More C++ Idioms

ゲーム作ってると、「これ書くのにこの実装で良いだろうか？」という不安に直面するのですが、うまい具合にはまるイディオムが見つかったらしめたものです。一度探してみると良いと思います。

Boost の中にこういったイディオムの実装もあるようで、理解を深める意味でも参考になりそうです。

たとえば enum 型は取りうる値が決まっているデータ型ですが、その正体は数値です。 enum 型変数の内容（数値）によって分岐する際に switch 文は力を発揮します。

typedef enum GameMode {
  Opening,
  GameMain,
  GameOver,
  Ending
} GameMode;

GameMode current = Opening;

switch (current) {
case Opening:
  // オープニングの処理
  break;
case GameMain:
  // メインループの処理
  break;
case GameOver:
  // ゲームオーバー時の処理
  break;
case Ending:
  // エンディングの処理
  break;
}

switch 文には重要なポイントがふたつあります。

• break を書かないと、その下の行が実行されてしまう
• switch 句の数値が case に該当しない場合は default: というラベルへジャンプする

実は switch 文というのはラベルジャンプに他ならないのです。ですので、もし break を書き忘れると後に続く処理も実行されてしまいます。これは当然です。プログラムは上から下へ実行されるからです。

switch (current) {
case GameMain:
  // 痛恨の break 書き忘れ
case GameOver:
  // おいおい current が GameMain の時にここも実行されちゃうぞ！？
  break;
}

しかし、 break の書き忘れが常に間違いかというとそうではなく、この動作を逆に利用して「違うラベルで同じ処理をさせる」ことができます。

switch (current) {
case GameStage1:
case GameStage2:
case GameStage3:
  // ステージ１～３の場合の処理
  break;
case GameStage4:
case GameStage5:
case GameStage6:
  // ステージ４～６の場合の処理
  break;
}

また、該当しない場合に default: へジャンプするというのは納得のいく仕様かと思われます。コンピュータを使っているとよく「デフォルト値」とか言うと思いますが、あれです。

switch (current) {
case Opening:
  // オープニングの処理
  break;
case Ending:
  // エンディングの処理
  break;
default:
  // 該当しない債務不履行な処理（債務不履行＝デフォルト）
  break;
}

ちなみに if 文でも同じことができるのですが enum 型と連携しての分岐はイディオム的な部分がありますので覚えておきましょう。

２で割った余りが１であればその数値は奇数です。逆に０であれば偶数です。この関係を利用して奇数と偶数を判定する式を次のように書くことができます。

if ((value % 2) == 1) {
  // 奇数
} else {
  // 偶数
}
value++;

ただし、この技は算術演算子で余りが取れる言語でないと読みづらくなります（ Excel の VBA など）。また、最下位ビットが立っているかいないかで判定する方法もあるのですが、こちらは数値がビットで成り立っていることを知らないと伝わりません。「そんなやつがプログラマでいるのか？」と思いますよね。いるんですよ、結構。

無限ループの出番は意外と多いです。たとえば Windows プログラミングの場合には終了のメッセージが飛ぶまでは無限ループにする必要があります。無限ループの書き方はイディオムですので覚えてしまいましょう。

// 私、理系ですからスタイル
while (1) {
}

// 私、ソースが仕様書ですスタイル
while (true) {
}

// ちょっとうるうるきちゃうスタイル
for (;;) {
}

余談なのですが PHP の場合には goto 文がないので途中で抜けられるブロックを作る際に無限ループで代用することがよくあります。

<?php
while (true) {
  if (/* 何か問題に遭遇したら */) {
    break;
  }

  if (/* また別の問題に遭遇したら */) {
    break;
  }

  // ループは１回で終わり
  break;
}
?>

なんとかならんものかと悩みます。その点 C/C++ は良いですよね。

% は割り算の余りを求める演算子ですが、ある変数の内容を１ずつ増加させ、その余りを取ると数値が循環するようになります。

#include <iostream>


int main(int argc, char *argv)
{
  int value = 0;

  for (int i = 0; i <100; i++) {
    // 0 から 7 で循環させる
    std::cout <<value % 8 <<std::endl;
    value++;
  }

  return 0;
}

これを実行すると次のようになります。

0
1
2
3
4
5
6
7
0 ←また０に戻った！
1
2
3
4
5
6
7
0 ←また！
1
2
…（以下、略）

注意点は、変数がオーバーフローしたときに期待した動作にならないことです。一度だけ使うツールを作る際など、限定した用途に使うのが吉です。

break 文を使うと、そのループを強制的に抜けることができます。これによりループの終了を for や while 以外の場所で判断できるようになります。

while ((fgets(string, maxLength - 1, fp)) != NULL) {
  // end の文字があったらループを終了する
  if (lstrcmp(string, TEXT("end")) == 0) {
    break;
  }
}

また、いつ終了するかわからないループを作る場合、 while の継続条件に１（または true ）と書いて無限ループを作り、終了条件は if 文と break 文を組み合わせて作るという手法がよく使われます。

while (true) {

  // 前略

  if (/* 難解な終了条件 */) {
    break;
  }

  // 後略

}

なお、 break 文は break 文が直接属するループのみを抜ける点に注意が必要です。たとえば２重ループの場合、中のループで break 文を書いても外側のループに処理が戻るだけです。

while (condition == true) {
  while (innerCondition == true) {
    if (/* 終了条件 */) {
      break;
    }
  }
  // ↑中のループで break したらここにくる
}

中のループから外側のループまで抜けたい場合は、外側のループにも if 文が必要です。また goto 文を使う方法もあります。

while (condition == true) {
  while (innerCondition == true) {
    if (/* 終了条件 */) {
      goto endofloop;
    }
  }
}

endofloop:
// ここに飛んでくる

ちなみに、 goto 文はこれ以外の用途で不用意に使うと批判の対象になってしまうため注意が必要です。

そもそも、なぜコンパイル単位で同じヘッダを２度 #include してはならないのかというと、無限 #include に陥ってしまったり、シンボルが重複してしまうからです。たとえば this.h というヘッダファイルの中で #include “this.h” と書いてしまうと this.h が this.h を #include して、さらに #include された this.h が this.h を #include しで…となってしまい、コンパイルがいつまで経っても終わらなくなります。シンボルの重複とは話が簡単です。要は同じ名前は２回使えませんということです。たとえば構造体や関数や変数の名前は決められた範囲の中で一意である必要があるのです。

なにやら訳がわかりませんが、幸いなことに対処方法は非常に簡単です。ヘッダファイルに定型句を書くだけです。

#ifndef THIS_HEADER_INCLUDED__

#define THIS_HEADER_INCLUDED__


/* ここにヘッダファイルの中身を書く */

#endif

THIS_HEADER_INCLUDED__ はヘッダファイルごとに違う文字列を入れてください。好きな名前をつけていただいて問題ありませんが、他のファイルと重複しないようにする必要があります。ファイル名から考えるのが楽かと思います。こう書いておくとたとえば次のようなコードを書いても問題なくコンパイルが通るようになります。

// わざと何回も #include してみる
#include "this.h"

#include "this.h"

#include "this.h"

#include "this.h"

#include "this.h"

// 問題なし

ここまで極端なソースにはならないと思いますが、同じような意味のことは十分起こりえます。ヘッダファイルを書く場合は #ifndef #define #endif のセットで覚えておきましょう。

まず、敵キャラクターの総数を定数で定義します。定数で定義する理由は「あとで変更するのが楽」だからです。

#define MAX_ENEMY 100

こうすることで、プログラムから MAX_ENEMY という定数を使うことができるようになります。意味は 100 と数字で書いたときと同じになります。

次に敵キャラクターの情報を保存する配列を作ります。今回の場合は 100 体分の敵キャラクターが必要ですので 100 …と、数字で指定したいところですが、ここで先ほど定義した定数を使います。

Enemy enemies[MAX_ENEMY];

100 という数字を MAX_ENEMY という定数で置き換えることで、敵キャラクターの増減が簡単になります。たとえば、敵キャラクターを 200 体に増やしたい場合は、 #define MAX_ENEMY 200 と書き直すだけで 200 体分の配列を作れるようになります。

100 体分の配列が作れたら準備が完了です。次はゲームの中から 100 体分の敵キャラクターを動かします。しかし、プログラムは一度にひとつのことしかできませんので 100 体の敵キャラクターを同時に動かすことはできません。 100 体分の敵キャラクターを動かすためには、きわめて短い間隔で１体ずつ動かして、見かけ上同時に動いているように見せるのです（アニメーションの原理と同じ）。これを実現するためには for 文を使います。

for (int i = 0; i <MAX_ENEMY; i++) {
  doEnemy(enemies[i]);
}

１体の敵キャラクターを動かすための関数が doEnemy() で、どの敵キャラクターを動かすのかを引数で受け取るような仕様の場合、先ほど作った enemies 配列に、現在のループは何回目かを数えている i という変数を組み合わせて enemies[i] とする点がポイントです。このように書くと、１回目のループでは i の値が０ですので enemies[0] を参照することができ、２回目のループでは i の値が１ですので enemies[1] を参照することができるようになります。この調子で 100 回繰り返すわけですから、結果的に 100 体分の敵キャラクターを順番に参照していることになります。

これは基本的にして重要なイディオムですので覚えてしまいましょう。