C++20 modules

https://zenn.dev/mai/scraps/c5ac3e77778446 をスライド形式にまとめたものです。
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1. C++20 Modules https://github.com/buyoh
2. 補足 本スライドは以下の記事を纏めたものです https://zenn.dev/mai/scraps/c5ac3e77778446
3. Index 話すこと • C++規格について • Module の利点 • Precompiled header 話さないこと • Module の実⽤的な使い⽅ • 詳細な仕様
4. Note 本スライドは C++20 Modules の積極的な利⽤を 推奨するものではない • 今は使わないほうが良い • Google C++ Style Guide「Do not use C++20 Modules.」 規格で定義されたものと処理系依存を混ぜて説明することがある
5. Reference - GCC https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/C_002b_002b-Modules.ht ml - Clang https://clang.llvm.org/docs/StandardCPlusPlusModules.html - C++ ⽇本語リファレンス https://cpprefjp.github.io/lang/cpp20/modules.html - Standard for Programming Language C++ https://isocpp.org/files/papers/N4861.pdf
6. Environment • Ubuntu 22.04 • Clang LLVM 19.1.0 • ❌ Ubuntu 22.04 の apt から取得できるもの (clang 14) 致命的なバグあり
7. C++ standard • 3 年ごとに更新 ◦ C++20 ← 2020年 • C++11 と C++20 は⼤型アップデートと呼ばれがち （本当にかゆいところに⼿が届くのは次のバージョンから） C++11 • constexpr • 右辺値参照 • スマートポインタ C++20 • coroutine • concept • module
8. C++ standard • 3 年ごとに更新 ◦ C++20 ← 2020年 • C++11 と C++20 は⼤型アップデートと呼ばれがち （本当にかゆいところに⼿が届くのは次のバージョンから） C++11 • constexpr • 右辺値参照 • スマートポインタ C++20 • coroutine • concept • module C++23 • 標準ライブラリ module 化
9. C++ Modules ⼀⾔で説明すると： ヘッダーファイル‧ソースファイルに代わる 新たなファイル分割の仕組み
10. C++ sample code (header style) hello.cpp hello.h main.cpp ライブラリ ユーザコード
11. C++ sample code (header style) ビルドコマンド hello.cpp main.cpp hello.o main.o ./main
12. ライブラリ ユーザコード C++ sample code (module style) ※拡張⼦は開発環境(MSVC/Clang/GCC)で異なる example.hello .cpp example.hello .cppm main.cpp
13. C++ sample code (module style) 翻訳単位(translation unit) - グローバルモジュールフラグメント (global module fragment) - モジュールを使⽤しない部分 - プライマリモジュールインターフェース (primary module interface) - ヘッダの置換となる翻訳単位 - モジュール実装ユニット (module implementation unit) - 実装の置換となる翻訳単位 （他にもある）（パーティションとか）
14. C++ sample code (module style) global module fragment 従来の形式のヘッダをインクルードする main関数 primary module interface ヘッダに相当 module implementation unit 実装に相当
15. C++ sample code (module style) インターフェースのプリコンパイルが必要 pcm のファイル名はモジュール名前と同じにする
16. C++ sample code (module style) インターフェースのプリコンパイルが必要 pcm のファイル名はモジュール名前と同じにする → プリコンパイル済みファイルを探すため
17. Summary • C++20 について • ファイル分割されたC++コードのビルド⽅法 • ヘッダファイル形式とモジュール形式の違い ◦ オブジェクトファイルとソースファイルの関係について、 ⼤きな違いはない
18. Merit • #include を書かなくて良い！！！ • モジュールリンケージの追加で可視
19. #include preprocessor directive ⾏にテキストファイルを挿⼊する
20. #include preprocessor directive ⾏にテキストファイルを挿⼊する 悪⽤例 適⽤後コンパイルエラーにならなければok objcopy を使うべき
21. #include preprocessor directive デメリット include される度にソースコードを解析しなければならない hello.cpp hello.h main.cpp hello.o main.o ./main 2回解析される
22. Precompiled header コンパイラ独⾃機能 事前にヘッダを中間ファイル(Precompiled header)にビルドする キャッシュファイルで、オブジェクトファイルではない hello.cpp hello.h main.cpp hello.o main.o ./main hello.h.pch
23. Precompiled header • GCC は gch、clang は pch • ヘッダファイルと同じ場所に⽣成 CMake 等で⾃動⽣成したヘッダファイルを PCH する hello.cpp hello.h main.cpp hello.o main.o ./main hello.h.gch
24. Compile modules module 機能を使うと Precompiled header の利点が得られる
25. Compile modules Precompiled header のビルドに酷似 ⽣成されたファイルは Built Module Interface (BMI) と呼ばれる ※ GCC では Compiled Module Interface (CMI) hello.cpp hello.cppm main.cpp hello.o main.o ./main hello.pcm
26. Compile modules BMI ⽣成後であってもソースコードは参照される コンパイルに必要 hello.cppm main.cpp main.o hello.pcm
27. Summary • ヘッダは include される度に解析される • Precompiled Headers (処理系依存) ヘッダを事前にビルドしてビルド時間を⾼速化する • モジュールは、Precompiled Headers を扱いやすくしたもの • モジュールのインターフェースは BMI と呼ばれる 中間ファイルに変換される
28. おまけ: Linkage • No linkage ◦ 関数スコープ内で定義されるものなど • Internal linkage ◦ static int v; 翻訳単位の外からアクセスできない • External linkage ◦ int v; 外部からアクセスできる • Module Linkage (追加) ◦ モジュールのみ公開
29. おまけ: Linkage • Module Linkage (追加) ◦ モジュール内のみで利⽤可能 ◦ シンボルは公開される (External linkage) ▪ dlopen, dlsym で参照可能 ▪ ChatGPTは隠せるとか⾔ってくるので注意
30. おまけ: Symbols シンボルにモジュールの情報が含まれるようになる nmで参照できるデマングル後のシンボル名は次のように変化： エクスポートしたものの直後に「@モジュール名」が追加 例: Table クラスをエクスポート base::Table@example.base::operator()(int, int)
31. end