとか in-out 渡しという「見たまんま」の呼び方のほうが多い気がします.

自分自身は C++ や C# を扱った経験があるため, 広義の参照渡しのほうの意味で「参照渡し」という語を用いることはあまりありませんが, 自分が今まで見てきた広義の参照渡しの事例の共通項を探ると:

* 「それ自身の値は意味を持たず, 何らかの値を参照するための値」を「渡す」.

という感じかなと思います.
前者は名前通りの「参照」という語のこともありますし, C言語などであれば「アドレス」が相当します.


ここからは推測になってしまいますが, 多くの「広義の参照渡し」事例のルーツとなっていると思われるのは現在主流の多くの言語の源流となった, C言語ではないでしょうか.

(C++ でない, 純粋な) C言語には狭義の参照渡しが存在しないため, 狭義の参照渡しで実現したいような処理はアドレスを渡して代替するほかありません.

すると「こういうこと (参照渡しが必要になりそうなこと) がしたい」 -> 「やりたいことはプログラミング一般で言えば参照渡しと呼ばれる概念を使えばいいが, C言語には直接それに相当する機能はないため, こう実装する」 -> 「参照渡しはC言語ではこう実装する」 -> 「C言語ではこれが参照渡し」みたいな誤解に繋がったのではないかと.

また, 純C言語は:

* 大きなデータ構造を作ることはできるが, それを単に渡すと (最適化にも依るが) コピーが走ってしまう.
* 戻り値はひとつだけ.
* 例外など「戻り値以外で外部へエラーを戻す手段」がないため 「欲しい値」か「エラー情報」のどちらかをダブルポインタを使って得たい場面が多い. (それ以外だと, グローバル変数や別の関数からエラー情報を得るなんて実装が普通にありますが, 当然副作用など注意が必要)
* 文字列などの非常によく使われるデータ構造をはじめ, 標準ライブラリの多くの関数もアドレスの存在を前提として設計されている.

などの理由で, あまり用語を知らない初心者でもアドレスを渡す場面が多いため誤解を促進しやすい環境と言えます.

そして知名度の高い言語で誤解のある状態で, 「参照」という概念のある言語が広まるのが追い討ちになります.
C言語で上記のまま覚えた人は, その言語で同じことを実現するために「参照」という値を「渡す」ことを「参照渡し」と呼び始めます.
するとC言語を知らない方は「参照」を「渡す」から「参照渡し」かあ, と一層誤解を広めてしまいます.

...という感じではないかなぁ, と推測します.

Answer

> Pythonのように値渡しであると公式ドキュメントに書いてある言語において、「参照渡し」が意味する物が何であるのかと言うことです。

pythonでいうと、「オブジェクトの値そのもの」を変数として持つ方法がなく、かならず参照（インスタンスへのポインタというか）を持つ形になります。そのため、

> 引数は 値渡し (call by value) で関数に渡されることになります (ここでの 値 (value) とは常にオブジェクトへの 参照(reference) をいい、オブジェクトの値そのものではありません) [1]

注として、

> [1] 実際には、オブジェクトへの参照渡し (call by object reference) と書けばよいのかもしれません。というのは、変更可能なオブジェクトが渡されると、関数の呼び出し側は、呼び出された側の関数がオブジェクトに行ったどんな変更 (例えばリストに挿入された要素) にも出くわすことになるからです。

となります。

なのでむしろ、「参照渡ししかない」という言い方をしているドキュメントを呼んだことがあった気がします。

「変更可能なオブジェクトが渡されると、関数の呼び出し側は、呼び出された側の関数がオブジェクトに行ったどんな変更 (例えばリストに挿入された要素) にも出くわす」という書き方は面白く、つまり、引数のオブジェクトに対する副作用が発生しうる渡し方と、値のコピーを受け取る（副作用が起きない）渡し方があるという捉え方があるといえます。


> また、その定義から、C、Java、JavaScript、Python、Ruby、Groovy、Go、Haskell、Scala、Kotlin、R、Lua等の「狭義の参照渡し」が無い言語において「広義の参照渡し」とは具体的にどのような動作のことを指すのかの説明も加えていただければ幸いです。逆に「広義の参照渡し」すらない言語はどのような物があるのかも教えて頂くと助かります。

なので、「引数として渡したオブジェクトに対する副作用を起こしうる渡し方」を「広義の参照渡し」と自分なら呼ぶかもしれないです。

Pythonはすべて「広義の参照渡し」ですし、JavaScriptもプリミティブ型を除き同様の振る舞いです。

Answer

「[広義の参照渡し](https://www.google.co.jp/search?ei=jJXgXJ2SJIaB-QaZ1aHoDg&q=広義の参照渡し&oq=広義の参照渡し&gs_l=psy-ab.3...0.0..5168...0.0..0.0.0.......0....2..gws-wiz.qvzjGFJahjQ)」で Google 検索しましたが、10 件しかヒットしませんでした。

「広義の参照渡し」は一般的な用語ではなく、その文脈の中だけで使われた言葉だと思われます。

ですので、

> 「広義の参照渡し」とは何か？

という問いに対しては、その言葉を使った人に聞いてみないと分からないと思います。

おそらくですが、
**「引数の値を間接的に読み取りおよび書き込みが可能な機能」**
または
**「狭義の参照渡しを代替えする機能」**
みたいな意味合いで使っているのではないかと思います。