# C++ クイックリファレンス

*クラス、テンプレート、STL、スマートポインタ、モダン C++ 必須事項*

> Source: C++ Reference (cppreference.com) · MIT

## 基礎

### Hello World

```
#include <iostream>
int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}
```

### コンパイル & 実行

```
g++ -std=c++20 -Wall -o app main.cpp
./app
clang++ -std=c++20 -o app main.cpp
```

### 変数 & 定数

```
int x = 42;
auto y = 3.14;             // type deduction
const int MAX = 100;
constexpr int SIZE = 256;  // compile-time constant
```

### 名前空間

```
namespace math {
    double pi = 3.14159;
}
using namespace std;       // use sparingly
using std::cout;           // prefer selective
```

## クラス

### クラスの定義

```
class Rectangle {
    double w_, h_;
public:
    Rectangle(double w, double h) : w_(w), h_(h) {}
    double area() const { return w_ * h_; }  };
```

### 継承

```
class Shape {
public:
    virtual double area() const = 0;   // pure virtual
    virtual ~Shape() = default;  };
// class Circle : public Shape { ... };
```

### アクセス指定子

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `public` | どこからでもアクセス可能 |
| `protected` | クラスおよび派生クラスからアクセス可能 |
| `private` | クラス内からのみアクセス可能 |
| `friend` | 特定の関数またはクラスにアクセスを許可 |

### 特殊メンバー関数

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `コンストラクタ` | `MyClass(args)` — オブジェクトの初期化 |
| `デストラクタ` | `~MyClass()` — リソースのクリーンアップ |
| `コピーコンストラクタ` | `MyClass(const MyClass&)` |
| `ムーブコンストラクタ` | `MyClass(MyClass&&)` — 所有権の転送 |
| `コピー代入` | `operator=(const MyClass&)` |
| `ムーブ代入` | `operator=(MyClass&&)` |

## テンプレート

### 関数テンプレート

```
template <typename T>
T max_val(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}
auto result = max_val(3, 7);  // deduced as int
```

### クラステンプレート

```
template <typename T>
class Stack {
    std::vector<T> data_;
public:
    void push(const T& v) { data_.push_back(v); }  };
```

### コンセプト（C++20）

```
template <typename T>
concept Numeric = std::integral<T> || std::floating_point<T>;
template <Numeric T>
T add(T a, T b) { return a + b; }
```

## STL コンテナ

### シーケンスコンテナ

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `vector<T>` | 動的配列、高速なランダムアクセス |
| `deque<T>` | 両端キュー |
| `list<T>` | 双方向リンクリスト |
| `array<T,N>` | 固定サイズ配列（コンパイル時サイズ） |
| `forward_list<T>` | 単方向リンクリスト |

### 連想コンテナ

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `map<K,V>` | 順序付きキーバリューペア（赤黒木） |
| `set<T>` | 順序付き一意要素 |
| `unordered_map<K,V>` | ハッシュマップ、平均 O(1) ルックアップ |
| `unordered_set<T>` | ハッシュセット、平均 O(1) ルックアップ |
| `multimap<K,V>` | 順序付き、重複キーを許可 |

### vector の操作

```
std::vector<int> v = {1, 2, 3};
v.push_back(4);
v.emplace_back(5);         // construct in place
v.size();  v.empty();
v[0];  v.at(0);            // at() has bounds check
```

## イテレータ & アルゴリズム

### イテレータの使い方

```
std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5};
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}
for (const auto& val : v) { }  // range-based for
```

### よく使うアルゴリズム

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `sort(begin, end)` | 要素を昇順にソート |
| `find(begin, end, val)` | 値の最初の出現を検索 |
| `count(begin, end, val)` | 値の出現回数をカウント |
| `transform(b, e, out, fn)` | 各要素に関数を適用 |
| `accumulate(b, e, init)` | 要素を集約（デフォルトは合計） |
| `reverse(begin, end)` | 要素の順序を逆にする |
| `unique(begin, end)` | 連続する重複を削除 |

### Ranges（C++20）

```
namespace rv = std::views;
auto evens = v | rv::filter([](int n){ return n % 2 == 0; })
               | rv::transform([](int n){ return n * n; });
```

## スマートポインタ

### unique_ptr

```
auto p = std::make_unique<int>(42);
std::cout << *p << std::endl;
// auto-deleted when out of scope
// cannot be copied, only moved
```

### shared_ptr

```
auto sp = std::make_shared<std::string>("hello");
auto sp2 = sp;               // reference count: 2
std::cout << sp.use_count(); // 2
```

### 比較

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `unique_ptr<T>` | 排他的所有権、オーバーヘッドなし |
| `shared_ptr<T>` | 参照カウントによる共有所有権 |
| `weak_ptr<T>` | `shared_ptr` の非所有オブザーバー |
| `make_unique<T>()` | `unique_ptr` の推奨作成方法 |
| `make_shared<T>()` | `shared_ptr` の推奨作成方法 |

## ラムダ

### ラムダの構文

```
auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
int sum = add(3, 4);         // 7
```

### キャプチャモード

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `[x]` | `x` を値でキャプチャ（コピー） |
| `[&x]` | `x` を参照でキャプチャ |
| `[=]` | 使用中の変数を全て値でキャプチャ |
| `[&]` | 使用中の変数を全て参照でキャプチャ |
| `[=, &x]` | 全て値でキャプチャ、`x` のみ参照 |
| `[this]` | 外側のオブジェクトポインタをキャプチャ |

### STL とのラムダ

```
std::vector<int> v = {5, 2, 8, 1};
std::sort(v.begin(), v.end(),
    [](int a, int b) { return a > b; });  // descending
auto it = std::find_if(v.begin(), v.end(),
    [](int n) { return n > 3; });
```

## 文字列 & I/O

### std::string

```
std::string s = "hello";
s += " world";              // concatenation
s.substr(0, 5);             // "hello"
s.find("world");            // 6 (position)
s.length();  s.empty();
```

### 文字列変換

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `std::to_string(42)` | 数値を文字列に変換 |
| `std::stoi(s)` | 文字列を `int` に変換 |
| `std::stod(s)` | 文字列を `double` に変換 |
| `std::stol(s)` | 文字列を `long` に変換 |

### I/O ストリーム

```
std::cout << "output" << std::endl;
std::cin >> variable;
std::getline(std::cin, line);
```

### ファイル I/O

```
std::ofstream out("file.txt");
out << "hello" << std::endl;
std::ifstream in("file.txt");
std::string line;
while (std::getline(in, line)) { }
```

## エラーハンドリング

### 例外

```
try {
    throw std::runtime_error("something failed");
} catch (const std::exception& e) {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
} catch (...) { /* unknown error */ }
```

### 標準例外

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `std::exception` | 全標準例外の基底クラス |
| `std::runtime_error` | メッセージ付きランタイムエラー |
| `std::logic_error` | ロジックエラー（事前条件違反） |
| `std::out_of_range` | インデックスまたはイテレータの範囲外 |
| `std::invalid_argument` | 無効な関数引数 |
| `std::bad_alloc` | メモリ割り当て失敗 |

### noexcept

```
void safe_func() noexcept {
    // guaranteed not to throw
}
bool can_throw = noexcept(safe_func());  // true
```

## モダン C++（17/20）

### 構造化バインディング（C++17）

```
std::map<std::string, int> m = {{"a", 1}, {"b", 2}};
for (auto& [key, value] : m) {
    std::cout << key << ": " << value << "\n";
}
```

### std::optional（C++17）

```
std::optional<int> find(int id) {
    if (id > 0) return id * 10;
    return std::nullopt;
}
auto val = find(3);             // has_value() == true
```

### std::variant & std::any（C++17）

```
std::variant<int, std::string> v = "hello";
std::cout << std::get<std::string>(v);
std::any a = 42;
int n = std::any_cast<int>(a);
```

### 主要なモダン機能

| Command | Description |
|---------|-------------|
| `auto` | 変数と戻り値型の型推論 |
| `constexpr` | コンパイル時評価 |
| `if constexpr` | コンパイル時条件分岐（C++17） |
| `std::span<T>` | 連続データへの非所有ビュー（C++20） |
| `std::format()` | 型安全な文字列フォーマット（C++20） |
| `co_await` | コルーチンサポート（C++20） |