C++20 の新機能
言語機能
ビットフィールドにデフォルトの初期値を設定可能に (P0683R1)
#include <iostream> enum class Terrain { Open, Forest, Hill, Mountain, Desert, Tundra, River, Ocean }; struct Tile { unsigned int height : 4 = 1; // デフォルト値を 1 に Terrain terrain : 3 = Terrain::Open; // デフォルト値を明示的に Terrain::Open に bool passable : 1 = true; // デフォルト値を true に }; int main() { std::cout << std::boolalpha; Tile tile1; std::cout << tile1.height << ", " << static_cast<int>(tile1.terrain) << ", " << tile1.passable << '\n'; Tile tile2{ 15, Terrain::Mountain, false }; std::cout << tile2.height << ", " << static_cast<int>(tile2.terrain) << ", " << tile2.passable << '\n'; }
1, 0, true 15, 3, false
メンバポインタ演算子の仕様を一貫性のために修正 (P0704R1)
C++17 までのメンバポインタ演算子 .* は「右辺値オブジェクトから、左辺値参照修飾されたメンバ関数ポインタに使うことは不適格」という規格文面になっていました。そのため、同じ意味をもつ次の 2 つのプログラムで後者だけ不適格とされ、一貫性がありませんでした。
#include <iostream> #include <string> struct Text { std::string m_data; const std::string& get() const & { return m_data; } }; int main() { std::cout << Text{ "Hello" }.get() << '\n'; // OK std::cout << (Text{ "Hello" }.*&Text::get)() << '\n'; // C++17 までは不適格、C++20 から OK }
符号付き整数型の負数表現を 2 の補数と規定 (P1236R1)
ほぼすべての現代的なコンピュータで、符号付き整数型の負数は 2 の補数で表現されます。しかし、C++ では負数の表現方法について規格で定めていなかったため、（現実的ではありませんが）2 の補数以外で負数表現を実装する余地も残されていました。C++20 からは 2 の補数のみを許可するよう規格文言が修正されました。
近年のアーキテクチャで 2 の補数以外を使う例は、1 の補数を使う Unisys 2200 があります。また過去には符号と絶対値で表現するアーキテクチャもありました。これらはモダンな C++ を開発環境として使用しないので、この規格変更による影響は無いと考えられます。
（参考）符号付き 8-bit 整数の 2 進表現
| 10 進表現 | 2 の補数 | 1 の補数 | 符号と絶対値 |
|---|---|---|---|
| 127 | 01111111 | 01111111 | 01111111 |
| 126 | 01111110 | 01111110 | 01111110 |
| 125 | 01111101 | 01111101 | 01111101 |
| 2 | 00000010 | 00000010 | 00000010 |
| 1 | 00000001 | 00000001 | 00000001 |
| 0 | 00000000 | 00000000 | 00000000 |
| -0 | 11111111 | 10000000 | |
| -1 | 11111111 | 11111110 | 10000001 |
| -2 | 11111110 | 11111101 | 10000010 |
| -126 | 10000010 | 10000001 | 11111110 |
| -127 | 10000001 | 10000000 | 11111111 |
| -128 | 10000000 |
メンバのオブジェクトが空のクラスの場合にメモリ消費を 0 にできる [[no_unique_address]] 属性を追加 (P0840R2)
アロケータなどをクラスのメンバとして保持するとき、それがステートレスな空のクラスであってもオブジェクトのアドレスを一意に用意しないといけないため、サイズを 0 にできずメモリ消費が無駄に増えてしまう問題がありました。
#include <iostream> struct Empty {}; struct X { int i; Empty e; }; int main() { std::cout << sizeof(X) << '\n'; // 4 より大きい }
std::unique_ptr や std::shared_ptr, std::vector などに使われています。
#include <iostream> struct Empty {}; struct X : public Empty { int i; }; int main() { std::cout << sizeof(X) << '\n'; // 4 }
[[no_unique_address]] 属性を付けることで、継承を使わなくてもコンパイラが EBO と同じような最適化をできるようになり、従来の継承による EBO を使っていたコードを、より単純なコードに置き換えられます。
#include <iostream> struct Empty {}; struct X { int i; [[no_unique_address]] Empty e; }; int main() { std::cout << sizeof(X) << '\n'; // 4 }
型名であることが明らかな文脈で typename を省略可能に (P0634R3)
C++17 で依存名が型である場合に typename を付けないのは、派生クラス定義時の基底クラスの指定と、初期化子リストでの基底クラスの指定のみでした（厳密にはこの 2 つには typename を付けられません）。C++20 では、型名しか使えないさらにいくつかの文脈で typename が省略可能になります。次のサンプルコードの左右タブで比較できます。
#include <vector> #include <string> template <class T, class Alloc = typename T::allocator_type> struct S : T::value_type // 派生クラス定義時の基底クラスの指定 { using value_type = typename T::value_type; S() : T::value_type() {} // 初期化子リストでの基底クラスの指定 typename T::size_type max_size() const; auto data()->typename T::pointer; auto min_size() const { return static_cast<typename T::size_type>(0); } }; template <class T> typename T::size_type MaxSize(); int main() { S<std::vector<std::string>> s; }
#include <vector> #include <string> template <class T, class Alloc = T::allocator_type> // OK struct S : T::value_type // 派生クラス定義時の基底クラスの指定 { using value_type = T::value_type; // OK S() : T::value_type() {} // 初期化子リストでの基底クラスの指定 T::size_type max_size() const; // OK auto data()->T::pointer; // OK auto min_size() const { return static_cast<T::size_type>(0); // OK } }; template <class T> T::size_type MaxSize(); // OK int main() { S<std::vector<std::string>> s; }
標準ライブラリ
文字列の先頭や末尾が、ある文字列と一致するか判定 (P0457R2)
std::basic_string と std::basic_string_view に、starts_with() と ends_with() メンバ関数が追加されます。
#include <iostream> #include <string_view> constexpr bool HasPNGExtension(std::string_view filePath) { // 文字列が ".png" で終わるなら true, それ以外は false を返す return filePath.ends_with(".png"); } int main() { std::cout << std::boolalpha; std::cout << HasPNGExtension("picture.png") << '\n'; std::cout << HasPNGExtension("photo.jpg") << '\n'; std::cout << HasPNGExtension("music.mp3") << '\n'; }
true false false
operator>>(basic_istream&, charT*) の第二引数を charT(&)[N] に変更して安全に (P0487R1)
C++17 までの operator>>(basic_istream&, charT*) は、関数にバッファのサイズが渡されないため、次のようなプログラムでバッファオーバーフローへの対策が必要でした。
#include <iostream> #include <iomanip> int main() { char buffer[4]; // std::cin >> buffer; // 危険: バッファオーバーフローの可能性 std::cin >> std::setw(4) >> buffer; // OK: バッファオーバーフロー対策 std::cout << buffer; }
// C++17 まで template<class charT, class traits> basic_istream<charT, traits>& operator>>(basic_istream<charT, traits>& in, charT* s); // C++20 から template<class charT, class traits, size_t N> basic_istream<charT, traits>& operator>>(basic_istream<charT, traits>& in, charT (&s)[N]);
#include <iostream> #include <iomanip> int main() { char buffer[4]; std::cin >> buffer; // OK: C++20 ではバッファオーバーフローを防げる std::cout << buffer; }
#include <iostream> #include <iomanip> int main() { char* p = new char[100]; std::cin >> std::setw(100) >> p; // C++20 からはコンパイルエラー std::cout << p; }
戻り値の無視が不具合をもたらす関数に [[nodiscard]] を付与 (P0600R1)
C++17 で導入された [[nodiscard]] 属性を標準ライブラリで活用するようになります。C++20 では付与基準を「戻り値の無視がトラブルやメモリリークなどの重大なエラーを引き起こす C++ の関数」とし、async(), launder(), allocate(), empty(), operator new() が対象となっています。
#include <vector> #include <future> int main() { std::vector<int> v = { 10, 20, 30 }; v.empty(); // C++20 では警告 std::async(std::launch::async, [] { return 1; }); // C++20 では警告 }
[[nodiscard]] 属性を使っています。その結果、Chromium のソースに無意味な std::move() が見つかるなど、既存のコードベースのバグの発見に役立っています。
<array> ヘッダのすべての関数が constexpr に (P1023R0), (P1032R1)
C++17 の <array> ヘッダでは、比較演算子、swap(), fill() 以外のすべての関数が constexpr でした。C++20 ではさらに、array の比較演算の実装に使われている std::equal() と std::lexicographical_compare() が constexpr になった (P0202R3) ことにともない、array の比較演算子を constexpr とし、また swap() と fill() についても constexpr にすることを決め、array ヘッダのすべての関数が constexpr で提供されます。
<chrono> ヘッダの zero(), min(), max() 関数が noexcept に (P0972R0)
std::chrono::duration_values, std::chrono::duration, std::chrono::time_point などの zero(), min(), max() 関数に noexcept が付きます。
pointer_traits が constexpr に (P1006R1)
std::vector を constexpr にするのに必要なため、std::pointer_traits::pointer_to() 関数が constrexpr になります。
ポインタのアライメントを最適化ヒントとしてコンパイラに伝える assume_aligned() 関数 (P1007R3)
データのアドレスが 16 バイトなどのサイズにアライメントされている場合、コンパイラが SIMD を使った最適なコードを生成できる可能性があります。あるポインタの指すデータがアライメントされていることをコンパイラに伝える方法として、GCC や Clang では __builtin_assume_aligned() や __attribute__((assume_aligned(alignment))), ICC では __assume_aligned() などの独自拡張がありますが、標準化された方法はありませんでした。C++20 では、これらの差異を吸収する次のような関数テンプレートが提供されます。
template <size_t N, class T> [[nodiscard]] constexpr T* assume_aligned(T* ptr);
void Multiply(float* x, size_t size, float factor) { float* ax = std::assume_aligned<64>(x); // x が 64 バイトアライメントであることを伝える for (size_t i = 0; i < size; ++i) // ループが適宜最適化される { ax[i] *= factor; } }
スマートポインタの作成時に値をデフォルト初期化する make 関数を追加 (P1020R1)
実行時性能のために、float や unsigned char など組み込み型の配列の値をデフォルト初期化させたい（ゼロ初期化しない）ケースがあります。しかし、make_unique や make_shared, allocate_shared でスマートポインタを作成した場合には値初期化が実行されます。C++20 では、値初期化をせずにデフォルト初期化でスマートポインタを作成する関数 make_unique_default_init, make_shared_default_init, allocate_shared_default_init が追加されました。
#include <iostream> #include <memory> // 未初期化の変数を使う実験的なコード int main() { float v[4]; // デフォルト初期化 for (int i = 0; i < 4; ++i) { std::cout << v[i] << '\n'; } auto pv = std::make_unique<float[]>(4); // 値初期化 (0 初期化) for (int i = 0; i < 4; ++i) { std::cout << pv[i] << '\n'; } auto pd = std::make_unique_default_init<float[]>(4); // デフォルト初期化 for (int i = 0; i < 4; ++i) { std::cout << pd[i] << '\n'; } }
2.20325e-38 4.11052e+32 1.3013e-45 2.48626e-38 0 0 0 0 2.30415e-38 2.51341e-38 4.63281e+30 2.32703e+17
非順序連想コンテナのルックアップ操作で、key_type と比較可能な型を変換せずに使えるように (P0919R3)
C++17 までの unorderd_map や unordered_set など非順序連想コンテナでは、find(), count(), equal_range() などルックアップを行うメンバ関数は引数に key_type をとり、例えば次のようなケースで std::string 型の一時オブジェクトが作成されて非効率でした。
#include <string> #include <unordered_map> int main() { std::unordered_map<std::string, int> table = { /* ... */ }; auto it = table.find("abc"); // std::string 型の一時オブジェクトが作成される }
C++20 では、非順序連想コンテナのテンプレートパラメータ Hash が transparent_key_equal タグを持つときに、key_type 以外の型を引数にとるメンバ関数テンプレートのオーバーロードが使用可能になり、一時オブジェクトの作成を回避できるようになります。
#include <string> #include <string_view> #include <unordered_map> struct string_hash { using transparent_key_equal = std::equal_to<>; // KeyEqual to use using hash_type = std::hash<std::string_view>; // helper local type size_t operator()(std::string_view txt) const { return hash_type{}(txt); } size_t operator()(const std::string& txt) const { return hash_type{}(txt); } size_t operator()(const char* txt) const { return hash_type{}(txt); } }; int main() { using namespace std::literals; std::unordered_map<std::string, int, string_hash> table = { /* ... */ }; auto it1 = table.find("abc"); // std::string 型の一時オブジェクトは作成されない auto it2 = table.find("abc"sv); // std::string 型の一時オブジェクトは作成されない }