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C++のモジュールは、 C++20で追加された機能で、プリコンパイル済みヘッダーの現代的な代替手段としてモジュール プログラミングを実装しています。[ 1 ] C++ のモジュールは、単一の翻訳単位で構成されます。[ 2 ]ヘッダー ファイルや実装ファイルと同様に、モジュールには宣言と定義を含めることができますが、プリプロセッサ ディレクティブを必要としないという点でプリコンパイル済みヘッダーとは異なり、代わりに単語を使用してアクセスします。モジュールは、翻訳単位がモジュールであることを示すために、単語を使用して宣言する必要があります。 [ 1 ]コンパイルされたモジュールは、ビルド モジュール インターフェイス (BMI) ファイルとして格納され、.pch (プリコンパイル済みヘッダー) ファイルと非常によく似た動作をします。[ 3 ]モジュール シンボルと は、リンク段階ではなくコンパイル段階で解決されます。#includeimportmoduleimport
モジュールは、最も一般的には拡張子.cppm（主にClangおよびGCCツールチェーンで一般的）を持ちますが、代替拡張子として.ixxおよび.mxx （ Microsoft / MSVCツールチェーンでより一般的）[ 4 ] 、あるいは従来のC++拡張子.cppもあります。
標準C言語にはモジュールはありませんが、Clang CなどのC言語の方言ではモジュールが使用できます。 [ 5 ]ただし、Clang Cモジュールの構文と意味はC++モジュールとは大きく異なります。
モジュールの概念が生まれる以前は、C++ はヘッダーとソースファイルのシステムに依存していました。プリコンパイルされたヘッダーが存在し、コンパイラによる解析が容易な翻訳単位のスナップショットとしてモジュールに似ており、コンパイルが高速化されていましたが、[ 6 ]モジュールと同じカプセル化の法則は持っていませんでした。モジュールは 2012 年にC++14への組み込みが初めて提案されましたが、[ 7 ]大規模な改訂と全面的な再設計を経て、現在の形式がC++20に統合されました。[ 8 ]
#includeモジュールは、従来のヘッダーよりも高速なコンパイルと、リンクフェーズでの処理の高速化という利点をプリコンパイル済みヘッダーとともに提供します。 [ 9 ] [ 10 ]これは、モジュールがプリプロセス段階でCプリプロセッサによって処理されるのではなく、コンパイル時にコンパイラによって直接処理されるためです。[ 11 ]また、モジュールは、コードをヘッダーファイルとソース実装に分けるのではなく、単一のファイルに実装できるようにすることで、定型コードを削減します。モジュールでは、「インターフェースファイル」と「実装ファイル」の分離は可能ですが、モジュールはよりクリーンなコードのカプセル化を提供します。[ 2 ]ただし、インクリメンタルビルドの利点を得るには、コードインターフェースとソース実装を分離する必要があります。モジュールはソースコードを直接変更しないため、 #includeガードや#pragma onceの必要性を排除します。モジュールは、ヘッダーとは異なり、複数回処理または再コンパイルする必要はありません。[ 9 ]しかし、ヘッダーと同様に、モジュールに変更を加えると、モジュール自体だけでなく、そのすべての依存関係、さらにその依存関係の依存関係などもすべて再コンパイルする必要があります。ヘッダーと同様に、モジュールは循環依存関係を許容しないため、コンパイルされません。[ 12 ]
現時点では、ビルド済みモジュールインターフェース（BMI）ファイルはコンパイラによって異なり、移植性がなく、コンパイラの正確なバージョン、ターゲットアーキテクチャ、コンパイルフラグに大きく依存していることに注意してください（そのため、出荷可能なバイナリというよりは一時的なビルド成果物とみなされます）。[ 13 ]例えば、主要なC++コンパイラのBMIは次のようになります。
モジュールは、キーワードimportの後にモジュール名[ a ]を使用してインポートされ、モジュールは、export moduleの後に名前を指定して宣言されます。ステートメントは、import使用されているシンボルを解決するために、モジュールのビルド済みモジュールインターフェイス (BMI) ファイルをロードするようにコンパイラに指示します。公開されることを意図したモジュール内のすべてのシンボルは とマークされexport、モジュールをインポートすると、エクスポートされたすべてのシンボルが翻訳単位に公開されます。モジュールが一度もインポートされない場合、ロードされることはありません。[ 16 ]モジュールは、名前付きシンボルをエクスポートできますが、コンパイル前に消費されるマクロはエクスポートできません。[ 17 ]したがって、モジュールは、翻訳単位間でマクロが意図せず漏洩するのを防ぎます。
ヘッダーのインクルードとは異なり、import ステートメントの順序は関係ありません。[ 9 ]モジュールは、インポートを でマークすることにより推移的インポートを許可できます。これにより、インポートされたモジュールが、最初のモジュールをインポートする翻訳単位に再エクスポートされます。[ 1 ]モジュールは名前空間の概念を強制しませんが、慣例として、モジュールは名前空間とソース ファイル パスに一致する必要があります (たとえば、 Java の慣例と同様に、ファイルwikipedia/project/util/ConfigLoader.cppmにあるモジュールで宣言された名前空間付きクラスなど)。[ 1 ]ステートメントは、明示的に とマークされている場合にのみ翻訳単位に適用されるため、ステートメントを使用してシンボルをグローバル 名前空間に取り込むと、モジュールの翻訳単位間で名前の衝突が発生する可能性がはるかに低くなります。これにより、ディレクティブによるヘッダーのテキスト インクルードにより、意図していなくても常にステートメントがスコープにシンボルを追加することになるヘッダー内のステートメントの汚染が解決されます。exportimportwikipedia::project::util::ConfigLoaderwikipedia.project.util.ConfigLoaderusingexportusingusing#includeusing
このキーワードは、C++に「エクスポートされたテンプレート」が追加されたC++03exportで初めて導入されました。 [ 18 ]実際にこの機能をサポートするコンパイラが非常に少なかったため、後にC++11で削除されました。 [ 19 ]エクスポートされたテンプレートをサポートすることが知られている唯一のコンパイラはComeau C/C++でした。
C++20ではC++標準ライブラリのヘッダーユニットの導入が規定されており[ 20 ]、C++23では標準ライブラリの完全なモジュールサポートが追加されています[ 21 ]（ただし、ほとんどのC++20実装ではモジュールは非公式に利用可能です[ 22 ]）。現在、モジュールを介して標準ライブラリ全体をインポートする必要があります（を使用します）。[ 23 ] C++標準では、2つの標準ライブラリモジュールが提供されています。importstd;
モジュール名stdと はstd.*C++ 標準で予約されているため、これらのパターンのいずれかに一致する名前のモジュールを宣言すると、コンパイラ警告が発生します。[ 24 ]ただし、ほとんどのコンパイラは、その警告を回避または抑制するフラグを提供しています (たとえば、-Wno-reserved-module-identifierClang や GCC など)。[ 3 ]
現在、モジュールとのサポートを提供しているのは、 GCC、Clang、およびMSVCのみです。[ 25 ] Clangd言語サーバーはモジュールをサポートしています。importstd;
ビルドシステムのサポートは様々です。CMake 、MSBuild、XMake、Meson、Build2 はモジュールを完全にサポートしています。MakeやNinjaなどの生成されたビルドシステムもモジュールをサポートしています。ただし、 C++ 用のGradleとBazel はまだモジュールをサポートしていません。Qt moc は現在、プリプロセッサでモジュールを認識しません。[ 26 ]
モジュールを使用する簡単な例を以下に示します。
MyClass.cppm
export module wikipedia . project . Person ;import std ;std :: stringを使用します。export namespace wikipedia :: project {class Person { private : string name ; int age ; public : Person ( string name , int age ) : name { std :: move ( name )}, age { age } {}string getName () const { return name ; }void setName ( string name ) { this- > name = std :: move ( val ); }int getAge () const noexcept { return age ; }void setAge ( int age ) noexcept { this -> age = age ; }; };}Main.cpp
import std ;import wikipedia.project.Person ;wikipedia :: project :: Personを使用します。int main ( int argc , char * argv []) { Person me ( "John Doe" , 10 ); me.setAge ( 15 ) ; std :: println ( "Hello, {0}! {0} is {1} years old." , me.getName (), me.getAge ( ) ); // "Hello, John Doe! John Doe is 15 years old." と出力される}importヘッダーは、モジュールとして宣言されていなくても、インポートできます。インポートされたヘッダーは「ヘッダー ユニット」と呼ばれ、既存のコード ベースがヘッダーからモジュールへより段階的に移行できるように設計されています。 [ 27 ] [ 28 ]構文はヘッダーのインクルードと似ていますが、違いは が#includeに置き換えられることですimport。importステートメントはプリプロセッサ ディレクティブではなく、コンパイラが読み取る言語のステートメントであるため、[ 11 ]セミコロンで終了する必要があります。ヘッダー ユニットはすべてのシンボルを自動的にエクスポートし、マクロのエミッタンスを許可する点で適切なモジュールとは異なります。つまり、ヘッダー ユニットをインポートするすべての翻訳ユニットは、その中に含まれるマクロを取得します。これにより、モジュールへの移行間の破損を最小限に抑えることができます。[ 9 ]引用符または山括弧が使用されているかどうかに応じてファイルを検索するセマンティクスは、ここでも適用されます。たとえば、ヘッダーをインポートするには と記述し、ファイルをヘッダー ユニットとしてインポートするには と記述します。[ 1 ] CMakeなどのほとんどのビルド システムでは、この機能は実験的にしかサポートされていません。[ 29 ] [ 30 ]import<string>;<string>import"MyHeader.h";"MyHeader.h"
Go 言語のステートメントと同様にimport、ヘッダーユニットのインポートには、パスを表す生の文字列リテラルが続きます。ただし、コンパイル時に文字列リテラルを記述してインポートし、それがパスとして解釈されることを期待することはできません。
モジュールにはパーティションがあり、これによりモジュールの実装が複数のファイルに分割されます。[ 1 ]モジュールパーティションは構文を使用して宣言されA:B、これはモジュールがAパーティションを持つことを意味しますB。モジュールパーティションは、そのパーティションを所有するモジュールの外部から個別にインポートすることはできません。つまり、モジュールパーティションにあるコードを必要とする翻訳単位は、そのパーティションを所有するモジュール全体をインポートする必要があります。[ 1 ]
モジュールパーティションは、モジュールの宣言を含むファイル内のステートメント、または（たとえば）の別のモジュールパーティションのステートメントによって、B所有モジュールにリンクされます。このステートメントは、モジュールの名前がであるため、暗黙的にに解決されます。[ 3 ]これらのインポートステートメントは、パーティション自体を直接インポートできない場合でも、所有モジュールによってエクスポートされる可能性があり、そのため、パーティションからコードをインポートするには、モジュール全体をインポートするだけで済みます。[ 1 ]Aimport:B;AAA:C:BA:BA
モジュールがモジュールインターフェースとモジュール実装に分割されている場合、その翻訳単位はインターフェースと実装の両方で構成されます。同様に、モジュールがパーティションを持つ場合、その翻訳単位はそれらのすべてのモジュールも含まれます。
パーティションを除けば、モジュールには階層システムや「サブモジュール」はありませんが、通常はJavaのパッケージと同様の階層的な命名規則を使用します。[ b ]モジュール名には、英数字、アンダースコア、ピリオドのみを使用できます。[ 31 ] C++では、Javaとは異なり、モジュール名はファイル名やモジュールの場所と結びついておらず、[ 32 ]所属するパッケージは、モジュールが配置されているパスと一致している必要があります。[ 33 ]例えば、モジュールAとモジュールA.Bは理論上は互いに独立したモジュールであり、必ずしも何らかの関係を持つ必要はありませんが、モジュール名にピリオドを含むこのような命名規則を使用することで、モジュールがA.Bモジュールと関連している、または何らかの形で関連付けられていることを示唆しますA。[ 1 ]
C++ モジュールの命名規則は階層構造を示唆することを目的としており、C++ 標準では、同じパブリック API に属する「サブモジュール」を再エクスポートすることを推奨しています (つまり、モジュールは、などalpha.beta.gammaによって再エクスポートされるべきですalpha.beta)。ただし、モジュール名にドットを使用しても階層構造は強制されません。C++ 標準では、技術的にはそのような名前に制限はありませんが、小文字の ASCII モジュール名 (ハイフンやアンダースコアなし) を推奨しています。[ 34 ]また、モジュールは (別のモジュール内のすべてのシンボルを再エクスポートしない限り) エイリアスや名前を変更できないため、モジュール名には明確化と命名の衝突防止のために組織名やプロジェクト名をプレフィックスとして付けることができます (つまり、google.abseilの代わりにabseil)。[ 34 ]また、名前空間の衝突を避けるためにパッケージに通常追加のトップレベルドメイン(TLD) が含まれる Java とは異なり、C++ モジュールにはこの慣習は必要ありません (たとえば、とorg.wikipedia.project.myfunctionality.MyModuleはどちらもwikipedia.project.myfunctionality.MyModule同様に有効な慣習です)。
名前空間内のシンボルがエクスポートされると、名前空間自体も暗黙的にエクスポートされますが、エクスポートされるのは名前空間内で明示的にエクスポートされたシンボルのみです。
export module wikipedia . mymodule ;namespace wikipedia :: mymodule { // エクスポートされていませんint secretFunction ();// 名前空間付きでエクスポートexport int publicFunction1 (); export long publicFunction2 (); }モジュールが、戻り値の型またはパラメータの型が非エクスポート型である関数をエクスポートする場合、それがポインタでない限り、モジュールは情報不足です。
export module wikipedia . mymodule ;namespace wikipedia :: mymodule { // 非エクスポート型クラスHidden { // ... };export Hidden * someFunction ( Hidden * h ); }クライアントコードは、メソッドを呼び出したり、データにアクセスしたり、オブジェクトを破棄したりすることはできません。さらに、実行時型情報（RTTI）では型を検査できませんが、リフレクションはコンパイル時に行われるため、検査可能です。
モジュールリンクを使用すると、シンボルを異なる翻訳単位間で共有できますが、シンボルが同じ名前のモジュールに属している場合に限ります。このようなシンボルは、モジュール自体のファイル部分からアクセスできますが、明示的に宣言されていない限り、そのモジュールをインポートするコードからはアクセスできませんexport。
上記の例では、 Person.cppmファイル内の行より上のすべてが「モジュールのスコープ外」、つまりモジュールのスコープ外にあるものとされています。[ 1 ]通常、すべてのは、 ステートメントと の宣言の間に、モジュールのスコープ外に配置されます。例：exportmodulewikipedia.project.Person;#includemodule;export module
module ; // オプション。グローバルモジュールフラグメントの開始を示します（export module宣言より上にincludeディレクティブが呼び出されている場合は必須）。// ヘッダーはモジュールのスコープ外、つまりモジュールが宣言される前にインクルードされます#include <print> #include "MyHeader.h"export module wikipedia . project . MyModule ; // 必須。モジュールのプレアンブルの開始を示します// 名前付きモジュールとヘッダー ユニットのインポートは、モジュール宣言の後に記述します// インポート ステートメントは、モジュール宣言の直後に配置され、コード宣言やシンボル宣言の後には記述されません// モジュール以外の翻訳ユニットでは、#include ディレクティブがインポート ステートメントの前に記述されますimport std ; import < string > ; import wikipedia . project . util . UtilitySymbols ; import "Foo.h" ; import < thirdlib / features / Feature . h > ;// ここにコードを記述...module : private ; // オプション。プライベートモジュールフラグメントの開始を示しますどのモジュールにも属さないコードはすべて、いわゆる「名前のないモジュール」（グローバルモジュールフラグメントとも呼ばれる）に存在するため、どのモジュールからもインポートできません。[ 1 ]
C++26以降では、エントリポイント を とマークすることでグローバルモジュールにアタッチできます。これは、モジュール内の非エクスポートエンティティの単体テストを可能にするために使用されます。[ 35 ]main()extern"C++"
多くのヘッダーのみのライブラリは、ヘッダーを介してモジュールに簡単に移植できます。ヘッダーはシンボルをグローバルモジュールに自動的に添付し、内部リンクで宣言されたシンボルを添付できるようにします。exportextern"C++"
export module wikipedia . examples . mylib ;export extern "C++" { // ヘッダー内のコンテンツをエクスポート時にグローバルモジュールとして強制的に添付します#include <wikipedia/examples/MyLib.hpp> }モジュールは、`<module-fraction>` と記述することで「プライベートモジュールフラグメント」を宣言できます。この行以降のすべての宣言または定義は、ファイル内からのみ可視であり、そのモジュールをインポートする翻訳単位からはアクセスできません。[ 3 ]プライベートモジュールフラグメントを含むモジュール単位は、そのモジュールの唯一のモジュール単位である必要があります。[ 1 ]module:private;
モジュールは最近追加された機能であり、コンパイラベンダーがモジュールサポートの開発に著しく遅れたため、ほとんどのサードパーティライブラリは依然としてヘッダーとしてのみ提供されています。ただし、人気のあるライブラリの中にはモジュールサポートを実装しているものもあります。これらには、{fmt}（フォーマットおよび印刷ライブラリfmt）、nlohmann-json（JSONライブラリnlohmann.json）、POCO C++ Libraries（汎用C++ライブラリPoco）、およびBoost C++ Libraries（汎用C++ライブラリboost.*）のさまざまなライブラリが含まれます。[ 36 ] 2026年5月、MicrosoftはC++/WinRTのモジュールサポートをリリースし、名前空間ごとに1つのモジュール（winrt.*）を提供しました。[ 37 ]
関連性はないが類似した機能として、Clang C モジュールがある。ClangはCの非標準モジュールサポートを提供するが、その意味論は C++ モジュールとは大きく異なる。Clang C モジュールが存在する理由は、基本的に C++ モジュールと同じである。[ 5 ]
Cモジュールはシンボルに名前空間を導入しません。Cモジュールは代わりに、 Objective-CとSwiftの相互運用性におけるXcodeと同様に、module.modulemapというファイルを使用してモジュールを定義します。例えば、C標準ライブラリのモジュールマップは次のようになります。
module std [ system ] [ extern_c ] { module assert { textual header "assert.h" header "bits/assert-decls.h" export * }module complex { header "complex.h" export * }module ctype { header "ctype.h" export * }module errno { header "errno.h" header "sys/errno.h" export * }module fenv { header "fenv.h" export * }// ...さらにヘッダーが続きます... }これにより、以下のようにCライブラリをインポートできるようになります。
import std.io ;int main ( int argc , char * argv []) { if ( argc > 1 ) { printf ( "Hello, %s! \n " , argv [ 1 ]); } else { printf ( "Hello, world! \n " ); } return 0 ; }ClangのCモジュールはC++でも使用できますが、非標準機能であるだけでなく、C++の既存のモジュールシステムと競合するため、移植性は低くなります。例えば、std先に示したモジュールは、以下の宣言を使用してC++に拡張できますrequires。
module std { // C標準ライブラリ...module vector { requires cplusplus header "vector" }module type_traits { requires cplusplus11 header "type_traits" }// その他のヘッダー... }importは、他の言語とは意味が異なります。たとえば、importJava の は、usingC++ の に相当しますが、C++ の には相当しませんimport。前者の場合、インポートは単に型にエイリアスを付けたり、名前空間を非修飾したりするだけです。これは、Java が必要に応じて.classファイルを動的にロードするため、すべての名前空間を完全に修飾するだけで、すべての型が使用可能になるからです (アクセス可能なモジュールを明示的に宣言する必要はありません)。しかし、C++ ではモジュールは自動的にすべてロードされるわけではないため、アクセス可能にするには手動で「インポート」する必要があります。これは、C++ の は、 SwiftやHaskellのような言語比較する方が適切でしょうでは、モジュールをインポートしてその中のシンボルを使用することが厳密に必要です。importimportimport{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)