Category: C++

C++のメモリの扱い

C言語はメモリ確保関数だったが、C++は命令で確保する

### メモリ確保/解放命令
– new
メモリを確保する命令
確保できない場合はstd::bad_allocを投げる
std::nothrowを指定すると、例外ではなくnullptrを返す

– delete
newで確保した領域を解放する命令

– delete[]
newで確保した領域を解放する命令

# include <memory>

int main() {
    // 通常の確保
    char* p = new char[100];

    char* p2 = nullptr;
    try {
        p2 = new char[100];
    } catch (const std::bad_alloc& e) {

    }

    char* p3 = new(std::nothrow) char[100];
    if (p3 == nullptr) {
    }

    // 指定した領域からメモリを確保する
    char buf[100];
    char* p4 = new (buf) char[100];

    int* n = new int;
    int* n2 = new int();

    int* n3 = new int(10);

    delete n3;
    delete n2;
    delete n;

    delete[] p3;
    delete[] p2;
    delete[] p;

}

#include <iostream>

int main() {
    
    int* p = new int;
    *p = 77;
    std::cout << *p << std::endl;

    delete p;
}

### 配列の確保

#include <iostream>

int main() {
    
    int* arr = new int[5];
    
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
        arr[i] = i * 10;

    for (int i = 0; i < 5; ++i)
        std::cout << arr[i] << " ";

    delete[] arr;
    return 0;
}

$ ./test
0 10 20 30 40

### スマートポインタ

#include <iostream>
#include <memory>

class Sample {
public:
    void greet() {
        std::cout << "Hello from Sample!\n";
    }
};

int main() {
    
    std::unique_ptr<Sample> ptr = std::make_unique<Sample>();
    ptr->greet();

    return 0;
}

【C++】構造体の中にvectorを定義

### 構造体(struct)の中にVectorを入れようとすると

#include <iostream>
using namespace std;

struct PERSON {
    int age;
    float weight;
    vector<int> id;
} family_member;

int main() {

    PERSON brother;
    brother.age = 20;
    brother.weight = 60.5;
    brother.id =  {7, 4, 0, 8};

    cout << brother.id[0] << endl;
}

$ g++ -o test test.cpp && ./test
test.cpp:7:5: error: ‘vector’ does not name a type
7 | vector id;
| ^~~~~~
test.cpp: In function ‘int main()’:

書き方が間違っていたみたい。以下のように書くと、、、

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

struct PERSON {
    int age;
    float weight;
    std::vector<int> id;
} family_member;

int main() {

    PERSON brother;
    brother.age = 20;
    brother.weight = 60.5;
    brother.id =  {7, 4, 0, 8};

    cout << brother.id[0] << endl;
}

$ g++ -o test test.cpp && ./test
7

うん、出来ますね♪　これをRustで書いていきたい。

【C++】多重ベクタ(多次元配列)

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {

    vector<vector<int>> data = {
        {7, 4, 0, 8},
        {2, 0, 3, 5},
        {6, 1, 7, 0},
    };

    int count = 0;

    for(int i=0; i < 3; i++){
        for(int j=0; j < 4; j++) {
            if(data.at(i).at(j) == 0) {
                count++;
            }
        }
    }

    cout << count << endl;
}

$ g++ -o test test.cpp && ./test
3

【Rust】静的変数(static)

staticは静的変数を定義する。値は変動しても良いが、変数の位置が固定で、複数スレッドから共通に参照することができる。

static mut COUNTER: u32 = 0;

fn main(){
    unsafe {
        println!("{}", COUNTER);
        COUNTER += 1;
        println!("{}", COUNTER);
    }
}

安全に読み書きするには、アトミック性を保証する参照・変更を用いる。

use std::sync::atomic::{self, AtomicU32, Ordering};
static COUNTER: AtomicU32 = AtomicU32::new(0);
fn count_up() {COUNTER.fetch_add(1, atomic::Ordering::SeqCst);}
fn get_count()-> u32 { return COUNTER.load(Ordering::SeqCst); }

fn main(){
    unsafe {
        println!("{}", get_count());
        count_up();
        println!("{}", get_count());
    }
}

### C++
グローバル変数

static int a = 10;
extern int b;

int main(void) {
}

静的メンバ変数

#include <iostream>

static int num = 0;

struct Sample {
    
    void CountUp() {
        num++;
        std::cout << "num: " << num << std::endl;
    }
    
};

int main(void) {
    Sample instance1;
    instance1.CountUp();

    Sample instance2;
    instance2.CountUp();
}

C++

#include <iostream>

static int num = 0;

struct Sample {
    
    void CountUp() {
        num++;
        std::cout << "num: " << num << std::endl;
    }
    
};

int main(void) {
    Sample instance1;
    instance1.CountUp();

    Sample instance2;
    instance2.CountUp();
}

static mut num: i32 = 0;

struct Sample {
}

trait Count {fn CountUp(n: i32);}
impl Count for Sample {
    fn CountUp(n: i32) {
        n = n + 1;
        println!("{}", n);
    }
}


fn main(){
    let s1 = Sample {};
    s1.CountUp(num);

    let s2 = Sample {};
    s2.CountUp(num);
}

どう書いて良いかイマイチわからんな。。。

【Rust】外部関数の呼び出し(extern)

extern "C" {
    fn abs(x: i32) -> i32;
}

fn main(){
    unsafe {
        println!("{}", abs(-123));
    }
}

sub.h

#ifndef SUB_H
#define SUB_H

extern int gNumber;

#endif

sub.c

int gNumber = 100;

void func(void){
    gNumber += 100;
}

main.c

#include <stdio.h>
#include "sub.h"

int main(void) {
    func();
    printf("gNumber: %d\n", gNumber);
}

$ g++ -o test test.cpp sub.cpp && ./test
test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:5:5: error: ‘func’ was not declared in this scope
5 | func();

うーん、これはエラーになっちゃうな…

【Rust】参照型(&, *)

fn main(){
    let a = 123;
    let p = &a;
    println!("{}", *p);

    let b = 456;
    let ref q = &b;
    println!("{}", *q);

    let c = 789;
    let ref r = &c;
    println!("{}", *r);
}

#include <cstdio>

void swap(int &a, int &b)
{
    int temp;;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void swap_pointer(int *a, int *b){
    int temp;
    temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
    int x = 5;
    int y = 8;

    swap(x, y);
    printf("%d, %d\n", x, y);

    swap_pointer(&x, &y);
    printf("%d, %d\n", x, y);

    return(0);
}

これをRustで書こうとするが、、、

fn swap<'a>(mut a: &'a i32,mut b: &'a i32) {
    let mut _temp:&i32;

    _temp = a;
    a = b;
    b = _temp;
}

fn main(){
    let mut x: i32 = 5;
    let mut y: i32 = 8;
    swap(&x, &y);
    println!("x:{} y:{}", x, y);
}

$ ./main
x:5 y:8

swapされんな… 何が間違っているかよくわからん…

【Rust】Cargoの使い方とcrate(クレート)

### cargoがインストールされていることを確認
$ cargo –version
cargo 1.83.0 (5ffbef321 2024-10-29)

## プロジェクトの作成
$ cargo new hoge

main.rs

use rand::Rng;

fn main() {
    let mut rng = rand::thread_rng();
    for _i in 1..10 {
        println!("{}", rng.gen_range(1, 101));
    }
}

Cargo.tom

[package]
name = "hoge"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]
rand = "0.7"

$ cargo run
26
4
61
71
29
17
33
37
59

### C++でライブラリを作る
MathLibrary.h

#pragma once

namespace MathLibrary
{
    class Arithmetic
    {
    public:
        static double Add(double a, double b);

        static double Subtract(double a, double b);

        static double Multiply(double a, double b);

        static double Divide(double a, double b);
    };
}

#include "MathLibrary.h"

namespace MathLibrary
{
    double Arithmetic::Add(double a, double b)
    {
        return a + b;
    }

    double Arithmetic::Subtract(double a, double b)
    {
        return a - b;
    }

    double Arithmetic::Multiply(double a, double b)
    {
        return a * b;
    }

    double Arithmetic::Divide(double a, double b)
    {
        return a / b;
    }


}

#include <iostream>
#include "MathLibrary.h"

int main() {
    double a = 7.4;
    int b = 99;

    std::cout << "a + b = " <<
        MathLibrary::Arithmetic::Add(a, b) << std::endl;
    std::cout << "a - b = " <<
        MathLibrary::Arithmetic::Subtract(a, b) << std::endl;
    std::cout << "a * b = " <<
        MathLibrary::Arithmetic::Multiply(a, b) << std::endl;
    std::cout << "a / b = " <<
        MathLibrary::Arithmetic::Add(a, b) << std::endl;
}

$ g++ -o test MathLibrary.cpp test.cpp && ./test
a + b = 106.4
a – b = -91.6
a * b = 732.6
a / b = 106.4

crateというより、複数ファイルの使用か…

【Rust】非同期関数(async, await)

use futures::executor::block_on;

struct Song {
    lyric: String,
}

async fn learn_and_sing() {
    let song = learn_song().await;
    sing_song(song).await;
}

async fn learn_song() -> Song {
    let song = Song { lyric: String::from("La la la...") }
    println!("Learned song");
    return song;
}

async fn sing_song(song: Song) {{
    println!("{}", song.lyric);
}}

async fn dance() {
    println!("Dance");
}

async fn async_main(){
    let f1 = learn_and_sing();
    let f2 = dance();
    futures::join!(f1, f2);
}

fn main(){
    block_on(async_main());
}

to use `async fn`, switch to Rust 2018 or later
2015 Rustだと使えない模様

c++の非同期処理

#include <iostream>
#include <future>

int main() {
    std::promise<int> pr;
    std::future<int> ft = pr.get_future();
    pr.set_value(100);
    int i = ft.get();
    std::cout << i << std::endl;
}

【Rust】マルチスレッド

thread::spawn関数で新規スレッドを生成する。

use std::thread;
use std::time::Duration;

fn main(){
    let th = thread::spawn (|| {
        for _i in 1..10 {
            println!("A");
            thread::sleep(Duration::from_millis(500));
        }
    });
    th.join().unwrap();
    println!("Finished");
}

スレッドからスレッド外変数を参照するにはmoveを使用する。

use std::thread;
use std::time::Duration;

fn main(){
    let str = String::from("ABC");
    let th = thread::spawn (move|| {
        for _i in 1..10 {
            println!("{}", str);
            thread::sleep(Duration::from_millis(100));
        }
    });
    th.join().unwrap();
    println!("Finished");
}

C/C++ で新しいスレッドを立ち上げる

#include <thread>
#include <cstdio>
#include <cstdint>

uint32_t end_flag_;
uint32_t msg_;

void ThreadA()
{
    int32_t input = 0;
    while(end_flag_){
        printf("数字を入力してください\n");
        printf("0...スレッドBにメッセージを送信します\n");
        printf("1...プロセスを終了します\n");
        scanf("%d", &input);

        switch(input){
            case 0:
                msg_ = 1;
                break;
            case 1:
                end_flag_ = 0;
                break;
            default:
                printf("0か1を入力してください。\n");
                break;
        }
    }
    printf("スレッドA終了\n");
}

void ThreadB()
{
    while(end_flag_){
        if(msg_){
            printf("スレッドAからメッセージを受信しました\n");
            msg_ = 0;
        }
    }
    printf("スレッドB終了\n");
}

int main() {
    msg_ = 0;
    end_flag_ = 1;

    std::thread th_a(ThreadA);
    std::thread th_b(ThreadB);

    th_a.join();
    th_b.join();

    return 0;
}

Rustで書いてみる

use std::thread;

fn main(){
    let mut msg_ : u32 = 0;
    let mut end_flag_ : u32 = 1;

    let thA = thread::spawn (move|| {
        while end_flag_ != 0 {
            println!("数字を入力してください");
            println!("1...スレッドBにメッセージを送信します");
            println!("2...プロセスを終了します");
            let mut word = String::new();
            std::io::stdin().read_line(&mut word).ok();
            let num: i32 = word.trim().parse().ok().unwrap();
            println!("入力値: {}", num);
            match num {
                1 => { msg_ = 1}
                2 => { end_flag_ = 0}
                _ => println!("0か1を入力してください"),
            }
        }
    });

    let thB = thread::spawn (move|| {
        while end_flag_ != 0 {
            if msg_ == 1 {
                println!("スレッドAからメッセージを受信しました。");
                msg_ = 0;
            }
        }
    });
    thA.join().unwrap();
    thB.join().unwrap();
}

スレッドは二つ立っているんだけど、moveで所有権が移転すると、変数msg_がもう読み込まれなくなる。なるほど、難しいね。

【Rust】イテレータ(iterator)

トレイトを実装するオブジェクトをイテレータと呼ぶ
イテレータとは、連続したオブジェクトを順番に取り扱うための機能を提供するオブジェクト

pub trait Iterator {
    type Item;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
    
    // methods with default implementations elided
}

イテレータにはmap、filter、collectなどのメソッドがある。

fn main(){
    let vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    let mut iter = vec.iter();

    while let Some(item) = iter.next() {
        println!("{}", item);
    }
}

struct Counter {
    max: u32,
    count: u32,
}

impl Counter {
    fn new(max: u32) -> Counter {
        Counter {max: max, count: 0}
    }
}

impl Iterator for Counter {
    type Item = u32;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>{
        self.count += 1;
        if self.count < self.max {
            Some(self.count)
        } else {
            None
        }
    }
}

fn main(){
    let counter = Counter::new(10);
    for c in counter {
        println!("{}", c);
    }
}

C++

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

int main() {
    vector<int>a = {1, 2, 3, 5};
    auto itr = find(a.begin(), a.end(), 3);

    if (itr == a.end()) {
        cout << "not found" << endl;
    } else {
        int idx = distance(a.begin(), itr);
        cout << "a[" << idx << "] =" << *itr << endl;
    }
}

fn main(){
    let a = vec![1, 2, 4, 6, 8];
    let mut iter = a.iter();

    let mut counter = 0;
    while let Some(item) = iter.next() {
        counter = counter + 1;
        if *item == 3 {
            println!("idx {}", counter);
            break;
        } 
        if counter == a.len() {
            println!("not found");
        }
    }
}

毎回、もうちょっと上手い書き方が絶対にあると思う。。