【環境構築】MacのC++でstdc++.hやちょっとだけ他言語と比較してみる

ハマったこと

C++のbits/stdc++.hをincludeしたかった。
STLをひとつひとつincludeするのは面倒なので、全部入り神モジュールであるstdc++.hを入れたい。

2つ必要なことがあった。
1️⃣ファイル本体が必要
2️⃣静的解析がエラーを吐く

環境はMacでvimです。

1️⃣ファイル本体が必要

ようはstdc++.hというファイルが、欲しいincludeを死ぬほど大量にincludeしまくってくれてるファイルということ。
だから、欲しいincludeを全部あらかじめincludeしておいたファイルを、1枚だけincludeすれば楽だよねっていうだけ。とくに魔法みたいなことはしてない。

stdc++.hはどこにあるか？
gccの最新を入れると一緒についてくる、gccを入れたくない場合は、ネット上に転がっているファイルを取ってくればいい。
または自分で好きにカスタムすればいい（多すぎるincludeを自前で用意したいならの話）

gccをいれる.sh

brew install gcc

ここにあるはず.バージョン注意

/opt/homebrew/Cellar/gcc/13.2.0/include/c++/13/aarch64-apple-darwin22/

bitsフォルダの下にstdc++.hというファイルがあればOK。

また、一階層上に

/opt/homebrew/Cellar/gcc/13.2.0/include/c++/13/bits

にもbitsフォルダがあり、基本的にincludeはここにあるファイルを参照する。

※ちゃんとこのgccを使えている(which gcc結果が/usr/localなどでなくbrewで入れた/opt/homebrew系であること、リンク貼ったりしたなら別)

例えば

main.cpp

#include <bits/stdc++.h>
int main() {return 0;}

としたとき、/opt/homebrew/Cellar/gcc/13.2.0/include/c++/13の下からbitsフォルダ内のstdc++.hファイルを探す。
gccコンパイル時は、ちゃんとaarch64-apple-darwin22の中のほうまで探して見つけてくれる。

実際のビルドでどういった挙動でincludeを探しているか確認したければ

ビルドの挙動確認.sh

g++ -v main.cpp

とすれば見られる。
余談だが、C++のバージョンを指定してビルドしたければg++ -std=c++20 main.cppとすればよい。

2️⃣静的解析がエラーを吐く

ここで問題。
MacBookPro + vim9.0 + coc.nvim + clangd
だと、2つエラー。

1. clangdの解析では、bits/stdc++.hがないと怒られる
2. 実はこれを解決したあとも、source_locationがどうたらでエラーが出る

では解決しよう。
coc.nvimのextensionで入れるclangdという言語サーバについて
もろもろの設定をカスタムしたい時に、vim-jpのtwitterコミュニティで質問、自己解決したのがこちら。

このように、clangdの設定はさまざま方法があり

1. ~/Library/Preferences/clangd/config.yamlに記載
2. 各プロジェクトごとにcompile_flags.txtに記載（compile_commands.jsonがあればjsonのみ読まれる）
3. 各プロジェクトごとに.clang-formatに記載
4. vimでcoc.nvimなら、ものによって:CocConfigのjsonでもいける

それぞれ、記載できる設定値は公式を参照されたし。
ここでは、インデント幅を4、inlay-hints無効、includeパスを追加の3つだけ紹介する。

インデント幅を4

各プロジェクトフォルダ直下の.clang-formatに以下を記載

IndentWidth: 4

inlay-hints無効

私は共通設定でオフにしたいので
~/Library/Preferences/clangd/config.yamlに以下を記載

InlayHints:
  Enabled: No

coc-settings.jsonなら

.json

{
  "inlayHint.enable": false
}

includeパス

各プロジェクトフォルダ直下のcompile_flags.txtに以下を記載（ついでにバージョンも指定したれ）

-std=c++20
-I/opt/homebrew/Cellar/gcc/13.2.0/include/c++/13/aarch64-apple-darwin22

で、これで終わりじゃなく
source_locationがどうたらでエラーが出るんです。
Macだとこのモジュールだめみたいで、stdc++.hがこれを含んでるからやめろ！といっている。
よって、stdc++.hの中のこのincludeをコメントアウトすれば、clangdからのエラーが出なくなる。

編集しよう.sh

vi /opt/homebrew/Cellar/gcc/13.2.0/include/c++/13/aarch64-apple-darwin22/bits/stdc++.h

91行目に書いてありました。

こちらも参照されたし

また、#if _GLIBCXX_HOSTEDという記述がstdc++.hにあるが
これによって、コンパイルは通るがLSの静的解析ではエラーとなるため
ちゃんとif文の外に必要なものを用意する必要もある。

サンプルstdc++.h

// C++ includes used for precompiling -*- C++ -*-

// Copyright (C) 2003-2023 Free Software Foundation, Inc.
//

// 略

+ #include <algorithm>
+ #include <iomanip>
+ #include <iostream>
+ // 略
+ // ... if文でないエリアに、必要なものを追加する
// 17.4.1.2 Headers

// C
#ifndef _GLIBCXX_NO_ASSERT
#include <cassert>
#endif
#include <cctype>
#include <cfloat>
#include <ciso646>
// 略

// 115行目あたり ↓これの中はLS解析で読まれないっぽい
#if _GLIBCXX_HOSTED
// C
#ifndef _GLIBCXX_NO_ASSERT
#include <cassert>
#endif
#include <cctype>
#include <cerrno>
#include <cfloat>
#include <ciso646>
// ...略
#endif // HOSTED
// ファイル最後尾

ここまでで、gccまるごとstdc++.hの取得とMac用の修正、clangdの設定を行い
エラーなく1行includeでコーディングできる最強環境を手に入れられた。

C++は意外とモダンチックにかけるんだぞ

例えばJavaの拡張forやJavaScriptのfor of、Pythonのfor inのように
for (int i=0; i<N; ++i)とかしなくても良い。

配列でなくvectorまぁようはJavaでいうListみたいなもん。

そもそも1行なら{}を省略もできる。

ということで、すごいざっくりと基本文法を比較してみる。
めっちゃ適当なのであくまで雰囲気だけ味わってください

main_c++20で確認.cpp

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main() {
    int arr[10]; // 配列でなく
    vector<string> vec(10); // vectorだと拡張for文的なの使える
    for (auto& v : vec) cin >> v; // 1行なら{}不要
    for (auto& v : vec) cout << v << endl;
    for (auto& v : vec) if (v == 2) { // ifあってもこんなふうにいける
        cout << v << endl;
    }
    // pythonみたく&&や||をand orで書ける
    if (true and true) cout << "Yeah" << endl; // ここも1行なら{}不要
    else cout << "noop" << endl;

    // ラムダ
    auto echo = [](int arg) -> int {
        return arg;
    }
    // ラムダで再帰 (C++20までで確認)
    auto factorial = [&](auto self, int a) -> int {
        return (a <= 1) ? 1 : a * self(self, a-1);
    };
    cout << factorial(factorial, 5);
    // C++23以降はthis auto selfで常に自身を見られるらしい
    auto factorial23 = [&](this auto self, int a) -> int {
        return (a <= 1) ? 1 : a * self(a-1);
    };
    cout << factorial23(5);

    return 0;
}

Javaならこのへんの話.java

public static void main(略) {
    List<String> list = new LinkedList<>();
    list.add("");
    for (String v : list) {
        System.out.println(v);
    }
    list.filter(""::equals).forEach(System.out::println);
    List<Integer> ii = Arrays.asList(1,2,3,4,5);
    Stream.of([1,2,3]).filter(...).anyMatch(...); // 略
    if (true) {
        System.out.println("Yeah");
    } else {
        System.out.println("noop");
    }
    System.out.println(true ? "Yeah" : "noop");
    Function<String, String> echo = v => v;
}

jsならこのへん.js

list = [0, 1, "2", 3]
ll = [...Array(10)].map((_,i)=>i+1) // 1から連番
for (v of list) console.log(v);
for (v of list) {
    console.log(v)
}
// 2重ビット否定で文字列が数値に
// 0はfalsy
list.map(v => ~~v).filter(v => v).forEach(v => console.log(v))
if (true) {
    console.log("Yeah")
} else {
    console.log("noop")
}
console.log(true?"Yeah":"noop")
true && console.log("Yeah") // 短絡演算、if節だけを1行で
echolog = v => console.log(v)
recursiveFunc = v => {
    t = v++
    if (v < 100) return t
    recursiveFunc(v)
}

pythonならこのへん.py

list = range(10)
for v in list:
    print(v)
if true:
    print("Yeah")
fil = [v for v in list if v%2==0]
# pythonの三項演算子は好きじゃないので略
oe = lambda x: 'even' if x % 2 == 0 else 'odd'
print(oe(5))