C++/標準ライブラリ/メタプログラミングライブラリ
この節では、C++ のメタプログラミング機能について説明します。これらの機能は、コンパイル時にプログラムを生成または修正することを可能にし、以下の表にまとめられています。
ヘッダー一覧
[編集]この章で扱うヘッダーファイルは以下の通りです。
整数シーケンス
[編集]コンパイル時整数シーケンスについて解説します。
integer_sequenceクラステンプレート
[編集]- 整数シーケンスを表現するクラステンプレート
value_typeは整数型のTを要素として持つsize()は要素数を返す
make_integer_sequenceエイリアステンプレート
[編集]integer_sequenceの別名を提供- N個の要素を持つ
integer_sequenceの特殊化を表す
integer_sequenceは、コンパイル時に決まる整数の列を表現するためのユーティリティです。テンプレート実引数演算を使って、コンパイル時にシーケンスを生成・操作できます。
例えば以下のようにして利用できます:
#include <cstddef> #include <iostream> #include <utility> template <std::size_t... Ints> void print_sequence(std::integer_sequence<std::size_t, Ints...> /*unused*/) { // パック展開を使ってシーケンス内の各要素を出力 ((std::cout << Ints << " "), ...); } auto main() -> int { print_sequence(std::make_integer_sequence<std::size_t, 5>()); // 0 1 2 3 4 return 0; }
この例では、make_integer_sequenceを使って0から4までの整数のシーケンスを生成し、print_sequenceに渡しています。print_sequenceの関数テンプレート引数演算でパック展開を行うことで、シーケンス内の各要素を出力できます。
このようにinteger_sequenceは、メタプログラミングにおける整数値の操作に役立ちます。標準ライブラリのアルゴリズムなどでも幅広く使われています。
型特性
[編集]ヘッダー <type_traits>は C++11 で導入されたもので、プログラム内で使用される型の特性を検査し、操作するための仕組みを提供します。従来の型チェックとは異なり、type_traits ヘッダーはコンパイル時に型に関する情報を取得し、テンプレートコードの汎用性向上、最適化、型関連のエラー検出、コンパイル時の型推論と変換などに役立ちます。
ヘッダーファイルの内容
[編集]- C++
#include <type_traits>
- このヘッダーファイルには、以下の主要な型特性テンプレートと型変換テンプレートが定義されています。
- 型分類特性テンプレート
-
is_integral- 型が整数型かどうかを検査します。
is_floating_point- 型が浮動小数点型かどうかを検査します。
is_array- 型が配列型かどうかを検査します。
is_pointer- 型がポインタ型かどうかを検査します。
is_void- 型が
void型かどうかを検査します。 is_null_pointer- 型が
nullptr型かどうかを検査します。 is_reference- 型が参照型かどうかを検査します。
is_lvalue_reference- 型が左辺値参照型かどうかを検査します。
is_rvalue_reference- 型が右辺値参照型かどうかを検査します。
is_same- 二つの型が同じかどうかを検査します。
is_convertible- ある型が別の型に変換可能かどうかを検査します。
- 型特性検査テンプレート
-
is_const- 型が const 修飾されているかどうかを検査します。
is_volatile- 型が volatile 修飾されているかどうかを検査します。
is_unsigned- 型が符号なし型かどうかを検査します。
is_signed- 型が符号付き型かどうかを検査します.
is_fundamental- 型が基底型かどうかを検査します。
is_compound- 型が複合型かどうかを検査します。
is_abstract- 型が抽象型かどうかを検査します.
is_polymorphic- 型が多態型かどうかを検査します.
is_class- 型がクラス型かどうかを検査します.
is_union- 型がユニオン型かどうかを検査します.
is_enum- 型が列挙型かどうかを検査します.
is_struct- 型が構造体型かどうかを検査します.
- 型変換テンプレート
-
remove_const- 型から const 修飾を取り除きます。
add_const- 型に const 修飾を追加します。
remove_volatile- 型から volatile 修飾を取り除きます。
add_volatile- 型に volatile 修飾を追加します。
remove_cv- 型から const と volatile 修飾を取り除きます。
add_cv- 型に const と volatile 修飾を追加します。
remove_reference- 型から参照修飾を取り除きます。
add_reference- 型に参照修飾を追加します。
decay- ポインタ型から指される型を取得します。
underlying_type- 型の基底型を取得します。
make_signed- 型を符号付き型に変換します。
make_unsigned- 型を符号なし型に変換します.
aligned_storage- 指定された配置要件を満たす型のストレージ型を取得します.
aligned_pointer- 指定された配置要件を満たすポインタ型を取得します.
例
[編集]- C++
#include <type_traits> template <typename T> void is_integral_test() { static_assert(std::is_integral_v<T>, "T must be an integral type"); // ... } auto main() -> int { is_integral_test<int>(); // Ok is_integral_test<char>(); // Ok is_integral_test<float>(); // NG (float は整数型ではない) return 0; }
この例では、std::is_integral テンプレートを使用して、T 型が整数型かどうかを検査しています。static_assert マクロはコンパイル時に条件を検証し、条件が偽の場合はコンパイルエラーを出力します。
有理数演算
[編集]コンパイル時有理数計算 (ratio)
[編集]このセクションでは、C++ 標準ライブラリが提供するコンパイル時有理数計算 (ratio) について説明します。
概要 (ratio.general)
[編集]ratioライブラリは、ratioというクラステンプレートを提供します。- このテンプレートは、分子と分母がコンパイル時に定数として表現可能な
intmax_t型の有限な有理数を正確に表します。 - コンパイル時有理数計算を通して、テンプレートパラメータ名は、型要件を表すために使用されます。
ヘッダーの概要 (ratio.syn)
[編集]- C++
// すべてフリーのネームスペース std において // 省略 (ratio クラステンプレート以降の宣言)
クラステンプレート ratio (ratio.ratio)
[編集]- C++
namespace std { template class ratio { public: static constexpr intmax_t num; // 分子 static constexpr intmax_t den; // 分母 using type = ratio; }; }
- テンプレート引数
Dが 0 だったり、テンプレート引数NとDの絶対値のいずれかがintmax_t型で表現できない場合、プログラムは不正となります。
比の演算 (ratio.arithmetic)
[編集]ratio_add,ratio_subtract,ratio_multiply,ratio_divideというエイリアス テンプレートは、2つの比R1とR2の算術演算の結果を表します。- 算術オーバーフローが発生しなければ X と Y が計算されると、各エイリアスは U を
ratio::numと等しく、V をratio::denと等しくするような比を表します。 - U または V を
intmax_tで表現できない場合、プログラムは不正となります。
比の比較 (ratio.comparison)
[編集]ratio_equal,ratio_not_equal,ratio_less,ratio_less_equal,ratio_greater,ratio_greater_equalというテンプレート構造体は、2 つの比の関係を表します。
SI 接頭辞 (ratio.si)
[編集]C++ 標準ライブラリは、以下の SI 接頭辞に対応する typedef を定義しています。
- yocto
- zepto
- zetta
- yotta
ただし、定数が intmax_t 型で表現できない場合は、typedef は定義されません。