Tag Archive for 'c++'

不思議な現象に出くわしたので、エントリにしてみるテスト。

C++でプログラミングしていて、ヘッダにクラスのコンストラクタの定義を含めず、宣言だけを書くというのはよくあることだと思います。 次のようなヘッダファイルを考えてみます。

sym.h:

#ifndef _SYM_H_
#define _SYM_H_
class Sym {
public:
  Sym();
 
}; // Sym
#endif // _SYM_H_

実装は sym.cc に書きます。

#include "sym.h"
 
Sym::Sym() {
}
 
int main() {
  Sym sym;
  return 0;
}

これらをg++でコンパイルして、生成されるオブジェクトファイルを覗いてみると、驚きました。

% nm sym | c++filt
0000200c D _NXArgc
00002008 D _NXArgv
00001fde T Sym::Sym()
00001fd6 T Sym::Sym()
00002000 D ___progname
00001fc8 t __dyld_func_lookup
00001000 A __mh_execute_header
00002004 D _environ
         U _exit
00001fe6 T _main
00002010 d dyld__mach_header
00001fb4 t dyld_stub_binding_helper
00001f74 T start

なんで Sym::Sym()が2つ存在するんだ?

そして、ヘッダファイルに定義も含めると、1つになります。

#ifndef _SYM_H_
#define _SYM_H_
class Sym {
public:
  Sym() {}
}; // Sym
#endif // _SYM_H_

nm sym | c++filt
0000200c D _NXArgc
00002008 D _NXArgv
00001fb6 T Sym::Sym()
         U ___gxx_personality_v0
00002000 D ___progname
00001f90 t __dyld_func_lookup
00001000 A __mh_execute_header
00002004 D _environ
         U _exit
00001f9e T _main
00002010 d dyld__mach_header
00001f7c t dyld_stub_binding_helper
00001f3c T start

なぜだー。Mac OS X / Linux で確認しています。

使えるメモリが極めて限られている状況だと、こういう小さなところでも無駄は減らしたい。でもヘッダファイルに実装を書きまくるのは、できれば避けたいものです。

原因が分かるかたいらっしゃれば、ご教授ください ＞＜

再現するためのコード一式を、symbols.zip に固めました。 Makefile中の CXXFLAGS += -DCOMPILE_BY_SPLIT のところを無効にするとヘッダファイルでコンストラクタの定義を行い、有効にすると.ccの中で定義する、というふうにしています。

TopCoder::SRM::351 に取り組んでいました。先週は参加できなかったので、2週間ぶりです。

いつもどおり、250点問題を無難にこなしたあと、500点問題へ。 なんとかの一つ覚えみたいに、幅優先探索で挑んでみたのですが、どうしてもできない。 なんでかなぁといろいろ試してみたところ、STLの使い方に問題があったのでした。

やりたいこと

struct Combi {
  int g, s, b;

  Combi(int gg, int ss, int bb) : g(gg), s(ss), b(bb) {}
};

みたいな構造体を、コンテナに入れたい。

トラブル : std::set に insert できない、std::map で find できない

operator <がないよ、とコンパイラに諭されてしまいます。

ならばと、3つのメンバg, s, b について

bool operator <(const Combi &rhs) const {
  return g < rhs.g || s < rhs.s || b < rhs.b;
}

みたいなoperatorを書いてみたところ、コンパイルは通るのですが、insert/find ともに結果が妙なことになってしまいます。どうも、operator <のせいで、異なる値を持つ2つのオブジェクトが同一視されてしまうようなのです。

異なる値をもつオブジェクトをsetにinsertしようとしても、同じオブジェクトと見なされてinsertできない、あるいは要素xがないはずのmapにfind(x)をかけても見つかってしまうという。

うーん、とそんなところで悩んでいろいろしているうちに時間切れに… どんなよい刀でも、手に馴染んでいなければ自分を切ってしまうということですね。

しかし、なぜ同一視されてしまうのだろう…

オブジェクト指向入門 第2版 原則・コンセプト を読んでいます。 契約による設計という考えに触発され、自分でもやってみようと思いたちました。

単純なマクロ

さっそく、C++でやってみようということで、

#define REQUIRE
#define ENSURE

といった空マクロを用意しました。

int square10(int x) { // 10 以下の正数のみを対象とする二乗関数
  REQUIRE {
    assert(0 < x);
    assert(10 > x);
  }

  int ret(x * x);

  ENSURE {
    assert(x == sqrt(ret));
  }
  return ret;
}

と、一応は書けます。

しかし、本来ならヘッダファイル内の宣言に含めて インターフェイスとしてクライアントに提示したいものです。 さらに欲を言えば、Doxygenなどで自動的に抽出してほしい。

実現のために

1. それぞれの関数の入口/出口に、制約条件をチェックするhookを仕掛ける
2. 制約条件を関数/クラス宣言内に書ける
3. Doxygenのタグを拡張

といったことが必要になりそうです。

1を実現するには、auto変数をうまく利用すればいいんじゃない? と思いました。 2を実現するには、それぞれの制約条件を表現するクラスを、クラス内クラスとして定義すればよさそう。 3はどうしたらいいんだろう…

NDEBUG環境では、制約条件のオブジェクトを生成しないように、マクロを使えばよさそうです。

例

#include <cassert>

// constrain macro.
#ifdef NDEBUG
#define CONSTRAIN(method)
#else // NDEBUG
#define CONSTRAIN(method) 
   method##_constrain _constrain(*this)
#endif // NDEBUG

class Bird {
public:
   Bird() : // awake and not flying at first.
      flying_(false),
      sleeping_(false) {}

   void fly() {
      CONSTRAIN(fly);
      flying_ = true;
   }

   void sleep() {
      CONSTRAIN(sleep);
      sleeping_ = true;
   }

   friend class fly_constrain;
   friend class sleep_constrain;

private:
   bool flying_;
   bool sleeping_;

   // ----------------------------------------------------------------
   // constrains
   class fly_constrain {
   public:
      fly_constrain(Bird &b) : bird_(b) {  // requirement
         assert(false == bird_.flying_);
         assert(false == bird_.sleeping_);
      };

      ~fly_constrain() {                   // ensure
         assert(true == bird_.flying_);
         assert(false == bird_.sleeping_);
      }

   private:
      Bird &bird_;
   }; // fly_constrain

   class sleep_constrain {
   public:
      sleep_constrain(Bird &b) : bird_(b) { // requirement
         assert(false == bird_.sleeping_);
         assert(false == bird_.flying_);
      };

      ~sleep_constrain() {                  // ensure
         assert(true == bird_.sleeping_);
         assert(false == bird_.flying_);
      }

   private:
      Bird &bird_;
   }; // sleep_constrain

}; // Bird

// test
int main(int argc, char *argv[]) {
   Bird piyoko;

   piyoko.fly();
   piyoko.sleep(); // cannot sleep while flying !

   return 0;
}

実行結果

% c++ -Wall -g dbc.cxx
% ./a.out
dbc.cxx:57: failed assertion `false == bird_.flying_'
zsh: abort      ./a.out

鳥は飛びながら眠ることはできないという制約にひっかかっているの図です。

まとめ

C++でも契約による設計は実現できそうです。 しかしC++らしく手間がやたらとかかると。 CONSTRAINマクロは、メソッド名を自動抽出できればもう少しうまく書けそう。

他にも良いアイデアがあればぜひ教えてください。

参考リンク

• The Code Project::Design by Contract macros for C++ and link to Doxygen おおおっ!と思いましたが、VC限定なのですね。
• OnLamp::Using Design by Contract in C

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