トロイの力

C++のautoキーワード

C++のautoキーワードは、C++11で導入された強力な機能で、型を推論して変数を宣言するために使います。 コンパイラーは初期化子に基づいて変数の型を推論するので、コードが読みやすく、保守しやすくなります。

使用例

次の例を見てみましょう。ここではautoを使って変数を宣言しています。

auto dragon_population{3};          // dragon_population is deduced as an integer
auto westeros{7.7777};              // westeros is deduced as a double
auto wedding_location{"The Twins"}; // wedding_location is deduced as a const char*, not std::string

いずれの場合も、変数の型は初期化に使った値から推論されます。

型推論

autoキーワードは、明示的な型の冗長さを減らし、より簡潔で読みやすいコードを書くのに役立ちます。

const std::vector<std::string> pigeon_pie{"flour", "butter", "pigeon", "salt"};
auto purple_wedding_pie{pigeon_pie};
purple_wedding_pie.emplace_back("the strangler");

このループでは、autoがpurple_wedding_pieの型をstd::vector<std::string>と推論するので、型をもう一度明示的に指定する必要がありません。

互換性

autoキーワードはさまざまなC++の構文と組み合わせて使えるので、現代のC++プログラミングで万能な道具になります。

auto& element{array[0]};           // reference to an element
const auto object{otherObject};    // const type version of otherObject's type
auto* ptr{&x};                     // pointer to x with the same type as x, but as a pointer.

この後の概念では、ラムダ式、範囲ベースのforループ、イテレーターと一緒にautoキーワードをよく目にすることになります。

スマートポインター

スマートポインターは、自動的なメモリ管理を提供するために設計された現代C++の機能で、生のポインターにありがちなメモリリークやダングリングポインターを防ぐのに役立ちます。 生のポインターを包み込むラッパーとして働き、ポインターが不要になったときの自動的なメモリ解放といった追加の機能を付け加えます。

基本的な構文

スマートポインターは通常、C++標準ライブラリでクラステンプレートとして実装されています。 もっともよく使われるスマートポインターは、std::unique_ptrとstd::shared_ptrです。

ユニークポインター

std::unique_ptrは、オブジェクトを独占的に所有するスマートポインターです。 いつでも、リソースを所有するstd::unique_ptrオブジェクトは1つだけであることを保証します。 所有しているstd::unique_ptrが破棄またはリセットされると、そのオブジェクトを自動的に破棄し、メモリを解放します。

#include <memory>
// Declaring and defining a unique pointer
auto rightful_king_of_england = std::make_unique<std::string>("Excalibur");

// Unique pointers cannot be copied or assigned
auto mordred = rightful_king_of_england; // Error: Cannot copy a unique_ptr

std::make_unique()の利点

std::unique_ptrを作るときは、newを直接使ってメモリを確保するよりも、std::make_unique()を使うのが好ましいです。 std::make_unique()には、いくつかの利点があります。

1. 例外安全性: std::make_unique()は例外安全性を保証します。 オブジェクトの構築中に例外が投げられた場合、メモリは自動的に解放され、メモリリークを防ぎます。
2. 明確さ: std::make_unique()を使うと、コードがより明確で簡潔になります。 テンプレート引数が自動的に推論されるので、確保する型を明示的に指定する必要がありません。
3. 最適化の余地: コンパイラーは、newで手動でメモリを確保するよりもstd::make_unique()を効果的に最適化できる余地があり、パフォーマンスが向上する可能性があります。
4. 誤用の回避: std::unique_ptrを手動で構築した場合、その基になるリソースを削除できてしまいます。 std::unique_ptrがスコープの終わりにそれを削除しようとすると、未定義動作につながります。

共有ポインター

std::shared_ptrは、複数のstd::shared_ptrオブジェクトが同じリソースの所有権を共有できるスマートポインターです。 リソースを参照している共有ポインターの数を数えておき、そのリソースを所有する最後の共有ポインターがスコープを抜けるか、リセットされたときにだけメモリを解放します。

// Declaring and defining a shared pointer to a dynamically allocated string
auto martian_congressional_republic = std::make_shared<std::string>("protomolecule");

// Creating more shared pointer that shares ownership
auto outer_planets_alliance = martian_congressional_republic;
auto united_nations = martian_congressional_republic;

std::make_shared()の利点

std::make_unique()と同様に、std::make_shared()には、メモリ効率の向上、例外安全性、読みやすさといった利点があります。 コントロールブロックと管理対象オブジェクトのメモリ確保を1つの操作にまとめるので、効率が上がり、メモリリークのリスクが減ります。 さらに、テンプレート引数が自動的に推論されることで、コードが簡潔になり、読みやすさも向上します。 C++でstd::shared_ptrオブジェクトを扱うとき、std::make_shared()を使うと、よりクリーンで安全、かつ効率的なコードになります。

使い方の指針

基本的にはスマートポインターを使いましょう。独占的な所有にはstd::unique_ptr、共有の所有にはstd::shared_ptrです。 生のポインターは、所有権を持たない参照や、レガシーコードとやり取りするときに取っておきましょう。 ほとんどの場合、独占的な所有にはstd::unique_ptrで十分です。参照カウントのオーバーヘッドなしに、軽量なメモリ管理を提供してくれるからです。 本当に共有の所有が必要でない限り、std::shared_ptrは控えめに使うべきです。オーバーヘッドと複雑さを持ち込むからです。