ML名古屋での発表の際に使ったスライド

Missing Language Features in C++11

C++11の黒歴史

C++11で規格入りしているが、おそらく使われることがない機能。

• 継承コンストラクター
• 属性

問題

既存のクラスから派生して、ごく簡単な機能を付け加えたい。

// 有名ライブラリの優れたクラス
class SuperUltraDeluxeClass
{
// 高度な実装
} ;

// 自分の書いたラッパー
class MyClass
    : public SuperUltraDeluxeClass
{
// ちょっと便利な機能の付け足し
} ;

自分のクラスは、基本クラスと同じように振舞ってほしい。

継承されないコンストラクター

しかし、コンストラクターは通常、継承されない。

class Base
{
public :
    Base() ;
    Base( int ) ;
    Base( double ) ;
} ;

class Derived : public Base 
{ } ;

Derived d( 0 ) ; // エラー

このままでは、基本クラスと同じように初期化できない。

コンストラクターの手動継承

コンストラクターは自分で書くしかない。

class Derived : public Base
{
public :
    Derived() ;
    Derived( int i ) : Base( i ) ;
    Derived( double d ) : Base( d ) ;
} ;

面倒だ！

継承コンストラクター

C++11では、この問題を解決すべく、継承コンストラクターが導入された。

class Derived
    : public Base
{
public :
    using Base::Base ; // コンストラクターを継承
} ;

Derived d( 0 ) ; // OK

簡単だ！

継承コンストラクターの詳細

継承コンストラクターは、using宣言でコンストラクターを指定することにより発動する。

struct B
{
// コンストラクターの宣言
} ;
struct D : B 
{
    // コンストラクターの継承
    using B::B ;
} ;

とてもわかりやすい機能であり、初心者でも簡単に使える。

• 教えるのは簡単
• 書くのも簡単
• 使うのも簡単

以上、めでたしめでたし。

ならず。

継承コンストラクターの問題点

有名なコンパイラーはどこも実装していない。

C++11規格制定の最終段階で、実装経験のない機能を取り除こうという提案が出された。

すると各地から実装例の報告がなされ、結局、ほとんどの機能は、すでに実装されていることが明らかになった。

継承コンストラクターの実装例もあったので、除去は免れた。

なぜ誰も実装しないのか

継承コンストラクターが実装されない理由

• Variadic Templatesでエミュレートできる
• 実装が意外と面倒

Variadic Templatesによるエミュレート

N3258: US-65: Removing Inheriting Constructorsを参照。

template < typename BaseType >
class Derived 
    : public BaseType
{
public :
    template < typename ... Types >
    Derived( Types && ... args )
        : BaseType( std::forward<Types>(args)... )
        // 追加のメンバー初期化
    {
        // 追加の初期化処理
    }
} ;

しかも、追加でメンバー初期化や初期化処理が実行できる。

さて、読者はstd::forwardの意味がわかるだろうか？

エミュレートの問題点

• 一般人がVariadic Templatesを使うのは難しい
  • しかも、Perfect Forwardingの知識まで要求される
• Variadic Templatesは何にでもインスタンス化してしまう
  • インスタンス化を防ぐ方法はある。しかし・・・
• Variadic Templatesのエラーメッセージは読みにくい。
  • エラーメッセージを読みやすくする方法はある。しかし・・・

エミュレーション問題の解決？

自動的なインスタンス化を防ぐ方法

template < typename ... Types ,
    typename Dummy = typename std::enable_if<
        std::is_constructible< BaseType, Types...>::value
    >::type 
>
Derived( Types ... args )
    : BaseType( std::forward<Types>(args)... )
{ }

読者はこのコードの意味がすぐに理解できるだろうか。ちなみに、我々C++プログラマーの世界では常識である。

エラーメッセージを読みやすくする方法

template < typename ... Types >
Derived( Types ... args )
    : BaseType( std::forward<Types>(args)... )
{
   static_assert( std::is_constructible< BaseType, Types...>::value
    , "BaseType is not constructible from given argument list." ) ;
}

これは言うほど難しくないのだが、やはりC++に不慣れな人間は、これだけでも黒魔術的コードだと錯覚するであろう。たんに標準ライブラリのis_constructibleと、コア言語機能のstatic_castを使っているだけなのだが。

発表当日では、私はこのコードの意味を忘れたふりをしてウケを狙った。あまりウケなかったようだ。

Variadic Templatesは難しい

Variadic Templatesは、一般人には使いこなせない。

だからこそ継承コンストラクターが提案された。

継承コンストラクターは使いやすい。

では、実装はどこ？

なぜ実装されないのか

継承コンストラクターの実装は困難である。

• 規格の文面が曖昧
  • 誰も実装していなかったから問題点が洗い出されなかった
  • そもそも、using宣言の文法を流用したのは失敗だった
• 新しい専用の呼び出し規約が必要
  • C言語から受け継いだ可変引数に対応するため

Clang開発者の声

Clang開発者の声

Douglas Gregor、「継承コンストラクターは意外と難しい。それに、誰も気にかけてない」

zygoloid、「継承コンストラクターはC++11のexportになるべきだ」
Douglas Gregor、「賛成」

Douglas Gregor、「たかが継承コンストラクターのために新しい呼び出し規約を作るのは面倒」

予想

継承コンストラクターは、C++11のexportになる。

問題

コンパイラー独自の機能を付け加えたい。

• アライメント
• 最適化の強制、抑制
• 関数の呼び出し規約の指定
• その他多数

独自機能は必要である。

現状

プリプロセッサーや独自のキーワードが用意されている。

// MSVCの独自マクロ
#pragma ...

// MSVCの独自キーワード
__declspec( ... )

// GCCの独自キーワード
__attribute__( ... )

どのコンパイラーも、てんでばらばらに実装している。

既存の独自機能の多くは、単純なプリプロセッサーやキーワードで指定する、ちょっとしたアノテーションである。

機能の指定方法を統一できないものか。

理想的な解決方法

C++11では、汎用的な機能の指定方法の文法として、属性が導入された。

[[ ... ]]

これにて文法が統一されるはず。

無問題

属性には問題がない。

• 規格制定前に試験的に実装されたことがある
• 既存の文法との衝突は少ない（配列の添字の中のlambdaの問題は解決された）
• 既存の独自文法を置き換える柔軟な配置場所（ほぼ、どこにでも配置できる）

属性の現実

• 既存のコードは自動的に書き換わらない
  • コンパイラーは、既存の文法も残しておかなければならない
  • 移植性のない独自機能のために新しい文法を学びたいか？
  • 移植性のないコードをほんの少し規格準拠に書きたいか？
  • 誰も既存の完璧に動くコードを書き換えたくはない
• どうせ環境依存の独自機能なのだから、文法に互換性があっても意味がない