更新履歴？

18/06/20 初あっぷ。誤植とかあるかも。

前置き(駄文かも)

この記事はFDPS講習会で開催されるチュートリアルセクションのひとつ、
「FDPSを使うのに必要な知識はCとほんの少しのC++って言うけどほんの少しってどれくらい？」
のWeb版です。
探せばYouTubeにこのチュートリアルの動画が上がっていると思うんですが、
自分の不細工な顔をYouTubeで見られるのが嫌なのでこれを作りました。
~~(バーチャルユーチュバーシステムでやりたいんだけどだめですかねぇ？)~~

本稿では、以下の2つに関しては知っているものと仮定し、解説はいたしませぬのでご留意ください。

FDPSとはなにか
Cの文法

FDPSを使う際に必要とされるC++

FDPSを使う際、必要とされるC++の知識は以下の3つである。

クラス
メンバ関数
テンプレート

以下では、この3つそれぞれに対して、

それはなにか？
それを使う事によるメリットはなにか？
それはFDPS内でどのように使われているか？

に関して説明する。

クラス

クラスとはなにか？

C++においてクラスとは、複数のデータを一つにまとめたものを示す。
このものは、C++において、型として振る舞うことが可能である。
C言語における構造体/structという概念を理解している場合、それとほぼ変わらないものであると思って構わない。

例

二次元平面上で定義される点$(x, y)$を、複数作る場合を考える。
例えば倍精度(double)で64個の点を作る場合、クラス無しでは、こうである。

int main(void){
    double x[64], y[64];
    /**********\
    | なにか処理 |
    \**********/
    return 0;
}

クラスを使うと、この様になる。

class vec{
    public:
    double x, y;
};

int main(void){
    vec point[64];
    /**********\
    | なにか処理 |
    \**********/
    return 0;
}

見慣れないpublic:というなにかに関しては、今は一旦無視しておいてよい。

クラスの構成要素へのアクセスは、.を用いる。
例えば、配列pointの0番目の要素のx座標を書き込みたいないしは読み込みたい場合、

class vec{
    public:
    double x, y;
};

int main(void){
    vec point[64];
    point[0].x = 1.0;
    return 0;
}

とすればよい。

また、クラスはクラスを内包できるため、例えば何かの粒子というクラスがあったとして、
粒子クラスが座標と速度という２つのvecクラスを持つ場合、

class vec{
    public:
    double x, y;
};

class particle{
    public:
    vec position, velocity;
};

と書くことが許される。
もちろん、質量や加速度をもたせることも可能である。

クラスのメリット

サブルーチンに値を送る際に楽

クラスを用いると、サブルーチンに値を送る際に楽である。
例えば、座標を引数にとって何かしらを計算するサブルーチンが存在する場合、
クラス無しで書くと

void calcSomething(double x[], double y[]){
    //calculate something
}

であるが、クラスを用いると

void calcSomething(vec position[]){
    //calculate something
}

と書くことができる。
当然、クラスを内包するクラスも引数に持たせることが可能なため、粒子構造体を送って、

void calcSomething(particle ptcl[]){
    //calculate something
}

と書くことが可能である。

あとからデータの付け足しが楽

クラスを用いると、サブルーチンに送る値をあとから付け足す際に便利である。
例えば、

void calcSomething(double x[], double y[]){
    //calculate something
}

を3次元に拡張したくなった際には、

void calcSomething(double x[], double y[], double z[]){
    //calculate something
}

とすればよい。
しかしながら、このようなサブルーチンが多数存在している場合、すべてのサブルーチンを書き換えなくてはならない。

一方で、クラスを使う場合は、元のクラスにデータを書き足せば良い。

class vec{
    public:
    double x, y, z;
};

こうすれば、サブルーチンcalcSomethingの引数は一切変える必要がない。

クラスはFDPS内でどのように使われているか？

FDPSには、ベクトルクラスが用意されている。
これは、PS::F64vecなどといった名前で定義されている。
故に、質量、位置ベクトル、速度ベクトル、加速度ベクトルを持つような粒子クラスを定義する場合、

class particle{
    public:
    PS::F64 mass;
    PS::F64vec pos, vel, acc;
};

などと書くことが可能である。

メンバ関数

これから書く

テンプレート