JavaとかC#とか最近の言語使いのためのC++入門

C++は古いCとの互換性を保っており、C使いがその習慣そのままプログラムを書くことも多いため、古い印象がありますが、非常にモダンなプログラムの書き方にも対応している言語です。最新のC++ではポインタなどは全く使わないことが推奨されていそうなレベルです。モダンな言語を知っている人の観点から、C++の紹介をします。

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1. JavaとかC#とか 最近の言語使いのためのC++入門 C++はやればできる子です
2. 極めて高級な言語の普及 C++は比較的低級なので難し く感じる Ruby とか C#と か Java とか 2 初めて学習する言語が極めて高級であることが増えてきている
3. 高級な言語と低級な言語 低級 難しい 低級じゃないと実現 できないことが たくさんの複雑な仕 様には向かない 高級 簡単 一般的なことしかでき ない たくさんの複雑な仕 様に向く 3
4. C++は本当に低級な部分から学ぶべき？ • 「標準C++を新しい言語として学ぶ」 • 「ストラウストラップのプログラミング入門」 – Cと互換の部分の一部はC++の中でも、特に初心者 は触るべきではない応用部分 – 初心者はもっとC++の基本部分から学ぶべき • つまり、C#などと似た部分から学ぶべき 4 C++はCの拡張だ からCから学ぶのが 良い？ それは間違いです
5. C++の適用範囲 • Cと同じことも、C#と同じこともできます C C# Java Visual Basic C++ 5
6. メモリ管理 JavaやC#にくらべ、C++ のメモリ管理は難しいとい われています そんなことはあ りません。良い 方法はいくつも 用意されていま す。 6
7. メモリ管理(スコープ) • スコープ – Cからある仕組み – 確保したメモリは、スコープの終わりで破棄 for (int i = 0; i < 5; i++) { string s = "ABC"; cout << s << endl; } 7
8. メモリ管理(クラス) • スコープで解決できない問題 – オブジェクト指向では、データが塊としてツリー上 に確保される – ツリーの枝は、最初に確保したプログラムのあず かり知らぬところで増えたり減ったりする • クラスを使って解決(RAII) – メンバ変数にポインタを利用していなければ、ス コープと同じように破棄される – ポインタの参照先は、自インスタンスが破棄され る時に、子インスタンスを責任を持って破棄する 8
9. メモリ管理(スマートポインタ) • クラスで解決できない問題 – 戻り値などで、オブジェクトの外に出されるオブ ジェクトはクラスでは管理できない • スマートポインタ(std::shared_ptr) – 参照カウンタ方式で、使われなくなったら自動的 にガベージコレクト 9 shared_ptr<ofstream> getStream() { return make_shared<ofstream>("C:¥test.txt"); } いっそこれだけしか使わない ことにすれば、C#やJavaと ほぼ同じになります。
10. ポインタ C++はポインタを使わな くてはならないから難し い、と言われています 実際には、使おうと思 わなければ無理に使 う必要はありません。 10
11. ポインタ(参照) • 参照 – 引数の参照渡しは参照を渡せばよい – ポインタとか意識せずそのまま使えます。 • JavaとかC#と同じ。 void func(int& a) { a += 2; } 11
12. ポインタ(配列・文字列) • 配列はポインタを意識しないといけません – std::vectorとかを使いましょう • 文字列もポインタを意識しないといけません – std::stringを使いましょう vector<int> v; string s = "AAA"; 12
13. ポインタ(イテレータ) • コレクションを頭から順番に利用するときにポ インタが使われます – イテレータを使いましょう – Range based forも使えます 13 for (auto it =begin(vec); it !=end(vec); ++it) { cout << *it << endl; } for(auto item : vec) { cout << item << endl; }
14. ポインタ(スマートポインタ) • ヒープ領域やポリモーフィズムを使うときはポ インタが必要 – スマートポインタを使いましょう 14 shared_ptr<ofstream> getStream() { return make_shared<ofstream>("C:¥test.txt"); }
15. ポインタ(その他) • まれに、これまで挙げた手段が使えない場合 もあります – 引数に関係ない – 配列や文字列ではない – ポインタ演算は行わない – メモリ管理に関係ない • ポインタの難しい部分を全く使わないので、 心配せずにポインタを使いましょう 15
16. C++で利用できる機能 C++は古くて機 能が少ない？ そんなことはあ りません 16
17. C++で利用できる機能 C++で 利用で きる機能 Cの機能 オブジェク ト指向 ジェネリッ クプログラ ミング 型推論 高階関数 標準C++ ライブラリ Boost constexpr 17
18. Cの機能 • かなり高度なことはできます 18 C標準ライブ ラリ 型シ ステ ム 構造 体 列挙 体 共用 体 C++の新しい機能に置き換えられているものも多いので、 できるだけそっちを使いましょう
19. オブジェクト指向 • C#やJavaにできることは大体できます • C#やJavaにできないこともできます 19 多重継承 =演算子などのオーバーロード ムーブセマンティック 他 大変多機能 で複雑です
20. ジェネリックプログラミング 20 • C++なのになんとダックタイピング。 • Dll化が不可能で、ヘッダで配布する必要がある。 • エラーが出たときの解析が非常に大変。 C#やJavaと違って、型システムではなく、テキスト展開 • 型ではなく数字を取るようなことはC#やJavaには不可能 • テンプレートメタプログラミング ただし、問題点はあれ、機能的には大変高機能。
21. ジェネリックプログラミング • 同じvectorクラスがfloatにもstringにも使え、 型チェックも行われます。 21 vector<double> vf { 0.3, 0.2, 0.1 }; vf.push_back(0.4); sort(begin(vf),end(vf)); double f = vf[0]; vector<string> vs { "CCC", "BBB", "AAA" }; vs.push_back("DDD"); sort(begin(vs),end(vs)); string s = vs[0];
22. 型推論 • 型推論 – コンパイラにわかるものはコンパイラに任せる 22 shared_ptr<map<string, int>> v = make_shared<map<string, int>>(); auto v = make_shared<map<string, int>>();
23. 型推論 • オブジェクトの生成時に力を発揮します 23 map<string, vector<int>> m; vector<int> v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); m["A"] = v; v.clear(); v.push_back(4); v.push_back(5); m["B"] = v; v.clear(); v.push_back(6); v.push_back(7); v.push_back(8); v.push_back(9); m["C"] = v; map<string, vector<int>> m { {"A", {1, 2, 3}}, {"B", {4, 5}}, {"C", {6, 7, 8, 9}} };
24. 高階関数 char* data[] = {"Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell"}; char deleted = 'O'; resultNum = 0; for(i = 0; i < dataNum; i++){ /* 頭文字がbad以外のもののみを結果として抽出 */ if(data[i][0] != deleted){ result[resultNum++] = data[i]; } } /*文字列数でソート*/ for(i = 0; i < resultNum; i++){ for(j = i + 1; j < resultNum; j++){ if(strlen(result[j]) < strlen(result[i])){ tmp = result[i]; result[i] = result[j]; result[j] = tmp; } } } CREATE TABLE #DATA (S VARCHAR(MAX)) INSERT INTO #DATA(S) VALUES('Apple'), ('Microsoft'), ('Google'), ('Dell'), ('Oracle') DECLARE @DELETED CHAR SET @DELETED = 'O' SELECT S INTO #RESULT FROM #DATA WHERE SUBSTRING(S, 1, 1) <> @DELETED ORDER BY LEN(S) C Transact-SQL 24 CとSQLで、同じ処理を書いてみます Cの書き方と比べ、SQLの方が分かりやすいですね
25. 高階関数 • ほかの色々な言語で書いてみます data = %w(Apple Microsoft Google Dell Oracle) deleted = "O" result = data .find_all{|s| !s.start_with? deleted} .sort{|l, r| l.size <=> r.size} Ruby var data = new[] { "Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell" }; var deleted = "O"; var result = from s in data where !s.StartsWith(deleted) orderby s.Length select s; var data = new[] { "Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell" }; var deleted = "O"; var result = data .Where(s => !s.StartsWith(deleted)) .OrderBy(s => s.Length); Dim data = New String() {"Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell"} Dim deleted = "O“ Dim result = From s In data Where Not s.StartsWith(deleted) Order By s.Length Select s C# C# (メソッド構文) Visual Basic 最近の言語は、CよりSQLに近い形で書けるものが多いです。 $data = array('Apple', 'Microsoft', 'Google', 'Oracle', 'Dell'); $deleted = 'O'; $result = array_filter($data, function($s) use ($deleted){return substr($s, 0, 1) != $deleted;}); usort($result, function($l, $r){return strlen($l) - strlen($r);}); PHP 25 List<String> data = Arrays.asList("Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell"); String deleted = "O"; Stream<String> result = data.stream() .filter(s -> !s.startsWith(deleted)) .sorted((l, r)->l.length() - r.length()); Java data = ['Apple', 'Microsoft', 'Google', 'Dell', 'Oracle'] deleted = 'O' result = [x for x in sorted(data, key=len) if not x.startswith(deleted)] Python @data = qw/Apple Microsoft Google Dell Oracle/; $deleted = "O"; @result = sort {length $a <=> length $b} (grep /^[^$deleted].*/, @data); Perl
26. 高階関数 • さらにいろいろ (def data ["Apple" "Microsoft" "Google" "Oracle" "Dell"]) (def delete ¥O) (sort #(< (count %)(count %2)) (filter #(not (= (first %) delete)) data)) Clojure data = ['Apple', 'Microsoft', 'Google', 'Oracle', 'Dell'] deleted = 'O' result = (s for s in data when s.charAt(0) != deleted) result.sort (l, r) -> l.length - r.length CoffeeScript var data = ['Apple', 'Microsoft', 'Google', 'Oracle', 'Dell']; var deleted = 'O'; var result = data.filter((s) => !s.startsWith(deleted); result.sort((l, r) => l.length - r.length); Dart let data = ["Apple"; "Microsoft"; "Google"; "Oracle"; "Dell"] let deleted = "O" let result = data |> List.filter(fun s -> not(s.StartsWith(deleted))) |> List.sortBy(fun s -> s.Length) F# 26 |data deleted result| data ← #('Apple' 'Microsoft' 'Google' 'Dell' 'Oracle'). deleted ← 'O'. result ← data select:[:s | (s beginsWith: deleted) not]. result ← result sortBy:[:l :r | (l size) < (r size)]. Smalltalk var data = "Apple" :: "Microsoft" :: "Google" :: "Oracle" :: "Dell" :: Nil var deleted = "O" var result = data filter(!_.startsWith(deleted)) sortWith(_.size < _.size) Scala let data = ['Apple', 'Microsoft', 'Google', 'Oracle', 'Dell']; let deleted = 'O'; let result = data.filter(s=>s.charAt(0) != deleted); result.sort((l, r)=>l.length - r.length); JavaScript var data = ['Apple', 'Microsoft', 'Google', 'Oracle', 'Dell'] var deleted = 'O' var result = data.filter(s=>s.charAt(0) != deleted) result.sort((l, r)=>l.length - r.length) TypeScript
27. 高階関数 • もっといろいろ 27 let data = ["Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell"] let deleted = "O“ var result = data.filter({ !$0.hasPrefix(deleted) }) result.sort({count($0) < count($1)}) Swift let data = ["Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell"]; let deleted = "O"; let mut result : Vec<&&str> = data.iter().filter(|s| !s.starts_with(deleted)).collect(); result.sort_by(|l, r|l.chars().count().cmp(&r.chars().count())); Rust auto data = ["Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell"]; const deleted = 'O'; auto result = data.filter!(s => s[0] != deleted).array; result.sort!((l, r)=>l.length < r.length); D val data = array("Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell") val deleted = 'O' val result = data.filter{it[0] != deleted} sortBy{it.length} Kotlin NSArray *data = [NSArray arrayWithObjects:@"Apple", @"Microsoft", @"Google", @"Oracle", @"Dell", nil]; NSString *deleted = @"O"; NSIndexSet *filteredIndexes = [data indexesOfObjectsPassingTest: ^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop){return (BOOL)![obj hasPrefix:deleted];}]; NSArray *result = [[data objectsAtIndexes:filteredIndexes] sortedArrayUsingComparator: ^(id l,id r){ NSNumber *lLength = [NSNumber numberWithUnsignedInteger:[l length]]; NSNumber *rLength = [NSNumber numberWithUnsignedInteger:[r length]]; return [lLength compare:rLength]; }]; Objective-C $data = 'Apple', 'Microsoft', Google', 'Oracle', 'Dell' $deleted = 'O' $result = $data | ?{$_ -notlike "$deleted*"} | Sort-Object Length Powershell
28. 高階関数(C++) vector<string> data { "Apple", "Microsoft", "Google", "Oracle", "Dell" }; auto deleted = 'O'; auto newEnd = remove_if(begin(data), end(data), [&](auto s) { return s[0] == deleted; }); data.erase(newEnd, end(data)); sort(data.begin(), data.end(), [](auto l, auto r) { return l.size() < r.size(); }); 28 • C++では
29. ライブラリ 利用者の自 由を縛る言語 利用者に自由 を与える言語 29
30. 標準C++ライブラリ 入出力 文字列 string 正規表 現 数値処理 複素数 分数 言語支援 例外 一般 時間 スマート ポインタ STL(Standart Template Libraly) コンテナ イテレー タ アルゴリ ズム 30
31. 標準C++ライブラリ(スマートポインタ) • ガベージコレクタをライブラリのみで導入 31 shared_ptr<ofstream> getStream() { return make_shared<ofstream>("C:¥test.txt"); }
32. 標準C++ライブラリ(chrono) • 時間を扱う機能 • ユーザー定義リテラルを活用 32 auto time = 5h + 30min + 15s; auto seconds = time.count();
33. 標準C++ライブラリ(入出力) • 入出力 • いろいろな機能がある • C#のToStringのようにクラスごとに出力形式 を定義することも可能 33 //768を右詰で８文字以内で16進数で表示 cout << hex << setw(8) << right << 768 << endl; cout << "定数:" << 3 << endl;
34. 標準C++ライブラリ(std:string) • 文字列クラス – 普通に多機能です – C文字列との相性もばっちり 34 string s = "ABC"; s = s + "DEF"; s.replace(2, 2, "XYZ"); int si = s.size(); const char* c = s.c_str();
35. 標準C++ライブラリ(コンテナ) • std::vector – 配列の代わりに利用できる • std::map – 連想配列 35 vector<int> v = { 1, 2, 3 }; v.push_back(4); int i = v[2]; map<string, double> m; m["A"] = 1.3; m["B"] = 2.5;
36. 標準C++ライブラリ(アルゴリズム) • さまざまなアルゴリズムが可能 – 自作を含めあらゆるクラスのあらゆるコンテナに 使用可 – ダックタイピング 36 vector<string> v { "red", "blue", "green" }; deque<int> l { 3, 5, 4 }; sort(begin(v),end(v), greater<string>()); sort(begin(l),end(l), greater<int>());
37. 標準C++ライブラリ(正規表現) • 正規表現も普通に使えます 37 regex isCsvRow("^¥¥d*(,¥¥d*)*$"); string row = "123,456,789"; smatch subMatchs; if (regex_match(row, subMatchs, isCsvRow)) { }
38. Boost C++のオープンソースライブラリ C++の標準化委員によって設立 標準C++ライブラリに採用されるものも きわめて先進的な機能 ヘッダのみで配布可能なものも多い 38
39. constexpr • コンパイル時実行 39 constexpr int fib(int n) { return n == 0 ? 0 : n == 1 ? 1 : fib(n - 2) + fib(n - 1); } int main() { constexpr auto fib20 = fib(20); }
40. その他C++の利点 • Cの時代から互換性の維持 – 過去のどのような設計手法により書かれたプログ ラムも、動かなくなることがほぼない – 動作速度の互換性すら保証している（ゼロオー バーヘッドの原則） • すべてのパラダイムが平等に、どの組み合わ せでも使える 40
41. C++でできること Cのほぼすべての機能 オブジェクト指向 ジェネリックプログラミング • 高階関数 • 型推論 関数型プログラミング その他先進的な機能 41
42. ではC++に何ができないか • 機能が多すぎる!! – こんなイメージ 42
43. 機能が多すぎる弊害 覚えることが多い JavaとかC#の数倍はある まあこれは覚えればいいだ けなので大したことはない 43
44. 機能が多すぎる弊害 • 可読性が悪くなる 44 C C++ C# - - - STRUCT_A a; STRUCT_A *a = malloc(sizeof(STRUCT_A)); ClassA a; ClassA *a = new ClassA; shared_ptr<ClassA> a = make_shared<ClassA>(); ClassA a = new ClassA();
45. 機能が多すぎる弊害 すべての機能がすべて の組み合わせで使える 組み合わせ 爆発 全部試してみ ないと最適な ものがわから ない 45
46. まとめ • C++は低級なプログラミングもできますが、 JavaやC#と同じように高級なプログラミング もできます。 • 低級な記述もできてしまうため、意識的に高 級なプログラミングをする必要があります。 • だから、むしろJavaやC#に慣れている人の ほうが向いている面があります。 46