C++11でC#っぽいnull許容型を実装してみた

null許容型って便利だけど、C++にはないよね？
ってことで、C#の実装を参考にテンプレートを使って実装してみました。

スマートポインタでよくね？
-> いや、ほらnull許容型のほうが用途がわかりやすいとか・・ね・・・
　　単にテンプレートとか、演算子のオーバーライドとかの理解を確かめるために作っただけです。

ソースコードは以下においてます。
nullable.hpp

参考サイト:
Null 許容型 (C# プログラミング ガイド)

何がうれしいの？

今まで

typedef struct{
  double value;
  bool   has_value;
] nullable_double_t;

nullable_double_t nd = {};

// なんか処理(この間にndに値を代入したり)

if(nd.has_value) {
  // 値が設定されていたら実行する処理
}

ってのが、↓のようにかけるようになる。

#include <nullable.hpp.

nullable<double> dn;

// なんか処理(この間にndに値を代入したり)

if(nd) {
  // 値が設定されていたら実行する処理
}

って書けたらいい感じだよね？ってのが実装した動機です。

動作環境

タイトル通りC++11以降。
（たぶんOKなはず。記載されたコードの動作チェックはrepl.itで確認しました)

使い方

nullable.hppをincludeして変数宣言。初期値はnullなので、条件式に放り込むと、falseになる。
値を使用するときはget_value()を使う。

#include "nullable.hpp"

using namespace std;
using namespace totoho;

nullable<int> ni1;
if(ni1) {
  cout << "ni1 is " << ni1.get_value() << endl;
} else {
  cout << "ni1 is null..." << endl;
}

// ni1 is null...

宣言時に値を指定することも可能。

nullable<double> nd1(0.5f);
if(nd1) {
  cout << "nd1 is " << nd1.get_value() << endl;
} else {
  cout << "nd1 is null..." << endl;
}
// nd1 is 0.5

nullptrを代入することで初期化できる。

nd1 = nullptr;
if(nd1) { 
  cout << "nd1 is " << nd1.get_value() << endl;
} else {
  cout << "nd1 is null..." << endl;
}
// nd1 is null...

get_value()を使わずにキャストすることも可能。

nd1 = 2.1f;
if(nd1) {
  cout << "nd1 is " << (double)nd1 << endl;
}
// nd1 is 2.1

nullの状態で値を使用するとruntime_errorが投げられる

nullable<double> nd2;
// cout << "nd2 is " << nd2.get_value() << endl; // runtime_error

実装について

基本的には構造体の例と同じく、型Tの変数とnullを示すためのフラグの2つのメンバ変数を持っています。

nullable.hpp

template <typename T>
class nullable
{
private:
  bool has_value_;
  T value_;
  ...

コンストラクタは、デフォルトではhas_value_にfalseを設定するため、デフォルトコンストラクタを定義。

nullable.hpp

nullable<T>(void)
: has_value_(false)
{}

あとは、T型とnullable<T>型をそれぞれ引数にとれるように以下を定義。
(追記)explicit指定子はnullable<T> nd = 0.5;みたいに初期化時にT型を設定できるように削除。

nullable.hpp

nullable<T>(T val)
: has_value_(true)
  ,value_(val)
{}

nullable<T>(const nullable<T> &rhs)
: has_value_(rhs.has_value_)
  ,value_(rhs.value_)
{}

あとは2つのメンバ変数をset, getするI/Fと便利にするための演算子のオーバーライドが続くので、それぞれ説明。

null値のsetter, getter

nd1 = nullptrみたいに、nullptrを使用してhas_valueフラグをfalseに設定できるようにvoid set_null(void)とvoid*型を引数にとる=オペレーターのオーバーライド。

nullable.hpp

void set_null(void)
{
  has_value_ = false;
}
...
nullable<T> &operator=(const nullptr_t rhs)
{
  has_value_ = false;
  return *this;
}

if(nd1)みたいにif文なんかの条件式で直接使用できるように、has_valueのgetterとしてbool has_value(void)と、boolをオーバーライド。explicitをつけているけどboolのオーバーライドはこことかにあるように、if文などの条件式では暗黙的に変換されるらしい（ややこしい）。

nullable.hpp

bool has_value(void) const
{
  return has_value_;
}
...
explicit operator bool(void) const
{
  return (*this).has_value();
}

T型, nullable型のsetter, getter

T型、nullable<T>型を代入できるようにset_valueI/Fと=オペレータのオーバーライド。T型代入時はhas_value_にtrueを自動的に設定。

nullable.hpp

// T型代入用
void set_value(const T &rhs)
{
  value_ = rhs;
  has_value_ = true;
}
...
nullable<T> &operator=(const T &rhs)
{
  set_value(rhs);
  return *this;
}

nullable.hpp

//nullable<T>型代入用
nullable<T> &operator=(const nullable<T> &rhs)
{
  set_value(rhs);    
  return *this;
}
...
void set_value(const nullable<T> &rhs)
{
  value_ = rhs.value_;
  has_value_ = rhs.has_value_;
}

最後に値を取り出すためのI/Fとしてget_valueとキャストして値を取り出せるように戻り値T型の単項演算子をオーバーライド。
get_valueではhas_valueがfalseなら例外をスロー。

nullable.hpp

T get_value(void) const
{
  if (!has_value_)
  {
    throw std::runtime_error("value is null!");
  }
  return value_;
}
...
explicit operator T(void) const
{
  return (*this).get_value();
}

今後の課題

演算子のオーバーライド周りが勉強不足なので、↓の書き方ができない。
どう書けばいいんだろ？

コンストラクタのexplicit外すことで行けるそうです。
コードなおしてます。

nullable<double> nd3 = 0.5f;

さいごに

初投稿です。この業界も3年目で、やっぱりアウトプットを出す習慣をつけないとなぁということで、四半期に1本のペースでは記事を書けることを目標に頑張っていきます。