C++のライブラリを簡単に眺めてみよう

C++のライブラリを
簡単に眺めてみよう
H.Hiro @ Sapporo.cpp
http://hhiro.net/
Twitter: @h_hiro_ github: maraigue
2017/3/19 1でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会

自己紹介
H.Hiro
• 札幌（30年ちょっと在住）→名古屋（そろそろ3年目）
• 現在札幌在住じゃないけどSapporo.cppの運営やってます
• 情報系の研究の仕事してます
• 仕事ではC++がメイン、個人的にはRubyをよく使う、
最近Pythonをたまに使ったり
2017/3/19 2でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会

今日話すこと
• C++の標準ライブラリを簡単に巡ってみる
– 細かい機能までは立ち入りません
• C++を使ったことがない方：
– 「C++では標準でこんなことができるよ！」と
いうのを知ることで、C++利用の助けになってほしい
– 「他の言語を利用しているけどC++はまだ」って
方は、ぜひ比較しながら眺めてみてほしい
• C++を使っているという方：
– 意外と知らないライブラリが見つかるかも？
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 3

C++の標準ライブラリ
• C言語のような不便さは想像しないでほしい。
それと比べるとかなり充実している
– オブジェクト指向が言語に取り入れられているため
ライブラリ設計がしやすいという事情もあるかと
• 標準規格が進化し続いている
（C++98→ C++03→C++11→C++14→C++17…）
– 最近のコンパイラを導入すれば、少なくとも
C++11の機能はだいたい対応しているはず
– コンパイラで対応してなくても、Boost C++ Library
で類似の機能が使える場合が多い
– 以下本文中では、「C++11で規格化」のことを
記号「*11」で表します（*14、*17も同様）
2017/3/19 4でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会

リファレンスを見てみる
• 日本語だと https://cpprefjp.github.io/
• 英語だと http://en.cppreference.com/w/
が有名だろうか。
MSDNを読むこともあるかな。
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 5

• https://cpprefjp.github.io/
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 6

• https://cpprefjp.github.io/
• ずらっと
並んでます
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 7

解説
• これじゃ何ができるのかわからないよね！
• ということで、私がいくつか分類してみたので
紹介したいと思います
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 8

(1) 基本中の基本
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 9
ヘッダ
ファイル名
内容
iostream
入出力。最初勉強するのにどうしても
必要になるから、みんな遭遇するはず。
fstream ファイル入出力。iostreamと似た使い方。
string 文字列
vector 可変長配列
• 文字列や可変長配列が、C言語のように自前でポインタを
扱わなくても利用できる。
• ほか、スマートポインタ（後述）や参照型（詳細略）
などもあり、C++でポインタを生で扱う必要性は薄い。

(2)プログラム内部の
データフォーマットに (1/2)
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 10
ヘッダ
ファイル名
内容
map
unordered_map*11 連想配列
deque
list
forward_list*11
vectorと似るが計算コストが異なる。
詳しくは私の以前の発表を
https://www.slideshare.net/maraigue/choosing-
typesinstl
utility 「二つの値の組」を表すpair型が便利。
tuple*11 pairと似るが、三つ以上の組も可。
set
unordered_set*11
集合や多重集合。
出現数を数えたり重複を排除したり。

配列や連想配列の注意点
C++では、
["3.14", 3.14, [3, 1, 4]] とか {"foo": "bar", "hoge": 1} など
複数の型の値が混ざった配列や連想配列は
単純には作れない。
• 型の制限が緩い言語ならあまり困らないし、
JavaやC#でもObject型を使えばよいのだけど、
C++でそれらに相当することを（自前で）しようと
するとかなり面倒。
• 作れないわけではない（工夫すれば作れるし
そういう外部ライブラリもある）のだが、ここでは
省略する。
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 11

(2)プログラム内部の
データフォーマットに (2/2)
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 12
ヘッダ
ファイル名
内容
array*11 固定長配列のクラス。
単に arr[10] とかで定義するよりも便利。
bitset
固定長のビット配列（可変長は
vector<bool>を使うという方法あり）。
valarray
vectorと似るが、複数の数値に対して
一括で処理をする（例：すべての要素を
2倍する）に適している。
環境によっては並列最適化される。

• 分数を表すクラス（つまり、分数の加減乗除等ができる）
は、どういうわけか標準化されていない。
私は必要ならboost.rationalを使ったりしている。
(3)数学や統計処理など (1/2)
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 13
ヘッダ
ファイル名
内容
cmath
各種数学関数。
ただし、数学関数でも一部はcstdlibに。
complex 複素数。2次元空間の座標としても。
ratio*11 分数を表す定数。

C言語のライブラリをC++で使う
• 先程の cmath は、C言語の math.h のC++対応版
• 他のC言語のヘッダファイルも同様に#includeできる
• cmathなどを使うと、std::関数名で呼び出すことになる
→グローバル関数を余計に作らなくて済む
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 14
#include <cmath>
int main(void){
double x = std::log(2);
...
}
#include <math.h>
int main(void){
double x = log(2);
...
}

(3)数学や統計処理など (2/2)
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 15
ヘッダ
ファイル名
内容
algorithm
配列等に対し、全要素を見て行う
処理を提供する関数群。「検索する」
「ソート（順に並び替える）」など
numeric
algorithmに似るが、数値関連のものが
ここにある。「全要素の総和」など。
random*11
疑似乱数発生のための各種クラス。
C言語スタイルの乱数（<cstdlib>で可能）
よりもできることはかなり増えている。

「検索する」とか「ソートする」とかが
別のヘッダファイルにある？
• 「検索する」とか「ソートする」とかは、他の言語だと
配列等のメソッドとして定義されているものも多い。
• C++では、std::findやstd::sortなどの関数に
配列等の先頭・末尾を指定するようになっている。
std::vector<int> v = ...;
// 「10」という要素を探してイテレータを返す
auto it = std::find(v.begin(), v.end(), 10);
https://cpprefjp.github.io/reference/algorithm/find.html
• C++の言語仕様の範囲内で、なおかつ
「どんな型でも、所定の要件を満たしていればstd::find
（など）に与えてよい」という仕様にするには
こうするしかなかった？
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 16

(4)文字列関連
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 17
ヘッダ
ファイル名
内容
regex*11 正規表現。
sstream
文字列ストリーム。
標準入出力やファイルに書き出すような
方法で、文字列を生成できる。
string_view*17
（部分）文字列をコピーせずに取得する。
詳しくは私の以前の発表を
https://www.slideshare.net/maraigue/boost-21-
c1zstringview

(5)スレッド
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 18
ヘッダ
ファイル名
内容
thread*11 スレッド。複数の処理を並行して行う
際に用いる。
future*11 スレッドを使って「他の処理が終わるまで
待つ」という状況を表現する。
condition_
variable*11
指定した条件が満たされるまで、スレッドを
待たせる。
mutex*11 ミューテックスによる排他制御。
atomic*11 アトミック（不可分な）処理のライブラリ。
mutexよりできることは限られるが軽い。

(6)その他
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 19
ヘッダ
ファイル名
内容
iomanip
入出力のフォーマット定義。
「小数点以下～桁まで出力」など。
一部は <ios> に定義。
ios 入出力全般に必要な処理を定義。
chrono 時間・時刻を表現するためのクラスなど。
stdexcept 例外を表すクラスが定義されている。
exception 例外を扱う関数等が定義されている。
filesystem*17 ファイル操作（コピーなど）

(7)上級編 (1/2)
• C++11では他にも無名関数が規格化されるなど、
関数オブジェクト周辺の使い勝手がかなり向上して
います。
• スマートポインタについては次頁で説明します。
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 20
ヘッダ
ファイル名
内容
functional
基本的な関数に対する関数オブジェクト
（加算など）や、function型*11
（関数を保持する型）などを定義。
memory
メモリ管理関連のクラスや関数群。
よく使うのは「スマートポインタ」*11。

スマートポインタとは
• newしたメモリ領域のdeleteを、一定の条件下で
勝手に行ってくれる。
• unique_ptr（newした領域が1か所からしか参照されない
場合に用いる）、shared_ptr（2か所以上でも対応）、
weak_ptr（詳細略）がある。
• C++ではガベージコレクションがないため、
メモリの解放をコントロールすることは重要
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 21

スマートポインタとは
• newしたメモリ領域のdeleteを、一定の条件下で
勝手に行ってくれる。
• unique_ptr（newした領域が1か所からしか参照されない
場合に用いる）、shared_ptr（2か所以上でも対応）、
weak_ptr（詳細略）がある。
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 22
#include <memory>
int main(void){
std::unique_ptr<Cls> obj
= std::unique_ptr<Cls>(new Cls());
...
// newした領域は勝手にdeleteされる
}
int main(void){
Cls * obj = new Cls();
...
delete obj;
}
サンプルコード http://melpon.org/wandbox/permlink/Iqu0g3MF5aRqE9aQ

(7)上級編 (2/2)
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 23
ヘッダ
ファイル名
内容
typeinfo
実行時型情報。
型の名前を得たり、型が同じであるかの
判断が、実行時にできる。
type_traits*11
「ある型にconstを付けたもの」など、
型に対する加工を行う（コンパイル時）。
templateと組み合わせて用いることが
多いだろうか。

おわりに
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 24

おわりに
• C++標準ライブラリをいくつか紹介してきました。
• C++を使っていると比較的問題になりやすい
（こういうことできるだろうか？と考える）ような
標準ライブラリを中心に紹介しました。
• 実際まだもう少しあります。残るヘッダファイル：
<typeindex> <initializer_list> <new> <scoped_allocator> <limits>
<system_error> <deque> <stack> <queue> <iterator> <streambuf>
<locale> <codecvt>
（C言語にもあるもの、紹介したヘッダファイルの機能を限定したもの、
非推奨のもの、C++14以降で規格化されたものは除外）
• これを、「C++の標準ライブラリだけでこんなこと
できるんだっけ…？」と考えるにあたっての
手掛かりにしていただければ幸いです。
2017/3/19 でじぽろ #13 & 札幌C++勉強会 25

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