Programming language · 1985年公開

C++

C++はCの性能とハードウェア制御にクラス、テンプレート、RAIIなどの抽象化を加えたコンパイル言語で、ゲームエンジンからシステムソフトウェアまで幅広く使われています。

C++は、ビャーネ・ストロヴストルップ(Bjarne Stroustrup)がベル研究所で「C with Classes」という名前で始めた汎用プログラミング言語です。Cとの高い互換性を保ちながら、クラス、テンプレート、例外、演算子オーバーロードなどを加えており、現在はISOの委員会(WG21)が標準を管理しています。C++11以降はおよそ3年ごとに新しい標準が出ており、C++17やC++20を経て「モダンC++」と呼ばれる、より安全で表現力の高い書き方が定着しました。

C++が力を発揮するのは、実行性能やメモリ配置を細かく制御する必要がある分野です。ゲームエンジン、Webブラウザ、データベース、コンパイラ、金融取引システム、組み込み機器など、レイテンシや資源の使い方が重要なソフトウェアが代表例です。「使わない機能にはコストを払わない」というゼロオーバーヘッドの原則により、高水準の抽象化を使いながら、手書きの機械語に近い効率を得られます。

これから学ぶなら、まずお使いのOSに合ったコンパイラ(WindowsならVisual StudioのMSVC、macOSならXcodeコマンドラインツールのClang、Linuxならg++)を入れ、短いプログラムを自分でコンパイルしてみることをおすすめします。文法の学習にはlearncpp.comのような入門講座を、標準ライブラリの確認にはcppreference.comを手元に置くと便利です。最初からstd::vector、std::string、スマートポインタといった標準ライブラリの道具を使う習慣をつけると、手動のメモリ管理によるミスを大きく減らせます。

特徴

ゼロオーバーヘッドの抽象化

クラス、テンプレート、インライン関数などの抽象化を使っても、手書きの低水準コードに近い機械語にコンパイルされ、使わない機能にはコストがかかりません。

RAIIによる決定的な資源管理

オブジェクトがスコープを抜けるとデストラクタが自動で呼ばれるため、メモリ、ファイル、ロックなどの資源をガベージコレクタなしで予測どおりに解放できます。

テンプレートと標準ライブラリ

テンプレートで型に依存しないコードを書くことができ、標準ライブラリは実績のあるコンテナ、アルゴリズム、文字列、スレッド機能を提供します。

マルチパラダイムと継続的な標準化

手続き型、オブジェクト指向、ジェネリック、関数型のスタイルを組み合わせられ、C++20のコンセプトやレンジのように標準も進化を続けています。

主な用途

ゲームエンジンとリアルタイムグラフィックス
ブラウザやデータベースなどの大規模システムソフトウェア
組み込み・OSレベルのプログラミング
高性能計算と金融取引システム

インストール

1
コンパイラのインストール
WindowsではVisual Studioをインストールし、「C++によるデスクトップ開発」ワークロードを選ぶとMSVCコンパイラが入ります。macOSではターミナルでxcode-select --installを実行し、Xcodeコマンドラインツール(Clang)を入れます。Debian・Ubuntu系のLinuxでは、次のコマンドでg++とCMakeをインストールします。
```
sudo apt install build-essential cmake
```
2
インストールの確認
新しいターミナルを開き、コンパイラのバージョンが表示されることを確認します。macOSではg++コマンドがApple Clangを指します。Windowsでは「Developer Command Prompt for VS」を開いてclを実行すると、MSVCのバージョンを確認できます。
```
g++ --version
```
3
最初のプログラムをビルド
hello.cppをC++20標準と警告オプションを有効にしてコンパイルし、実行します。WindowsのMSVCでは、cl /EHsc /std:c++20 hello.cppでコンパイルしてhello.exeを実行します。
```
g++ -std=c++20 -Wall -Wextra -o hello hello.cpp && ./hello
```

はじめてのプログラム

Hello, world! を表示する

#include <iostream>で標準入出力ライブラリを読み込みます。main関数はプログラムの開始点で、<<演算子で文字列をstd::coutに送ると画面に表示されます。return 0はプログラムが正常に終了したことをOSに伝えます。g++に-std=c++20を渡してC++20標準でコンパイルし、生成されたhelloを実行します。

hello.cpp

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, world!\n";
    return 0;
}

g++ -std=c++20 -o hello hello.cpp && ./hello

よく使うツール

CMake: クロスプラットフォームのビルド設定ツールです。1つのCMakeLists.txtからVisual Studio、Ninja、Make向けのビルドファイルを生成でき、C++プロジェクトの事実上の標準になっています。
Clang: LLVMベースのC++コンパイラで、読みやすいエラーメッセージが特徴です。付属のclang-formatとclang-tidyでコード整形や静的解析も行えます。
GDB: GNUプロジェクトのデバッガです。ブレークポイントを置き、変数を調べ、1行ずつ実行しながら、プログラムのどこで問題が起きているかを突き止められます。
vcpkg: Microsoftが開発したオープンソースのC++パッケージマネージャです。外部ライブラリを取得・ビルドし、CMakeプロジェクトに簡単に組み込めます。

ステップごとのガイド

インストールから C++ の中心となる考え方まで、6 章で順を追って学びます。

公式ドキュメント・参考資料

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