プログラミング入門書の執筆という手探りの活動

ここ最近、まともにブログを書けていない。最新のC++の提案も追えていない。それもこれも、C++によるプログラミングの入門書を書いているためだ。

およそプログラミングが個人でもできるようになって何十年もたとうとしているのだから、いい加減にプログラミングの入門書を書くお作法が成立しても良さそうなものだが、そういった定石は一向に確立されていない。名著と呼ばれる入門書は何冊もあるが、どれもその時代に特化した記述をしていて、その構成を模倣しても現代の入門書としては不適切だ。

結果として、入門書の執筆は自分の感性を信じつつ手探りで書き進めることになる。

よくC++の教育において批判されるのは、ポインターや配列といった低級な要素を最初に教える時代錯誤な点だ。たしかに、現代のC++はポインターや配列を使わなくても書ける。しかし、アドレスやメモリ上の連続したオブジェクトといった概念を理解しないまま優秀なコードが書けるだろうか。ポインターはアドレスを扱うには文法上の罠が多く、配列もメモリ上の連続したオブジェクトを扱うには文法上の罠が多い。

今書いているC++の入門書では、ポインターも配列も教えずに、vectorとイテレーターを教えている。しかし、コンテナーのカテゴリーやイテレーターのカテゴリーについては教えていないので、vectorとランダムアクセスイテレーターを前提にした記述になってしまう。

本当はコンテナーのカテゴリーやイテレーターのカテゴリーについて網羅的に教えたいのだが、そうすると具体的なコードがなく抽象的な分類とサポートされる操作といった文章が延々と続くことになってしまう。入門書では直接的なコードがすぐに書けるほうがよいと判断したのでvectorと実質ランダムアクセスイテレーターだけを教えているが、どうにも釈然としない思いがつのる。

プログラミングの入門書の冒頭では、どのようにしてコードを実行するかについて説明するものだ。既存の毎年改訂版が出るような使い捨ての入門書では、この説明のために、例えばVisual Studioのインストール方法の解説からはじめる。しかもご丁寧にいちいちスクリーンショットを載せ、ここのボタンをクリックしてなどといった本当に何のためにあるのかわからない解説が続く。

私が書いている入門書では、そのようなスクリーンショットは一切載せない方針にした。さらに、今年出たばかりの新しいツールに依存してしまうと、数年後に時代遅れになって使えなくなってしまう可能性が高いので、20年前に持っていっても使えるような安定したツールだけを使うことにした。その結果、使うツールはbashとGCCとGNU Makeになった。20年前から変わらないビルドシステムは、おそらく20年後もこのまま使えるはずだが、印刷される書物としてタブ文字と空白文字を区別するように説明するのはつらい。

今書いている入門書はあらゆることが手探りで進められている。例えば変数の宣言方法は以下のとおりだ。

// 整数
auto x = 0 ;
// 浮動小数点数
auto y = 0.0 ;
// 文字列
auto z = "hello"s ;

変数をいきなりこのような方法で教えるC++の入門書は今まで読んだことがないが、思うに最近の言語は強い静的型付けがないか、強い静的な型推論がある言語ばかりで、このような変数の書き方が自然になってきているので、これでよいだろう。

この調子で、最初に教える関数も以下のようになった。

auto plus = []( auto x, auto y ) { return x + y ; } ;

C++では、厳密にはこれは関数ではなくてラムダ式なのだが、こう書くことによって型を意識しないですむ。

ラムダ式を最初に教えることで、関数を渡す関数も自然に教えられるようになった。

int main()
{
    auto for_each = []( auto first, auto last, auto f )
    {
        for ( auto iter = first ; iter != last ; ++iter )
        {
            f( *iter ) ;
        }
    } ;

    std::vector<int> v = {1,2,3,4,5} ;

    for_each( std::begin(v), std::end(v),
        []( auto value ) { std::cout << value ; } ) ;
}

実際、std::for_eachは概ねこのような実装になっているのだと教えている。もちろん、これは本当のstd::for_eachの実装ではないし関数でもないので、厳密には違うが、初心者ならばこの説明でいいだろうと妥協している。

さらに一歩を踏み込んで、vectorの初期化を以下のようにできるのだが、おそらく混乱するだろうからまだやめている。これはC++17で採用されたdeduction guideによるものだ。

// std::vector<int>と同じ
std::vector v = {1,2,3,4,5} ;

今、ようやくアルゴリズムまで進んだのだが、今までに教えたことしか使っていない結果、関数はラムダ式で、コンテナーはvectorしか教えておらず、イテレーターはランダムアクセスイテレーターで、クラスはまだ教えておらず、テンプレートも当然教えていない。lvalueリファレンスだけは無理やり教えたがCV qualifiersは教えていない。

この状態で一体どこまで教えればいいのだろうか。C++を本格的に使うには、当然既存のC++のコードも読む必要があるだろうから、ポインターや配列を理解しなければならず、クラスやテンプレートも学ぶ必要がある。動的メモリ確保も必要だ。しかしこれらの概念を網羅的に解説するのはあまりにも抽象的すぎて、今想定している入門書では難しい。

今書いている入門書は本当に読者に想定していることが少ないので、C++のビルド方法からはじめ、エラーメッセージの読み方も解説したし、gdbの簡単な使い方も解説したい。

それにしても、今はC++を学ぶ対象読者の想定が難しい。一昔前ならばC言語をすでに学び終えた人間を想定すればよかったのだが、今はJavaScriptとかPythonかRubyぐらいしか触ったことのないプログラマーが増えている。彼らはコンパイルしてリンクして実行という仕組みに触れたことがない。

さらに、一昔前ならば想定することができなかった競技プログラマーという人種がいる。彼らは数学力は凄まじいがプログラミング言語には大して執着がなく、必要な計算を最小限のコードで実現できればそれでいいというとても割り切った使い方をする。プログラミング言語の文法をほとんど理解していないのに問題を解くコードは書けるというよくわからない人種だ。

そして入門書は浅く簡略化した解説を続けながらアルゴリズムまで来た。

この後はgdbの使い方、クラス、テンプレート、ポインター、動的メモリ確保、派生クラスあたりの順番で書こうかと思っている。C++の機能の依存関係の解決が辛い。すでに教えている機能だけを使う縛りを入れているので、早く機能を教えないといつまでも簡略化した説明を続けるハメになるが、いきなりポインターを教えても実感が沸かないだろうから、ポインターは相当後になる。