C++14にやってくる見た目に分かりやすい新機能

C++14のCDも公開され、いよいよC++14も形になってきた。いま書いている本はC++11だが、C++14はGCCとClangといった二大C++コンパイラーで数年のうちに実装されるだろうから、もうすぐ実際に使うことができる。

今回は、詳細な説明は省いて、サンプルコードで新機能を語りたいと思う。以下の新機能は、すでにドラフト入りしており、正式採用はまず間違いない機能である。ちなみに、コンパイルしていないので正しいかどうか検証していない。

2進数リテラル

int bi = 0b11110000 ; // 10進数リテラルでは240

2進数の記述が直感的になる。

自動ストレージ上に確保される動的な長さの配列

void f( std::size_t size )
{
    int buf[size] ; // OK
}

もちろん、クラスの配列も可能だし、コンストラクターやデストラクターも正しく呼ばれる。配列は原始的で範囲外アクセスもチェックしてくれないが、ライブラリによる実装よりも直感的だろう。

汎用ラムダキャプチャー

class X
{
private :
    int member ;

public :

    std::function< int (void) > get_closure() const
    {
        // 非staticデータメンバーをコピーキャプチャー
        return [ member = member ] { return member ; } ;
    }
} ;

int main()
{
    std::function< int (void) > func ;

    {
        X x ;
        func = x.get_closure() ;
    } // xは破棄されている

    func() ; // OK、memberはコピーキャプチャーされている

}

今までは、非staticデータメンバーは個別にキャプチャーする方法がなかった。非staticデータメンバーはthisポインターを経由してアクセスされるため、暗黙にリファレンスキャプチャーされてしまっていた。もしコピーキャプチャーしたければ、明示的にローカル変数を宣言するしかなかったのだ。

std::function< int (void) > get_closure() const
{
    int member = this->member ;
    return [ member ] { return member ; } ;
}

これは面倒だし、非効率的だ。C++14では汎用的なラムダキャプチャー（初期化キャプチャー）が追加されたおかげで、キャプチャーする識別子をどのように初期化するか記述できる。

void f()
{
    int x ;

    [ x = x ] { } ; // xをxとしてコピーキャプチャー
    [ x = x + 1 ] { } ; // xをxとしてコピーキャプチャー、ただし初期化はx+1
    [ y = x ] { } ; // xをyとしてコピーキャプチャー

    [ &x = x ] { } // xをxとしてリファレンスキャプチャー

    [ x = std::move(x) ] { } ; // xをxとしてコピーキャプチャー、ただしムーブコンストラクターが呼ばれる
}

これにより、ムーブしてキャプチャーも可能になる。ムーブによるキャプチャーではなく、ムーブしてキャプチャーなのに注意。

変数テンプレート

// 変数テンプレート
template < typename T >
constexpr T pi = static_cast<T>(3.1415926535) ;

// 明示的特殊化
template < >
constexpr int pi = 3 ;

変数をテンプレート宣言できるように変更。これは新機能ではあるが、文面上の変更は極めて小さい。単に変数はテンプレート宣言できないという従来の制限を緩和するだけだからだ。

変数テンプレートは、上記のように定数の実装に使える。これは従来の関数テンプレートでもできたが、pi<double>()のかわりに、pi<double>と記述できるのが大きい。どうせ引数を取らないのならば、()は冗長だ。

普通の関数でも戻り値の型の推定

// C++14
template < typename T, typename U >
auto f( T const & t, U const & u )
{
    return t + u ;
}

// C++11
template < typename T, typename U >
auto f( T const & t, U const & u ) -> decltype( t + u )
{
    return t + u ;
}

lambda式でできる関数の戻り値の型の推定を、普通の関数にも導入。これによる冗長なコードが省ける。

ジェネリックlambda式

template < typename Func >
void f( Func func )
{
    func( 0 ) ; // int
    func( 0.0 ) ; // double
    func( "hello" ) ; // char const *
}

int main()
{
    f( []( auto x ) { std::cout << x << std::endl ; } ) ;
}

クラスによる関数オブジェクトならば、メンバーテンプレートで実現できていたことを、lambda式でも実現可能にする。

constexpr関数の制限緩和

// C++14版のconstexpr関数による平方根の計算
constexpr double sqrt( double s )
{
    double x = s / 2.0 ;
    double prev = 0.0 ;

    while ( x != prev )
    {
        prev = x ;
        x = (x + s / x ) / 2.0 ;
    }

    return x ;
}


// C++11版のconstexpr関数による平方根の計算
constexpr double sqrt_impl( double s, double x, double prev )
{
    return x != prev ? sqrt_impl( s, ( x + s / x ) / 2.0, x ) : x ;
}

constexpr double sqrt( double s )
{
    return sqrt_impl( s, s/2.0, s ) ;

}

constexpr関数で、ローカル変数の宣言、ローカル変数の変更、ループ文（for, while, do-while）の使用、条件文(if, swtich)の使用を許可する変更。これにより、constexpr関数の記述がまともになる。

さらに詳しい全変更内容を知りたい人は、Editor's Reportを参照。

C++ Editor's Report, May 2013