続・モジュール / Introduction to C++ modules (part 2)
- 1. 続・モジュール 2020-01-28 C++ MIX #7 Tetsuro Matsumura
- 2. 目次 1. モジュールとモジュールユニット 2. モジュールユニットの依存関係 3. パーティション 4. フラグメント 5. ヘッダーユニット 6. パフォーマンス 7. 実装状況 1
- 3. モジュール 2 C++20では、ヘッダーファイルに代わる仕組みとしてモジュールが導入され、 プリプロセッサを用いずにプログラムを分割できる。 // datetime.h #ifndef LIB_DATETIME_H #define LIB_DATETIME_H #include "core.h" namespace lib { … } #endif // datetime.cpp export module lib.datetime; import lib.core; export namespace lib { … } // main.cpp #include "datetime.h“ int main() { … } // main.cpp import lib.datetime; int main() { … }
- 4. モジュールユニットの分類 3 モジュール宣言を含む翻訳単位（モジュールユニット）は、4つに分類できる export module lib.datetime; module lib.datetime; export module lib.datetime:date; module lib.datetime:dateimpl; モジュール実装ユニット ソースファイルに相当 モジュールインターフェースユニット ヘッダーファイルに相当 パーティション: モジュールを分割するのに使う export module lib.datetime; export module lib.datetime:date;export module lib.datetime:date; module lib.datetime:dateimpl;
- 5. モジュールユニットの分類 4 モジュール名が同じなら同じモジュール（モジュールは複数の翻訳単位で構成できる） パーティション名は翻訳単位間でユニーク export module lib.datetime; module lib.datetime; export module lib.datetime:date; module lib.datetime:dateimpl;
- 6. モジュール内の依存関係 5 export module lib.datetime; プライマリーモジュールインターフェースユニット module lib.datetime; モジュール実装ユニット 暗黙的インポート import lib.datetime; モジュールユニット間のインポートの向きは決まっている（依存の循環は禁止） モジュール lib.datetime ⚫ 外からインポートするのは「インターフェース」。 ⚫ 「インターフェース」ではエクスポート宣言ができる。「実装」ではできない。 ⚫ パーティションでないモジュール実装ユニットは、 プライマリーモジュールインターフェースユニットを暗黙的にインポートする 外部からのインポート
- 8. モジュール内の依存関係（パーティション） 7 export module lib.datetime; プライマリーモジュールインターフェースユニット module lib.datetime; モジュール実装ユニット export module lib.datetime:date; モジュールインターフェース パーティション module lib.datetime:impl; モジュール実装パーティション 暗黙的インポート 外部からのインポート パーティションは同一モジュール内でインポートできるモジュール（依存の循環は禁止） モジュール lib.datetime
- 9. インターフェースパーティションと実装パーティション インターフェースパーティション ⚫ インターフェースを分割するためのもの。エクスポート宣言できる。 ⚫ 必ず再エクスポートする必要がある = 外から間接的にインポートされる。 実装パーティション ⚫ エクスポート宣言できない。再エクスポートもできない。 ⚫ モジュール内でプライベートに使う共通コードを置く。 module lib.datetime:impl; export module lib.datetime:date;
- 10. パーティションはいつ使う？ 9 ソースファイルが長いので分けたい場合や、プライベートな物を分けたい場合に適する。 モジュールパーティションの存在は外部からはわからないので、 単独でも使用できるなら、独立したモジュールにしたほうが良い。 export module lib.datetime; export import :date; export import :time; export module lib.datetime:date; export module lib.datetime:time; export module lib.datetime; export import lib.datetime.date; export import lib.datetime.time; export module lib.datetime.date; export module lib.datetime.time; パーティションで分割: 外からは使えない 別のモジュールに分割: 単独でも使える ※モジュール名にはドットが使えるが、特別な意味はない
- 12. グローバルモジュールフラグメント 11 モジュール宣言の前にグローバルモジュールの実装を書ける。 ただし、プリプロセッサしか書けない。 モジュール内ではODRの例外がない。#includeするとほぼODR違反。 ※ 同じトークン列ならODR違反にならないという例外 #includeを書く場合、グローバルモジュールフラグメントに書く。 module; #include <iostream> #include <vector> export module foo; #include "lib.h" //ODR違反！！ void f() { std::cout << "foo" << std::endl; } グローバル モジュール モジュール内部
- 13. プライベートモジュールフラグメント 12 1ファイルでインターフェースと実装を分ける機能 ※ これを使う場合、モジュールは1つの翻訳単位しか持てない export module foo; struct foo { foo(); }; module :private; foo::foo(){…} モジュール インターフェース プライベート モジュール フラグメント プライベートモジュールフラグメント内ではエクスポート宣言できない。 外部から到達可能にはならない。 → いわゆる “detail名前空間”に最適
- 15. ヘッダーユニット 14 一部のヘッダーファイルをモジュールとしてインポートできる機能。 export module foo; import <iostream>; void f() { std::cout << "foo" << std::endl; } ⚫ 効果は#includeとほぼ同じ（マクロも取り込まれる） ⚫ 別の翻訳単位としてコンパイルされインポートされる ⚫ C++ライブラリヘッダーと処理系定義のヘッダーがインポートできる ※ <cmath>などのC互換ライブラリは不可 処理系によってはユーザーが指定できる ⚫ 処理系は#includeをimportに置換できる
- 19. 実装状況 18 すべて実装している処理系はまだ存在しない。 ⚫ モジュールインターフェース、モジュール実装までは動く。 (GCC/Clang/MSVC) Wandboxでも実行可能: https://wandbox.org/permlink/lf6IvzvuFR8voprK ⚫ Visual Studio 2019 16.5でグローバルモジュールフラグメント、パーティション、 ヘッダーユニットが実装。ユーザー指定のヘッダーユニットも動く。 https://devblogs.microsoft.com/cppblog/c-modules-conformance- improvements-with-msvc-in-visual-studio-2019-16-5/
- 20. 19 まとめ ⚫ #includeに代わる仕組みとしてモジュールが導入された ⚫ プリプロセッサを用いずにプログラムを分割できる ⚫ ファイル構成はそれほど変わらない ヘッダーファイル ≃ モジュールインターフェースユニット ソースファイル ≃ モジュール実装ユニット ⚫ ヘッダーファイルから緩やかに移行できる (ヘッダーユニット) ⚫ モジュールで速くなるかは断言できない ⚫ 実装は進んできている
- 21. 20 参考リンク ⚫ Working Draft, Standard for Programming Language C++ - 10. Modules http://eel.is/c++draft/module ⚫ cpprefjp モジュール https://cpprefjp.github.io/lang/cpp20/modules.html ⚫ ［C++］モジュール理論 基礎編 https://onihusube.hatenablog.com/entry/2019/07/07/025446 ⚫ ［C++］モジュール理論 上級編（魔境編） https://onihusube.hatenablog.com/entry/2019/07/17/183137