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| 1 | +# コンパイル時のタプルやリストを展開処理する`template for`文 [P1306R5] |
| 2 | +* cpp26[meta cpp] |
| 3 | + |
| 4 | +<!-- start lang caution --> |
| 5 | + |
| 6 | +このページはC++26に採用される見込みの言語機能の変更を解説しています。 |
| 7 | + |
| 8 | +のちのC++規格でさらに変更される場合があるため[関連項目](#relative-page)を参照してください。 |
| 9 | + |
| 10 | +<!-- last lang caution --> |
| 11 | + |
| 12 | +## 概要 |
| 13 | +C++26では、タプル、構造体、Range、パラメータパック展開リストなどの各要素に対して、コンパイル時に文を繰り返し展開する「展開文 (expansion statement)」として`template for`文を導入する。 |
| 14 | + |
| 15 | +```cpp |
| 16 | +auto tup = std::make_tuple(0, 'a', 3.14); |
| 17 | +template for (auto elem : tup) { |
| 18 | + std::println("{}", elem); |
| 19 | +} |
| 20 | +``` |
| 21 | +* std::make_tuple[link /reference/tuple/make_tuple.md] |
| 22 | + |
| 23 | +出力： |
| 24 | + |
| 25 | +``` |
| 26 | +0 |
| 27 | +a |
| 28 | +3.14 |
| 29 | +``` |
| 30 | + |
| 31 | +この`template for`文は、本体の文をコンパイル時に要素数分だけ展開する。上記のコードは以下と等価である： |
| 32 | + |
| 33 | +```cpp |
| 34 | +{ |
| 35 | + { auto elem = get<0>(tup); std::println("{}", elem); } |
| 36 | + { auto elem = get<1>(tup); std::println("{}", elem); } |
| 37 | + { auto elem = get<2>(tup); std::println("{}", elem); } |
| 38 | +} |
| 39 | +``` |
| 40 | + |
| 41 | +各展開において要素の型が異なりうるため、通常の`for`文では実現できない処理が可能となる。 |
| 42 | + |
| 43 | + |
| 44 | +## 構文 |
| 45 | + |
| 46 | +``` |
| 47 | +template for ( init-statement(opt) for-range-declaration : expansion-initializer ) compound-statement |
| 48 | +``` |
| 49 | + |
| 50 | +`expansion-initializer`には以下の3種類の形式がある： |
| 51 | + |
| 52 | +- 列挙展開: `{ expression-list }` — 引数パック展開や、任意のタプル指定 |
| 53 | +- 反復展開 (Range) : `expression` — `begin()`/`end()`が定義され、要素数がコンパイル時に確定するRange |
| 54 | +- 分解展開 (構造体・タプル) : `expression` — 構造化束縛可能なオブジェクト |
| 55 | + |
| 56 | + |
| 57 | +## 展開の種類 |
| 58 | +### 列挙展開 |
| 59 | +ブレース区切りの式リストやパック展開を展開する。 |
| 60 | + |
| 61 | +```cpp |
| 62 | +template <typename... Ts> |
| 63 | +void print_all(Ts... elems) { |
| 64 | + template for (auto elem : {elems...}) { |
| 65 | + std::println("{}", elem); |
| 66 | + } |
| 67 | +} |
| 68 | + |
| 69 | +print_all(1, 2.0, "three"); |
| 70 | +``` |
| 71 | +
|
| 72 | +パック展開のほか、任意の式のリストも使用できる： |
| 73 | +
|
| 74 | +```cpp |
| 75 | +template for (auto x : {1, 2.0, "three"}) { |
| 76 | + std::println("{}", x); |
| 77 | +} |
| 78 | +``` |
| 79 | + |
| 80 | + |
| 81 | +### 反復展開 |
| 82 | +`begin()`/`end()`が定義され、`end - begin`がコンパイル時に確定するRangeを展開する。 |
| 83 | + |
| 84 | +```cpp |
| 85 | +void f() { |
| 86 | + template for (constexpr int I : std::array{1, 2, 3}) { |
| 87 | + static_assert(I < 4); |
| 88 | + } |
| 89 | +} |
| 90 | +``` |
| 91 | + |
| 92 | +### 分解展開 |
| 93 | +構造化束縛可能なオブジェクト（タプル、構造体など）を展開する。 |
| 94 | + |
| 95 | +```cpp |
| 96 | +struct Point { int x; int y; int z; }; |
| 97 | + |
| 98 | +consteval long total_size(Point p) { |
| 99 | + long result = 0; |
| 100 | + template for (auto field : p) { |
| 101 | + result += sizeof(field); |
| 102 | + } |
| 103 | + return result; |
| 104 | +} |
| 105 | +``` |
| 106 | +
|
| 107 | +範囲としても分解としても解釈できる場合は、範囲が優先される。 |
| 108 | +
|
| 109 | +
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| 110 | +## `break`と`continue` |
| 111 | +`template for`文の本体内で`break`と`continue`を使用できる。これらは実行時の制御フローとして動作する。 |
| 112 | +
|
| 113 | +- `break` : 展開全体の末尾に飛ぶ |
| 114 | +- `continue` : 次の展開の先頭に飛ぶ |
| 115 | +
|
| 116 | +同じ型の要素のみのタプルであれば、通常の`if`文で条件分岐できる： |
| 117 | +
|
| 118 | +```cpp |
| 119 | +auto tup = std::make_tuple(1, 2, 3); |
| 120 | +template for (auto elem : tup) { |
| 121 | + if (elem == 2) break; |
| 122 | + std::println("{}", elem); |
| 123 | +} |
| 124 | +// 出力: 1 |
| 125 | +``` |
| 126 | + |
| 127 | +異なる型の要素をもつタプルでは、型に依存する条件を`if constexpr`で分岐する必要がある： |
| 128 | + |
| 129 | +```cpp |
| 130 | +auto tup = std::make_tuple(1, "hello", 3.14); |
| 131 | +template for (auto elem : tup) { |
| 132 | + // 整数型の場合のみ値を判定してcontinueする |
| 133 | + if constexpr (std::is_integral_v<decltype(elem)>) { |
| 134 | + if (elem == 1) continue; |
| 135 | + } |
| 136 | + std::println("{}", elem); |
| 137 | +} |
| 138 | +// 出力: |
| 139 | +// hello |
| 140 | +// 3.14 |
| 141 | +``` |
| 142 | +* std::is_integral_v[link /reference/type_traits/is_integral.md] |
| 143 | + |
| 144 | + |
| 145 | +## `return` |
| 146 | +`template for`文の本体内で`return`を使用すると、所属する関数から直接返る。これは[`std::apply()`](/reference/tuple/apply.md)にラムダ式を渡す方法では実現できなかった利点である。 |
| 147 | + |
| 148 | +```cpp |
| 149 | +// タプルの要素から最初の整数型の値を探して返す |
| 150 | +template <class Tuple> |
| 151 | +std::optional<int> find_first_int(Tuple&& tup) { |
| 152 | + template for (auto&& elem : tup) { |
| 153 | + if constexpr (std::is_integral_v<std::remove_cvref_t<decltype(elem)>>) { |
| 154 | + return elem; // 所属する関数から直接返る |
| 155 | + } |
| 156 | + } |
| 157 | + return std::nullopt; |
| 158 | +} |
| 159 | + |
| 160 | +auto tup = std::make_tuple("hello", 42, 3.14); |
| 161 | +auto result = find_first_int(tup); // 42 |
| 162 | +``` |
| 163 | +* std::is_integral_v[link /reference/type_traits/is_integral.md] |
| 164 | +* std::remove_cvref_t[link /reference/type_traits/remove_cvref.md] |
| 165 | +* std::make_tuple[link /reference/tuple/make_tuple.md] |
| 166 | +
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| 167 | +
|
| 168 | +## `co_await` |
| 169 | +`template for`文の本体内で`co_await`を使用すると、所属するコルーチンを直接サスペンドできる。ラムダ式内の`co_await`は囲む関数ではなくラムダ自体をコルーチンにしてしまうため、従来の方法では実現が困難であった。 |
| 170 | +
|
| 171 | +```cpp |
| 172 | +// タプルの各要素に対して非同期処理を順番に実行する |
| 173 | +template <class Tuple> |
| 174 | +Task process_all(Tuple&& tup) { |
| 175 | + template for (auto&& elem : tup) { |
| 176 | + co_await async_process(elem); // 所属するコルーチンをサスペンドする |
| 177 | + } |
| 178 | +} |
| 179 | +``` |
| 180 | + |
| 181 | + |
| 182 | +## この機能が必要になった背景・経緯 |
| 183 | +C++23以前では、[`std::tuple`](/reference/tuple/tuple.md)のような異種型コンテナの各要素を処理するために、テンプレートの再帰的インスタンス化や[`std::apply()`](/reference/tuple/apply.md)を使用する必要があった。これらの手法には以下の問題があった： |
| 184 | + |
| 185 | +- コンパイル時間とメモリの消費が大きい |
| 186 | +- ラムダ式内での`return`や`co_await`が囲む関数に影響を与えない |
| 187 | +- コードが不自然で読みにくい |
| 188 | + |
| 189 | +`template for`文はこれらの問題を解決し、異種型コンテナの反復処理を通常の`for`文と同様の構文で記述できるようにする。 |
| 190 | + |
| 191 | + |
| 192 | +## <a id="relative-page" href="#relative-page">関連項目</a> |
| 193 | +- [C++11 可変引数テンプレート](/lang/cpp11/variadic_templates.md) |
| 194 | +- [C++17 畳み込み式](/lang/cpp17/folding_expressions.md) |
| 195 | +- [C++17 構造化束縛](/lang/cpp17/structured_bindings.md) |
| 196 | +- [C++26 構造化束縛でパックを導入できるようにする](/lang/cpp26/structured_bindings_can_introduce_a_pack.md) |
| 197 | +- [C++26 静的リフレクション](/lang/cpp26/reflection.md.nolink) |
| 198 | +- [`std::tuple`](/reference/tuple/tuple.md) |
| 199 | +- [`std::apply()`](/reference/tuple/apply.md) |
| 200 | + |
| 201 | + |
| 202 | +## 参照 |
| 203 | +- [P1306R5 Expansion Statements](https://open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2025/p1306r5.html) |
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