【C++17】構造化束縛とstd::optionalでコードがスッキリする

はじめに

C++17は大型アップデートで、ものすごく便利な機能がたくさん追加された。

構造化束縛を使えるようになると、「C++17以前には戻れない」と思うようになるよ。

1. 構造化束縛

複数の値を一度に分解：

// ペア
pair<int, string> p = {42, "answer"};
auto [num, str] = p;

// タプル
tuple<int, double, string> t = {1, 3.14, "pi"};
auto [a, b, c] = t;

// 配列
int arr[] = {10, 20, 30};
auto [x, y, z] = arr;

// 構造体
struct Point { int x, y; };
auto [px, py] = Point{100, 200};

// mapのイテレーション
for (const auto& [key, value] : my_map) {
    cout << key << ": " << value << endl;
}

2. if constexpr

コンパイル時分岐：

template<typename T>
string type_name() {
    if constexpr (is_integral_v<T>) {
        return "integral";
    } else if constexpr (is_floating_point_v<T>) {
        return "floating point";
    } else {
        return "other";
    }
}

type_name<int>();    // "integral"
type_name<double>(); // "floating point"

3. if/switch 初期化文

スコープを限定した変数宣言：

// if文
if (auto it = m.find("key"); it != m.end()) {
    cout << it->second << endl;
}
// itはここでスコープ外

// switch文
switch (int val = compute(); val) {
    case 0: /* ... */ break;
    case 1: /* ... */ break;
}

4. std::optional

値があるかもしれない型：

#include <optional>

optional<int> find_value(vector<int>& vec, int target) {
    auto it = find(vec.begin(), vec.end(), target);
    if (it != vec.end()) return *it;
    return nullopt;
}

auto result = find_value(vec, 42);
if (result) {
    cout << *result << endl;
}

// デフォルト値
cout << result.value_or(-1) << endl;

// メソッド
result.has_value();  // 値があるか
result.reset();      // 値をクリア

5. std::variant

型安全な共用体：

#include <variant>

variant<int, double, string> v;

v = 42;
cout << get<int>(v) << endl;

v = "Hello";
cout << get<string>(v) << endl;

// 現在の型を確認
v.index();                         // 2
holds_alternative<string>(v);      // true

// visitor
visit([](auto&& arg) {
    cout << arg << endl;
}, v);

6. std::any

任意の型を保持：

#include <any>

any a = 42;
cout << any_cast<int>(a) << endl;

a = string("Hello");
cout << any_cast<string>(a) << endl;

// 型チェック
a.has_value();
a.type().name();

// 間違った型でキャストすると例外
try {
    any_cast<int>(a);  // bad_any_cast
} catch (const bad_any_cast& e) { }

7. std::string_view

文字列の軽量な参照：

#include <string_view>

void print(string_view sv) {
    cout << sv << endl;
}

print("literal");      // コピーなし
print(some_string);    // コピーなし

// 部分文字列
string_view sv = "Hello World";
sv.substr(0, 5);       // "Hello"（コピーなし）
sv.remove_prefix(6);   // "World"

利点：

• メモリ割り当てなし
• const char*とstringの両方を受け取れる

8. 折り畳み式

可変長テンプレートの処理を簡潔に：

// 右畳み込み
template<typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (args + ...);
}

// 左畳み込み
template<typename... Args>
void print_all(Args... args) {
    ((cout << args << " "), ...);
}

sum(1, 2, 3, 4, 5);       // 15
print_all("a", "b", "c"); // a b c

9. インライン変数

ヘッダーで変数を定義：

// header.h
struct Config {
    inline static const string version = "1.0.0";
    inline static int counter = 0;
};

ODR（One Definition Rule）違反を防げる。

10. constexpr lambda

ラムダ式をコンパイル時に評価：

constexpr auto square = [](int n) constexpr {
    return n * n;
};

constexpr int result = square(5);  // 25

// 配列サイズに使用可能
int arr[square(3)];  // int arr[9]

11. ネストした名前空間

// C++14以前
namespace A { namespace B { namespace C {
    void func();
}}}

// C++17
namespace A::B::C {
    void func();
}

12. 属性

// [[nodiscard]] - 戻り値を無視すると警告
[[nodiscard]] int compute();

// [[maybe_unused]] - 未使用の警告を抑制
[[maybe_unused]] int x = 42;

// [[fallthrough]] - 意図的なフォールスルー
switch (x) {
    case 1:
        do_something();
        [[fallthrough]];
    case 2:
        do_more();
        break;
}

13. std::filesystem

ファイルシステム操作：

#include <filesystem>
namespace fs = filesystem;

fs::path p = fs::current_path();
fs::path file = p / "test.txt";

// パス操作
file.filename();     // "test.txt"
file.extension();    // ".txt"
file.parent_path();  // 親ディレクトリ

// ファイル操作
fs::exists(file);
fs::is_directory(p);
fs::file_size(file);
fs::remove(file);
fs::copy(src, dst);

14. std::clamp

値を範囲内に制限：

clamp(10, 0, 100);   // 10
clamp(-5, 0, 100);   // 0
clamp(150, 0, 100);  // 100

15. map の新メソッド

map<string, int> m;

// try_emplace: キーが存在しなければ追加
m.try_emplace("key", 1);     // 追加
m.try_emplace("key", 100);   // 既存なので無視

// insert_or_assign: 存在すれば更新
m.insert_or_assign("key", 100);  // 更新

まとめ

機能	説明
構造化束縛	auto [a, b] = pair
if constexpr	コンパイル時分岐
if初期化	if (auto x = ...; cond)
optional	値があるかもしれない型
variant	型安全な共用体
any	任意の型
string_view	軽量な文字列参照
折り畳み式	(args + ...)
inline変数	ヘッダーでの変数定義
filesystem	ファイル操作