とあるソフトウェアエンジニアのブログ

時が流れるのも早いもので、ADPの開発に使用しているコンパイラをVisual Studio 2012 に変えてから10年が経とうとしています。
途中、一度Visual Studio 2017 C++を試したのですが、regex がboostのモノと挙動が違うらしく（$を行末とするにはmultilineサポートが必要とのこと）、この時はVisual Studio 2012に戻した。

最近、OSをWindows 11に変えて、『いい加減コンパイラも変えるか』ということで、Visual Studio 2022 の C++に変えました。
ちなみにVisual Studio 2012 は Professional を購入しましたが、Visual Studio 2022 は Community版 をインストールしました。
まぁ仕事で使うようになったら Professional を購入します。
Visual Studio は 2003、2008、2012と一つ飛ばしで買っていましたが（2012は不本意ながら、2008がWindows8で動かなかったから買った記憶があります）、その後、Visual Studioを使うのも ADP と SQL Server 2012 の開発用となったので、特にバージョンアップをしないで、だらだらとしていたら気が付けば、2013、2015、2017、2019、と結構なスキップとなりました。

気が付けば、Gitに対応していたり、なかなかの変わりっぷりですが、C++の開発関係はあまり変わらずでよかったです。
もっとも、C++言語の方が、C++11、C++14、C++17、C++20 と今迄の停滞はなんだったんだというぐらいに変わっているので如何したものかと思う。
一部、最適化に関わる部分（右辺値参照とか）があるので無視するわけにはいかず、コード自体は今後、変えていこうかと思います。
ちなみに長く止まっていた、C言語の方もC11やらC17やらに対応しているらしく（単にプロジェクトのプロパティを見ただけ）、C言語に徐々に書き換えるのもありかと思う今日この頃です（現実的ではないですが）。

新しい規格への対応で、1点、期待していたものが regex がありました。ADPは boostライブラリの regex を使っていたのですが、そのregex がC++11から規格に入り C++17 ではmultilineをサポートしたものになっていました。あくまでも個人的な趣味もありますが、私的には $ を行末としたいのですが、それまでのC++ の 標準regexは$はあくまでも文字列の最後という扱いでした。multilineで$が行末とみなしてくれるようになります。
ということで、さっそく試してみたのですが、VC 2022 ではどうも、multilineに対応していないようでした。
「なんでやねん」ということで、色々検索してみましたが、以下、Microsoft のDeveloper Communityの投稿を見つけました。

multiline [C++]

同じようなことを感じた人が投稿したらしいのですが、Visual C++の開発者と思われる方のコメントで、要約すると『規格制定で色々あったのですが、現在のところABIの破壊がないようにするために、このような実装となっています。回避策として引き続きBoostのRegexを使ってください、その方が挙動が一貫しているだけでなくパフォーマンスも良いです（意訳）』とのことです。

BoostのセットアップがVisual C++の環境では面倒なのですが、Boostも一緒にバージョンアップし（1.45 → 1.80）Visual C++ 2022の環境に移行しました。ちなみにコンパイラを変えただけではパフォーマンスが変わることは特になかったです（AVX等の命令を使うように変えればまた違うかもしれませんが・・・）。

2020年もすっかり明けて２月になりましたが、年明けに１０年ぶりにPCを更新しました。
ちょうど１０年ほど前に、購入するPCの世代を統一しようと初代Core i7でソケット1366に決めたのですが、そこからCore i7-980Xを３つ程とi7-920を入手し４台のPCがあるわけですが、その後継ということでZEN2世代のRYZENに決めました。
Core i7を買ったときはちょうどWindows7に乗り換えた時でそこから8,10ときて、ここ2，3年は自分のPCがもっさりしていてグラフィックカードを変えたりしていましたがやっとこさ全とっかえができました。

今回はインテルからAMDに乗り換えたのですが、長いPC歴でちょこちょこAMDを使っています。今までメインマシンで使ったCPUを思い出すだけ書き出すと、こんな感じになります。

1984 （不明）ポケコンPB110
1985 uPD780(Z-80相当品) NEC
1989 80286相当品 AMD
1989 V30 NEC
1992 i486SX(J) Intel
1994 Am486 SX2-66 AMD
1996 Pentium 133 Intel
1997 MMX Pentium 166 Intel
1998 K6 AMD
1998 K6-2 AMD
1998 M2 Cyrix
1999 K6-III AMD
2000 Pentium III 600 Intel
2000 Pentium III 1000 Intel
2002 Celeron 1.4(PentiumIII系） Intel
2003 Celeron 2.3(Northwood-128K) Intel
2003 Pentium4(Northwood) Intel
2004 Athlon 64 3000+ AMD
2006 Pentium D 805 Intel
2006 Core 2 DUO E6400 Intel
2008 Xeon X3350(Core 2 Quad) Intel
2009 Core i7 - 920 Intel
2010 Core i7 - 980X Intel
2020 RYZEN9 3950X AMD

年号は大体ということで割といい加減です。その時の懐事情と趣味とその他諸事情で買い集めたり絞ったりしていましたが、こうしてみると2010年代のスキップぶりが半端ないですね。Core i7についてはSandy Bridge世代でそろえればよかったと少し後悔して、AMDからZenマイクロアーキテクチャが出る噂を聞きつけたときに様子見をしてZen2になったところで「行こう！」となった感じです。

話は戻って、初めての16ビット、32ビット、64ビットCPUは、AMDになります。初めての16ビットパソコンはPC-9801RXでしばらくはIntelを使っていると思っていたのですがあるときに中を開けてみたらAMDのCPUでした。よくよくカタログをみたら80286相当品と書かれていてものすごくがっかりした記憶があります。初めての32ビットCPUは、i486SX(J)と思いきや、このCPUは外部バス16ビットで、それを初めて知った時のがっかり感は半端なかったです。そのあとに買ったパソコンが今はなきコンパックのPresario CDS 524でこちらもメモリの増設で筐体を開けた時にみたらAMDでまたもやがっかりした記憶があります。その後、懐事情が改善し自作に移行して狂ったように買いましたが、初めてのDual-processor, Dual-core, Quad-core, Hexa-core はIntelになります。
RYZEN9は、初めての16-core（書き方を探すのが面倒）、PCI-E Ver4.0(Ver3.0はスキップ）、DDR4-RAM、UEFIです。利用面からは、初めてのCPUプロファイラ（AMDuProf）を使うプロセッサになります。CPUはキャッシュミスとか分岐予測ミスとかが発生すると内部のカウンタで記録をとるのですが、それを読み出すソフトウェアがCPUプロファイラということになります。有名どころではIntelのVTuneがあるのですがこのソフトがめっぽう高くCPUと合わせての購入となると個人では手が出しにくいです。AMDの方はなんと無料ということでまぁAMDということになりました。
そんなものを何に使うのか？と言われそうですが、もちろんADPのインタプリタ部分で、当初はVisualStudio付属のプロファイラを使って最適化を行っていましたが、いろいろ私に合わず、『V-Tuneかー』と思っていたところへ、CodeXL(AMDuProfの前身)の存在を知り、CodeXLに乗り換えたのが5年ほど前になります。CPUがIntelの場合、プロファイラは命令毎にかかった時間が分かるのですが具体的な原因（キャッシュミスなのか？ブランチペナルティか？とか）までは分からずそのあたりは手探りになっておったのがこれでばっちりと分かるようになります。早速プロファイルをしてみると、



パットと見てよくわからない指標があるのでカウンタの意味についてはお勉強が必要なようです。例えばハイライト部分はただの代入になるのですが、それでなぜRet branchとかが関係するのか？（おそらく他のブランチとの関係で結果的に実行された／なかったとか言いたいのかもしれないのですが・・・）とか直接的でないところがあります。

ここにきて、ADPの実行ファイルサイズは約1MBになりますが、今まではプログラムやデータのメモリへの配置はコンパイラに任せていましたがそろそろそういったところまでも手を出す必要があるのかなと思っています。といっても具体的にどうするのか？という話ですが、先ずCPUプロファイラを使いながら基礎データを集めてその上でソースコードを再編集したり、インタプリタ本体を抜き出してミニマムなプログラムを作ってプロファイルをかけたりいろいろ実験ができそうです。

ちなみにこういった話をすると『じゃアセンブラで組めや！』と言われかねないのですが、まぁうざい煽りに真面目に答えると、要は今のプログラムはCPUの潜在能力を十分に生かし切れていないので工夫の余地があり、上手くいけば数倍早いプログラムが作れるということになり、2020年現在ではシングルスレッド性能で数倍といえば時間軸に置き換えると10年以上先に行けるという話になります。

どういうことかと言いますと、例えば1989年に出たi486DX（33MHz）と2000年に出たPentiumIII(1GHz）の性能比は、単純にクロック周波数で見ても30倍（実際はそれ以上）になります。次いで2010年に出たCore i7-980X（3.33GHz、ブースト3.6GHｚ）とPentiumIII(1GHz)との性能比は、クロック周波数でみて約3.3-3.6倍と伸び率が10分の１程度に減速しています。そして今回のRYZEN9 3950X（3.5GHZブースト4.7GHZ）とCorei7-980Xはクロック周波数ではブースト時で比較して1.3倍、実際に手元にあるADPのプログラムを動かしてみると整数演算で2倍となっています。つまり、それまでは最新のCPUと言えば以前のCPUより格段に速くなって10年も経てば桁違いの速さを見せたのですが2000年代の中盤頃からそのスピードが止まり、今では10年で2倍のパフォーマンスアップに留まることになります。
つまり今まではプアなプログラムを組んでも時間が経てば解決してくれるのですが、これからはきちんと考えて作らないとダメということになります。

CPUプロファイルの話はこの辺にしておいて、今回もう一つ試したいことがあるのが、仮想マシンの活用で今回、私が使う必要のあるプログラムの一部（eTaxとか弥生会計とか）を仮想マシンの方へ移しました。今までは再セットアップとなるとこれらのソフトを再インストールしなければならなくなり面倒なだけなのですが、それが不要となり気軽に再セットアップができるようになるので便利です。欠点としてはOSやらその他のライセンスがインストールするマシンの台数分必要になることと、RYZEN9 3950X特有かもしれませんがCPUプロファイルとの共存ができない（切替にUEFIレベルで設定変更が必要になる）ことでCPUプロファイルを取りたいときはいちいちマシンを再起動することになります。

　私の盟友（？）ことみながわさんの日記が更新されたので覗いてみた。2016年1月29日の記事によると、とあるWEBの記事「staticおじさん」はなぜ自信満々なのかというのが目につく。
この手の記事に対しての警鐘は以前にも行ったのだが、未だにこういう煽り記事が出てくるということは出版業界はよっぽど不景気なのか？と邪推したくなる。
アメリカに留学して習った単語にobjectiveというのがあり日本語訳は客観的で、反対語はsubjective（主観的）になります。論文を書くときは客観的であれといわれます。といっても何が主観で何が客観か分からないでしょう。本当かウソか分かりませんがアメリカではこのobjectiveということを子供の頃から教わるらしいです。もっとも子供の頃にそんなことを習ったことのない日本人は文章を読むときに、何が主観的か客観的かが判断がつかないこともあるでしょう。ちなみに何の説明もなしに『普通はこうだ』とか、他にも記事を読んで『俺の意見を代弁していてくれる』と思ったら、その記事は主観的である可能性があります（主観的の定義に従えば自明ですよね）。

さて、元の記事にあるこの部分

　Javaでメソッドを呼び出すときにはクラスからインスタンスを生成してインスタンスのメソッドを呼び出すのが普通です。一方、staticメソッドはインスタンスを生成しなくてもクラスから直接呼び出せます。このため、オブジェクト指向プログラミングを理解していない古いタイプのプログラマは、Javaでもstaticメソッドを多用します。これを揶揄して「staticおじさん」と呼ぶのです。

これは、

インスタンスメソッドを使う→普通
staticメソッドを多用する→プログラマがオブジェクト指向を理解していない可能性あり

と読み取れます。思わず普通ってなんやねん？と突っ込みたくなるのですが、
そろそろこのインスタンスメソッドを使うのが普通という誤謬を解きたいのですが、staticメソッドは場合によっては推奨されています。
期待するコードを期待するように書こうという本から引用させていただくと

クラスのメンバへのアクセスを制限するもう一つの方法は、メソッドを出来るだけstatic にすることだ

このReadable codeという本は私は英語版を購入したのですがそこでも同様のことが書かれています。


また、英語が読める人は、static methodで検索をかければいろいろ議論を見ることができます。たとえば以下のQAたち
https://www.quora.com/Why-is-using-statics-Static-method-block-variable-in-Java-programming-bad-programming http://programmers.stackexchange.com/questions/98083/cant-i-just-use-all-static-methods
ここでは、インスタンスメソッドを使うのが普通とか訳のわからん理由ではなくきちんと事実に則って議論がされています。
事実（fact)に則って議論するということは客観的(objective)な議論ができているということになるでしょう。

ざっくりとまとめますと、staticメソッドを使うと

欠点：継承ができなくなる。ポリモーフィズムも使えなくなる。
利点：メンバー変数へのアクセスを制限できる。パフォーマンスが上がる。

ということです。他のものは自明として、利点のところで『パフォーマンスが上がる』かは検証の必要があるのですが、ポリモーフィズムはオーバヘッドを発生させるのでそれを使わなければパフォーマンスがあがる可能性はあります。
また欠点の中で、『ややこしくなる』という意見もあったのですが、これは主観的な意見でしょう。たとえばstaticメソッドを使いなれた人はむしろすっきりとすると考るかもしれません。

さて、継承もポリモーフィズムも使わないということであれば、staticメソッドを使ってもよいということになるのですが、この反論として、『オブジェクト指向でなくなる』というのがあります。もはや手段と目的が混同されているとしか言いようがない意見でいやはや疲れます。
まぁ一介の無名なエンジニアが何をいっても仕方がないのでもっと説得力のある例を出しましょう。
επιστημη さんという著名なライターさんがいらっしゃいますが、彼は思い切りstatic メソッドを使っておられます。
http://blogs.wankuma.com/episteme/archive/2012/12/28/310396.aspx のコードのrefereeクラスがそれに当たります。refereeクラスには3つのメソッドがありますが、すべてstaticメソッドになっています。
つまり、事実としてstaticメソッドは使うときは使うのです。ちなみにもちろんですが、επιστημη さんがオブジェクト指向を理解していないということはないでしょう。

という訳で、

　ただ、現実に年齢を重ねると、どうしても守りに入りがちなのは事実です。「自分はstaticおじさんなのではないか」という問いは、常に忘れてはならないのでしょう。

というヒマがあったら自身が思わぬ誤謬をしていないか記事の検証を行うことを勧めます。

2/4追記
　コメント欄で文意を汲み取っていないという指摘を受けましたが、まぁ充分文意を汲み取って反論をしているのですがどうも分かりづらいかもしれないので、補足します。

　ただ、現実に年齢を重ねると、どうしても守りに入りがちなのは事実です。「自分はstaticおじさんなのではないか」という問いは、常に忘れてはならないのでしょう。

こういう教示的な文章は一見ごもっとなことのように受け取れますが、冷静に読めば分かりますとおり、ど素人でも同様のアドバイスができるでしょう（例を出すとサッカーや野球観戦をしているおっさんが野次っているさまと同じと言えば納得できるでしょうか？）。
社会人としては自分を律したり反省することは歳をとろうが若かろうが、技術者であろうがなかろうが、常に必要でいちいちアマチュアに指摘されることではないです。

そうはいっても100歩譲って、プログラミングに携わるプロが
『（引用先の記事に書かれてるニュアンスでの）自分はstaticおじさんではないか？』
と自問するということはどういうことでしょうか？
つまり、『staticは使えるのか？使えないのか？』という正に私がここで行っている議論をすることです。
そしてまさに

インスタンスメソッドを使う→普通
staticメソッドを多用する→プログラマがオブジェクト指向を理解していない可能性あり

こういう意見が20年前はともかく今となっては偏見に基づく誤謬でしかないということを認識することが重要だと言いたいわけです。プロなら気づきましょうということと、素人なら知ったかぶりをするのはやめましょう、という話です。

ADPの開発が滞っていますが、思わぬところで話が進んでしまい、今年最後の記事になります。

社会人であり、技術者でありのコメント欄で結合について話が盛り上がったのですが、『私がHitAndBlowを作ったらどんなコードになるか？』ということで作成してみました。Visual C++ 2008で動作確認しました。
επιστημηさんの真似だと芸がないので、出題者・回答者をそれぞれ人間・コンピュータから選べるようにしました（大掃除をさぼったので嫁に怒られながら作りました・・・）。

それにしてもC++のコードは人によって個性が出ますね。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <math.h>
#include <ctype.h>
#include <time.h>

using namespace std;

class HABReferee {
    vector<int>     answer;
    vector<bool>    blowtable;
public:
    bool prepareAnswer(const vector<int> &answer_) {
        blowtable.assign(10, false);
        for ( size_t i = 0; i < answer_.size(); i++ ) {
            if ( blowtable[answer_[i]] ) {
                return false;
            }
            blowtable[answer_[i]] = true;
        }
        answer = answer_;
        return true;
    }

    bool submitAnswer( const vector<int> submit, int &hit, int &blow) {
        if ( answer.size() != submit.size() ) return false;
        hit = 0;
        blow = 0;
        for ( size_t i = 0; i < submit.size(); i++ ) {
            if ( answer[i] == submit[i] ) {
                hit++;
            } else if ( blowtable[submit[i]] ) {
                blow++;
            }
        }
        return hit == submit.size();
    }
};

static vector<int> inputNumbers(int N) { // N桁の数値の入力を行う（違った場合はやり直し）
    vector<int> result;
    string str;
    do {
        result.clear();
        cin >> str;
        for ( size_t i = 0; i < str.size(); i++ ) {
            if ( isdigit(str[i]) && str[i] != '0' )
                result.push_back(str[i] - '0');
            else
                break;
        }
    } while ( result.size() != N );
    return result;
}

class HABContributor {    // 出題者（人間）
public:
    virtual vector<int> prepareAnswser(int N) {
        cout << "各桁が1～9である" << N << "桁の数を入力してほしい。各桁で数が重複するのは避けてくれ" << endl;
        return inputNumbers(N);
    }
};

class HABContriburerComputer : public HABContributor {    // 出題者（乱数生成）
public:
    virtual vector<int> prepareAnswser(int N) {
        vector<int> digits;
        for ( int i = 1; i < 10; i++ ) {
            digits.push_back(i);
        }
        vector<int> result;
        srand((unsigned int)time(0));
        for ( int i = 0; i < N; i++ ) {
            vector<int>::iterator itor = digits.begin() + rand() % digits.size();
            result.push_back(*itor);
            digits.erase(itor);
        }
        return result;
    }
};


class HABSolver {    // 回答者（人間）
public:
    virtual void prepare(int N) {}

    virtual vector<int> getAnswer(int N) {
        cout << "答えを予想してくれ" << N << "桁の数だ。" << endl;
        return inputNumbers(N);
    }

    virtual void giveHint( int hit, int blow) {
        cout << hit << "Hit" << " / " << blow << "blow" << endl;
    }
};

class HABSolverComputer : public HABSolver {    // 回答者（コンピューター）
    HABReferee           checker;
    vector<vector<int>>  candidate;
public:
    void recur(vector<int> &answer, int N) {
        if ( N == 0 ) {
            candidate.push_back(answer);
        } else {
            for ( int i = 1; i < 10; i++ ) {
                if ( find( answer.begin(), answer.end(), i) == answer.end() ) {
                    answer.push_back(i);
                    recur( answer, N-1);
                    answer.pop_back();
                }
            }
        }
    }
    virtual void prepare(int N) {
        vector<int> answer;
        recur( answer, N);
    }

    virtual vector<int> getAnswer(int N) {
        cout << "答えは";
        for ( int i = 0; i < N; i++ ) {
            cout << candidate.back()[i];
        }
        cout << "かな？";
        return candidate.back();
    }

    virtual void giveHint( int hit, int blow) {
        HABSolver::giveHint( hit, blow);
        checker.prepareAnswer(candidate.back());
        for ( vector<vector<int>>::iterator i = candidate.begin(); i < candidate.end(); ) {
            int ahit, ablow;
            checker.submitAnswer( *i, ahit, ablow);
            if ( ahit != hit || ablow != blow ) {
                i = candidate.erase(i);
            } else {
                i++;
            }
        }

    }
};

class HABGame {
    int        N;
    HABReferee       referee;
    HABContributor   *c;
    HABSolver        *s;
public:
    HABGame(int N_, HABContributor *c_, HABSolver *s_) : N(N_), c(c_), s(s_) {};
    void play() {
        // 出題者から問題をもらいレフリーに渡す。
        while ( !referee.prepareAnswer(c->prepareAnswser(N)) )
            ; // 規格にあったものが出てくるまでループする

        bool endflag = false;
        int hit;
        int blow;
        s->prepare(N);    // 回答者に準備をさせる
        while ( endflag == false ) {
            // 回答者から回答をもらい判定する。
            endflag = referee.submitAnswer( s->getAnswer(N), hit, blow);
            // 回答者にヒントを言う。
            s->giveHint( hit, blow);
        }
    }
};

int main()
{
    HABContributor           hc;
    HABContriburerComputer   cc;
    HABSolver                hs;
    HABSolverComputer        cs;
    HABContributor           *c;
    HABSolver                *s;

    string    str;
    while ( true ) {
        cout << "メニュー" << endl
             << "1:出題者(Human) vs 回答者(Human)" << endl
             << "2:出題者(Human) vs 回答者(Computer)" << endl
             << "3:出題者(Computer) vs 回答者(Human)" << endl
             << "4:出題者(Computer) vs 回答者(Computer)" << endl
             << "0:終了" << endl;
        cin >> str;
        switch( str[0] ) {
            case '0' :
                return 0;
            case '1' :
                c = &hc;
                s = &hs;
                break;
            case '2' :
                c = &hc;
                s = &cs;
                break;
            case '3' :
                c = &cc;
                s = &hs;
                break;
            case '4' :
                c = &cc;
                s = &cs;
                break;
        }
        HABGame g(3, c, s);
        g.play();
    }

    return 0;
}

ちょっと余計な記事が入りましたが、続きを

C++の仮想関数の欠点

　話が少し前後しますが、Part4の記事でC++の仮想関数呼び出しの仕組みについて説明しましが、ここではC++の仮想関数の欠点について指摘します。C++ではvtableというメンバ関数のアドレスを集めたテーブルを用いて仮想関数の呼び出しを実現していました。この方式は効率がよいのですが『コンパイル時に呼び出すべき仮想関数が決定しなければならない』という弱点があります。
どういうことかといいますとC++でのメンバ関数呼び出し

　object.virtual_method( arg1, arg2, arg3)

という呼び出しで、virtual_methodというメンバ関数名はコンパイル時に参照されますが、実行時には内部的に振られた番号（vtableのインデックス）になります。つまり実行時にはこの名前は参照できません。と同時にvtableのインデックスを取得する手段もないので、実行時に呼び出すメンバ関数を選択したいということができません。
これの何が欠点かピンとこないかもしれませんが、例えば、バッチファイルからVBScriptを使ってExcelを操ったりしますが、この特にExcelのバージョンをあまり気にせずにExcelを操作（メソッドを呼び出す）するでしょう。これと同じことは、C++の仮想関数の仕組みではストレートに実装できないということです。Windowsでは皆さんご存知のとおり、COMという仕組みをOSに実装することで実行時に呼び出すメソッドを特定することを行っています。
COMというとえらく古いと思われるかもしれませんが、.NET Framkework からExcelを呼び出す場合もCOM相互運用性という仕組みを使って.NET Framework → COM → Excel という風に呼び出しいます。
話が脱線しますが、私は.NET Frameworkが廃れるのではないか？ と思っていますが、その理由のひとつが .NET FrameworkがCOMやOLE DB等のようにWindows APIを充分に置き換えていないと思えるところにあります（もっとも先のことは解りませんのでなんともいえませんが）。

関数の動的なロード＆実行の例

　　場合によって呼び出す関数を変える
というプログラミングテクニックは、オブジェクト指向プログラミング以外にもあります。典型的な例のひとつにデバイスドライバがあります。
デバイスドライバはご存知のとおりハードウェアとOSのAPIを橋渡しするソフトウェアでハードウェアに合わせて作成されています。ハードウェアを変えるとそれにあわせてデバイスドライバも変えます。
デバイスドライバはCで記述されることが多いです。最近のOSではPlag＆Playが一般的になりましたし、USB接続機器ではOSを再起動せずに、デバイスドライバがロードされます。このような動的なソフトウェアのロードの仕組みはどうなっているのでしょうか？

続いては、公開1周年記念特集記事として『プログラミング言語の制御構造のいろいろ（５）』を書いてみます。