C++/アクセス指定子

アクセス指定子の基礎

概要

アクセス指定子は、C++におけるカプセル化と情報隠蔽の主要なメカニズムです。クラスや構造体のメンバー（変数・関数）へのアクセス制御を設定し、以下の目的を達成します：

• データの保護とカプセル化の実現
• クラスインターフェースの明確な定義
• 継承階層における適切なアクセス制御

基本的な指定子

C++は3種類の基本的なアクセス指定子を提供します：

public

* クラス外部から自由にアクセス可能

* インターフェースの公開に使用

* 例：クラスのAPIとして公開するメソッド

private

* クラス内部からのみアクセス可能

* データ隠蔽の実現に使用

* 例：内部実装の詳細、状態管理変数

protected

* クラス内部と派生クラスからアクセス可能

* 継承を考慮した設計に使用

* 例：派生クラスでオーバーライドされるメソッド

構文と使用法

class Example {
public:
    void publicMethod();    // 外部からアクセス可能
private:
    int privateData;        // クラス内部のみ
protected:
    virtual void protectedMethod();  // 派生クラスも可
};

モダンC++におけるアクセス制御

C++17以降の新機能

インライン変数とstatic constexpr

class Modern {
public:
    static inline int counter = 0;  // C++17: クラス内インライン変数
    static constexpr int MAX = 100; // コンパイル時定数
private:
    inline static int internal = 0; // private なインライン変数
};

構造化束縛とアクセス制御

class DataHolder {
public:
    auto getData() const {
        return std::tuple{value1, value2};
    }
private:
    int value1 = 0;
    int value2 = 0;
};

// 使用例
auto [v1, v2] = dataHolder.getData();

C++20の拡張

コンセプトとアクセス制御

template<typename T>
concept Accessible = requires(T t) {
    { t.publicMethod() } -> std::same_as<void>;
};

class Modern {
public:
    void publicMethod() requires Accessible<Modern>;
private:
    void privateMethod();
};

モジュールでのアクセス制御

// mymodule.cpp
export module mymodule;

export class Public {
    // モジュール外部から見える
};

class Private {
    // モジュール内部でのみ見える
};

アクセス制御のベストプラクティス

設計原則

1. デフォルトでprivate
   • メンバーは特に理由がない限りprivateにする
   • 必要に応じて段階的に公開レベルを上げる
2. インターフェースの最小化
   • publicメンバーは必要最小限に抑える
   • 実装の詳細は完全に隠蔽する
3. 継承を考慮した設計
   • protectedは慎重に使用する
   • 派生クラスに必要な機能のみを公開

パターンと実践例

PIMPLイディオム

PIMPLイディオム（Pointer to Implementation）は、クラスの実装をヘッダーファイルから分離し、プライベートな実装をポインタを通じて管理することで、コンパイル時間の短縮や依存関係の削減を実現する設計パターンです。

// ヘッダーファイル
class Widget {
public:
    Widget();
    ~Widget();
    void doSomething();
private:
    class Impl;
    std::unique_ptr<Impl> pimpl;
};

// 実装ファイル
class Widget::Impl {
    // 実装の詳細
};

インターフェースクラス

class IShape {
public:
    virtual ~IShape() = default;
    virtual double area() const = 0;
protected:
    // 派生クラスで使用する共通機能
    virtual void transform() = 0;
private:
    // 実装の詳細
};

アクセス制御の応用

フレンド宣言

クラス間の特別なアクセス権を付与します：

class Secretary {
    friend class Manager;  // Managerクラスに特別なアクセス権を付与
private:
    void accessConfidentialData();
};

テンプレートとアクセス制御

template<typename T>
class Container {
public:
    void add(const T& item);
private:
    std::vector<T> items;
    using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
protected:
    virtual void onItemAdded(const T& item);
};

高度なトピック

アクセス指定子の継承制御

継承時のアクセス指定子による影響：

基底クラスのメンバー	public継承	protected継承	private継承
public	public	protected	private
protected	protected	protected	private
private	アクセス不可	アクセス不可	アクセス不可

スマートポインタとアクセス制御

class Resource {
public:
    static std::shared_ptr<Resource> create() {
        return std::shared_ptr<Resource>(new Resource());
    }
private:
    Resource() = default;  // 直接のインスタンス化を防ぐ
};

まとめ

アクセス指定子は、C++のカプセル化とデータ隠蔽の中心的なメカニズムです。モダンC++では、より洗練された使用方法と新しい機能が追加され、より柔軟で安全なコード設計が可能になっています。適切なアクセス制御の実装は、保守性が高く、拡張しやすいコードの作成に不可欠です。