C++17標準ライブラリには「型が異なる変数間での値交換(swap)」可能か否かを判定するメタ関数std::is_(nothrow_)swappable_with<T, U>が存在する。一般的には値交換操作は同一型変数間(swap(T&, T&))で行われるが、プロキシ型(proxy)のような特殊ケースにおいて異型変数間での値交換(swap(T, U))が必要となるため。*1
// <type_traits>ヘッダ namespace std { template <class T, class U> struct is_swappable_with; template <class T, class U> struct is_nothrow_swappable_with; }
C++17 20.5.3.2/p5 Exampleを一部転用したコード例：
#include <type_traits> #include <utility> namespace N { struct A { int m; }; struct Proxy { A* a; }; Proxy proxy(A& a) { return Proxy{ &a }; } void swap(A& x, Proxy p) { std::swap(x.m, p.a->m); } void swap(Proxy p, A& x) { swap(x, p); } } N::A a1 = { 1 }, a2 = { 2 }; auto p2 = N::proxy(a2); // N::A& と N::Proxy 間で値交換可能 static_assert(std::is_swappable_with_v<N::A&, N::Proxy>); swap(a1, p2); // OK assert(a1.m == 2 && a2.m == 1);
std::vector<bool>コンテナ
（一部で悪名高い）std::vector<bool>コンテナクラスはこのようなプロキシ型を利用する。同コンテナはbool値のビット単位管理によりメモリを効率的に利用できるが*2、その代償としてbool型要素への参照bool&を直接返せないため、要素への添字アクセスv[0]などはプロキシ型vector<bool>::referenceを返す実装となっている。
#include <vector> #include <utility> std::vector<bool> v{ true }; bool b = false; static_assert( std::is_swappable_with_v<std::vector<bool>::reference, bool&> ); // OK? swap(v[0], b); // OK?
上記コードはvector<bool>プロキシ型とbool型変数が値交換可能であることを期待するが、C++17現在の標準ライブラリ仕様では該当コードの動作を保証しない。GCC/libstdc++*3、Clang/libc++*4ではコンパイル＆実行可能だが、MSVC 19.16ではコンパイルエラーとなる。*5
この問題は P0022R2, 3.1 Proxy Iterator problems にて言及されている。
For all its problems,
vector<bool>works surprisingly well in practice, despite the fact that fairly trivial code such as below is not portable.std::vector<bool> v{true, false, true}; auto i = v.begin(); bool b = false; using std::swap; swap(*i, b); // Not guaranteed to work.Because of the fact that this code is underspecified, it is impossible to say with certainty which algorithms work with
vector<bool>. That fact that many do is due largely to the efforts of implementors and to the fact that bool is a trivial, copyable type that hides many of the nastier problems with proxy references. For more interesting proxy reference types, the problems are impossible to hide.
関連URL
*1:本記事は nakameguro_feature.cpp vol.17 勉強会で取り上げられた疑問がきっかけ。
*2:一般的なC++処理系では、1バイト中に8個の bool 値を詰め込むことで消費メモリサイズを節約できる。
*3:https://github.com/gcc-mirror/gcc/commit/5345c53733c161a7781dd55559a4e1458751da1d
*4:https://github.com/llvm-mirror/libcxx/blob/bc8d3f97eb5c958007f2713238472e0c1c8fe02c/include/__bit_reference#L75-L93
