C++のラムダ式で用いるキャプチャモードには、値渡し、参照渡し、ミックスがあります。これらのキャプチャモードは、ラムダ式が外部の変数をどのように扱うかを決定する重要な要素です。本記事では、それぞれのキャプチャモードの使い分けについて、具体的なコード例と共に詳しく解説します。ラムダ式の基本から、各キャプチャモードのメリットとデメリット、そして実際のプログラムにおける応用例まで、包括的に説明します。C++のラムダ式をより効果的に活用するための知識を深めるために、ぜひご一読ください。
ラムダ式の基本構文
C++におけるラムダ式は、匿名関数を簡潔に記述するための構文です。ラムダ式の基本的な構文は次の通りです。
[captures](parameters) -> return_type {
// 関数の本体
}キャプチャリスト
キャプチャリスト（captures）は、ラムダ式が外部の変数を使用するために宣言します。キャプチャモードには、値渡し（capture by value）、参照渡し（capture by reference）、およびその組み合わせ（ミックスキャプチャ）があります。
値渡し（capture by value）
値渡しは、外部変数の値をコピーしてラムダ式内部で使用します。キャプチャリストに変数名をそのまま書くことで指定します。
int x = 10;
auto lambda = [x]() {
return x * 2;
};参照渡し（capture by reference）
参照渡しは、外部変数への参照を保持し、ラムダ式内部で使用します。キャプチャリストに&を付けて変数名を指定します。
int x = 10;
auto lambda = [&x]() {
x *= 2;
};パラメータリスト
パラメータリスト（parameters）は、ラムダ式に渡される引数を定義します。通常の関数と同様に、引数の型と名前を記述します。
auto lambda = [](int a, int b) -> int {
return a + b;
};戻り値の型
戻り値の型（return_type）は省略可能です。省略した場合、ラムダ式の本体に基づいて推論されます。
auto lambda = [](int a, int b) {
return a + b; // 戻り値の型はintと推論される
};このように、ラムダ式は簡潔に匿名関数を記述できる便利な機能です。次のセクションでは、各キャプチャモードの詳細とその使い方について説明します。
値渡し（capture by value）の解説
ラムダ式における値渡し（capture by value）は、ラムダ式が定義された時点での変数の値をコピーし、そのコピーをラムダ式内で使用する方法です。値渡しを利用することで、外部変数の変更に影響を受けない独立した値をラムダ式内で保持することができます。
値渡しの基本例
次の例では、外部変数xを値渡しでキャプチャし、その値をラムダ式内で使用しています。
#include <iostream>
int main() {
int x = 10;
auto lambda = [x]() {
return x * 2;
};
x = 20;
std::cout << lambda() << std::endl; // 出力: 20
return 0;
}この例では、ラムダ式が定義された時点でのxの値（10）がキャプチャされているため、後からxの値が変更されても、ラムダ式内のxの値には影響しません。
メリット
- 安全性: 値渡しにより、ラムダ式内で使用する変数が外部で変更されても影響を受けないため、予期しない動作を防ぐことができます。
- コピーセマンティクス: コピー可能なオブジェクトであれば、簡単に値渡しによるキャプチャが行えます。
デメリット
- パフォーマンスコスト: 大きなオブジェクトを値渡しでキャプチャすると、そのコピーにコストがかかることがあります。
- 不整合のリスク: 外部変数の値が変更された場合、その変更がラムダ式内で反映されないため、変数の状態に整合性が保たれないことがあります。
具体的な使用例
次に、値渡しを使用して、配列の要素を処理するラムダ式の例を示します。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int multiplier = 3;
std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [multiplier](int &n) {
n *= multiplier;
});
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 3 6 9 12 15
}
return 0;
}この例では、multiplierを値渡しでキャプチャし、配列numbersの各要素にその値を掛けています。multiplierがラムダ式内で変更されないため、安全に値渡しを使用することができます。
次のセクションでは、参照渡し（capture by reference）について詳しく解説します。
参照渡し（capture by reference）の解説
ラムダ式における参照渡し（capture by reference）は、外部変数への参照を保持し、その参照を通じてラムダ式内で変数を操作する方法です。参照渡しを利用することで、外部変数の最新の値をラムダ式内で使用することができます。
参照渡しの基本例
次の例では、外部変数xを参照渡しでキャプチャし、ラムダ式内でその値を変更しています。
#include <iostream>
int main() {
int x = 10;
auto lambda = [&x]() {
x *= 2;
};
lambda();
std::cout << x << std::endl; // 出力: 20
return 0;
}この例では、ラムダ式内でxを参照渡しでキャプチャしているため、ラムダ式内での変更が外部変数xに反映されます。
メリット
- 最新の値を使用可能: 参照渡しを使用することで、ラムダ式内で外部変数の最新の値を常に使用できます。
- 効率的: 大きなオブジェクトをキャプチャする場合でも、値のコピーを避けられるため効率的です。
デメリット
- 安全性の低下: 外部変数がラムダ式外で変更されると、予期しない動作を引き起こす可能性があります。
- 生存期間の問題: キャプチャした参照が無効になった場合、未定義動作が発生するリスクがあります。
具体的な使用例
次に、参照渡しを使用して、配列の要素を処理するラムダ式の例を示します。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int addition = 2;
std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [&addition](int &n) {
n += addition;
});
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 3 4 5 6 7
}
return 0;
}この例では、additionを参照渡しでキャプチャし、配列numbersの各要素にその値を加えています。additionが外部で変更されると、その変更がラムダ式内にも反映されます。
次のセクションでは、値渡しと参照渡しを組み合わせたミックスキャプチャについて詳しく解説します。
ミックスキャプチャの解説
ミックスキャプチャは、値渡しと参照渡しを組み合わせて外部変数をキャプチャする方法です。これにより、特定の変数は値渡しで、他の変数は参照渡しでキャプチャすることが可能になります。ミックスキャプチャを使用することで、柔軟かつ効率的にラムダ式を構築できます。
ミックスキャプチャの基本例
次の例では、外部変数xを値渡しで、yを参照渡しでキャプチャし、ラムダ式内でそれぞれの変数を使用しています。
#include <iostream>
int main() {
int x = 10;
int y = 20;
auto lambda = [x, &y]() {
std::cout << "x (by value): " << x << std::endl; // 値渡し
std::cout << "y (by reference): " << y << std::endl; // 参照渡し
y *= 2;
};
x = 30;
y = 40;
lambda(); // 出力: x (by value): 10, y (by reference): 40
std::cout << "y after lambda: " << y << std::endl; // 出力: y after lambda: 80
return 0;
}この例では、xは値渡しでキャプチャされているため、ラムダ式が定義された時点の値（10）が使用されます。一方、yは参照渡しでキャプチャされているため、ラムダ式実行時の最新の値（40）が使用され、さらにラムダ式内で変更された値（80）が反映されます。
メリット
- 柔軟性: 各変数ごとに適切なキャプチャモードを選択できるため、ラムダ式の柔軟性が向上します。
- 効率性: 必要に応じて値渡しと参照渡しを使い分けることで、パフォーマンスの最適化が可能です。
デメリット
- 複雑性: 値渡しと参照渡しを組み合わせると、ラムダ式のキャプチャリストが複雑になり、可読性が低下することがあります。
具体的な使用例
次に、ミックスキャプチャを使用して、複数の外部変数を処理するラムダ式の例を示します。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int multiplier = 2;
int offset = 3;
std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [multiplier, &offset](int &n) {
n = n * multiplier + offset;
});
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 5 7 9 11 13
}
return 0;
}この例では、multiplierを値渡しで、offsetを参照渡しでキャプチャし、配列numbersの各要素に対して計算を行っています。offsetはラムダ式内で変更される可能性があるため参照渡しを使用し、multiplierは変更されないため値渡しを使用しています。
次のセクションでは、キャプチャモードの選択基準について詳しく解説します。
キャプチャモードの選択基準
キャプチャモードを選択する際には、ラムダ式がどのように変数を使用するか、変数のライフタイム、およびパフォーマンス要件を考慮する必要があります。以下に、値渡し、参照渡し、ミックスキャプチャを選択するための一般的な基準を示します。
値渡しを選択する基準
- 不変の値: ラムダ式内で外部変数を変更する必要がなく、また外部での変更がラムダ式に影響を与えない場合。
- スコープ外の安全性: ラムダ式が変数のスコープ外で実行される可能性がある場合。値渡しにより、変数のライフタイムが保証されます。
- パフォーマンス: 小さなデータ型や簡単にコピー可能なオブジェクトの場合。コピーコストが無視できる場合には値渡しを選択すると良いでしょう。
int x = 10;
auto lambda = [x]() {
return x * 2;
};参照渡しを選択する基準
- 可変の値: ラムダ式内で外部変数を変更する必要がある場合。または、外部での変更がラムダ式に反映される必要がある場合。
- 大きなデータ型: 大きなオブジェクトやコピーコストが高いオブジェクトの場合。参照渡しにより、コピーのオーバーヘッドを回避できます。
- ライフタイムの管理: 外部変数のライフタイムがラムダ式の実行期間中に保証されている場合。参照渡しを使用することで効率的にメモリを管理できます。
int y = 20;
auto lambda = [&y]() {
y *= 2;
};ミックスキャプチャを選択する基準
- 複合的な要件: 一部の変数は不変であり、他の変数は可変の場合。各変数ごとに適切なキャプチャモードを選択できます。
- パフォーマンスと安全性のバランス: 小さなデータ型は値渡しで、大きなデータ型は参照渡しでキャプチャすることで、パフォーマンスと安全性のバランスを取ることができます。
int a = 10;
int b = 20;
auto lambda = [a, &b]() {
std::cout << "a (by value): " << a << std::endl;
std::cout << "b (by reference): " << b << std::endl;
b += a;
};実践的な選択例
例えば、並列処理やコールバック関数をラムダ式で実装する場合、以下のような選択基準が適用されます。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5};
int factor = 2;
int offset = 3;
std::for_each(data.begin(), data.end(), [factor, &offset](int &n) {
n = n * factor + offset;
});
for (int n : data) {
std::cout << n << " "; // 出力: 5 7 9 11 13
}
return 0;
}この例では、factorは不変であり値渡しが適用され、offsetは可変であり参照渡しが適用されています。
次のセクションでは、キャプチャモードの違いによるパフォーマンスの影響について分析します。
キャプチャモードの違いによるパフォーマンスの違い
キャプチャモードの選択は、ラムダ式のパフォーマンスに影響を与える重要な要素です。ここでは、値渡し、参照渡し、およびミックスキャプチャがどのようにパフォーマンスに影響するかを分析します。
値渡しのパフォーマンス
値渡しでは、キャプチャする変数のコピーが作成されるため、キャプチャする変数が多い場合や大きなデータ構造の場合、コピーコストが発生します。小さなデータ型やプリミティブ型の場合、このコストはほとんど無視できますが、大きなデータ型ではパフォーマンスに影響が出る可能性があります。
#include <iostream>
#include <vector>
void processWithValueCapture() {
int x = 10;
auto lambda = [x]() {
// 値渡しのため、コピーが作成される
std::cout << x << std::endl;
};
lambda();
}
int main() {
processWithValueCapture();
return 0;
}この例では、xが値渡しでキャプチャされるため、ラムダ式の実行時にコピーが発生します。ただし、xが小さな整数であるため、コピーコストは無視できます。
参照渡しのパフォーマンス
参照渡しでは、キャプチャする変数への参照が保持されるため、コピーコストが発生しません。大きなデータ型や複雑なデータ構造の場合、参照渡しによりパフォーマンスを向上させることができます。しかし、参照のライフタイムが管理されていない場合、未定義動作のリスクが伴います。
#include <iostream>
#include <vector>
void processWithReferenceCapture() {
int x = 10;
auto lambda = [&x]() {
// 参照渡しのため、コピーは発生しない
x *= 2;
std::cout << x << std::endl;
};
lambda();
}
int main() {
processWithReferenceCapture();
return 0;
}この例では、xが参照渡しでキャプチャされるため、コピーコストが発生せず、直接xの値が変更されます。
ミックスキャプチャのパフォーマンス
ミックスキャプチャでは、値渡しと参照渡しを適切に組み合わせることで、パフォーマンスのバランスを取ることができます。小さなデータ型や変更の必要がないデータは値渡しで、大きなデータ型や変更が必要なデータは参照渡しでキャプチャすることで、効率的なラムダ式を構築できます。
#include <iostream>
#include <vector>
void processWithMixedCapture() {
int a = 10;
int b = 20;
auto lambda = [a, &b]() {
// aは値渡し、bは参照渡し
std::cout << "a (by value): " << a << std::endl;
b *= 2;
std::cout << "b (by reference): " << b << std::endl;
};
lambda();
}
int main() {
processWithMixedCapture();
return 0;
}この例では、aが値渡しでキャプチャされ、bが参照渡しでキャプチャされます。これにより、必要に応じて効率的に変数を操作できます。
パフォーマンスの比較
以下の表は、値渡し、参照渡し、ミックスキャプチャのパフォーマンス特性をまとめたものです。
| キャプチャモード | コピーコスト | 参照コスト | 使用例 |
|---|---|---|---|
| 値渡し | 高い | 低い | 不変データ、小さなデータ |
| 参照渡し | 低い | 高い | 可変データ、大きなデータ |
| ミックスキャプチャ | 中程度 | 中程度 | 複合的な要件 |
この表を参考に、ラムダ式の用途に応じて最適なキャプチャモードを選択することが重要です。
次のセクションでは、ラムダ式を用いたコールバック関数の実践例について解説します。
実践例：ラムダ式によるコールバック関数
ラムダ式は、コールバック関数を簡潔に定義するために非常に便利です。コールバック関数とは、特定のイベントが発生したときに呼び出される関数のことです。ラムダ式を使うことで、コールバック関数をその場で定義し、柔軟に処理を記述することができます。
コールバック関数の基本例
次の例では、配列の各要素に対してコールバック関数を適用しています。ラムダ式を用いて、各要素に対して特定の処理を行います。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
void processArray(const std::vector<int>& array, const std::function<void(int)>& callback) {
for (int element : array) {
callback(element);
}
}
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
processArray(numbers, [](int value) {
std::cout << "Value: " << value << std::endl;
});
return 0;
}この例では、processArray関数にラムダ式をコールバック関数として渡し、配列の各要素を処理しています。
キャプチャを使用したコールバック関数
次の例では、ラムダ式を用いて外部変数をキャプチャし、その値をコールバック関数内で使用しています。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
void processArrayWithCapture(const std::vector<int>& array, const std::function<void(int)>& callback) {
for (int element : array) {
callback(element);
}
}
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int multiplier = 2;
processArrayWithCapture(numbers, [multiplier](int value) {
std::cout << "Multiplied Value: " << value * multiplier << std::endl;
});
return 0;
}この例では、multiplierを値渡しでキャプチャし、各要素に対してその値を掛ける処理を行っています。
参照渡しを使用したコールバック関数
次の例では、参照渡しを用いて外部変数をキャプチャし、その値をコールバック関数内で変更しています。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
void processArrayWithReferenceCapture(std::vector<int>& array, const std::function<void(int&)>& callback) {
for (int& element : array) {
callback(element);
}
}
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int increment = 1;
processArrayWithReferenceCapture(numbers, [&increment](int& value) {
value += increment;
});
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 2 3 4 5 6
}
return 0;
}この例では、incrementを参照渡しでキャプチャし、各要素に対してその値を加える処理を行っています。
ミックスキャプチャを使用したコールバック関数
次の例では、値渡しと参照渡しを組み合わせたミックスキャプチャを用いて、外部変数をラムダ式内で使用しています。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
void processArrayWithMixedCapture(std::vector<int>& array, const std::function<void(int&)>& callback) {
for (int& element : array) {
callback(element);
}
}
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int multiplier = 2;
int increment = 1;
processArrayWithMixedCapture(numbers, [multiplier, &increment](int& value) {
value = value * multiplier + increment;
});
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 3 5 7 9 11
}
return 0;
}この例では、multiplierを値渡しで、incrementを参照渡しでキャプチャし、各要素に対して計算を行っています。
次のセクションでは、ラムダ式とスコープの関係について詳しく解説します。
ラムダ式とスコープの関係
C++のラムダ式は、定義されたスコープ内の変数をキャプチャして使用することができます。スコープの概念を理解することは、ラムダ式を正しく効果的に利用するために重要です。このセクションでは、ラムダ式とスコープの関係について詳しく解説します。
スコープと変数のライフタイム
スコープとは、変数が有効で使用可能な範囲のことを指します。変数のスコープ外でその変数にアクセスしようとすると、未定義動作が発生します。ラムダ式は、定義されたスコープ内の変数をキャプチャしますが、その変数のライフタイムを考慮しなければなりません。
値渡しの場合
値渡しでキャプチャした変数は、ラムダ式が定義された時点での値がコピーされ、ラムダ式の実行時にそのコピーが使用されます。したがって、元の変数がスコープ外になっても問題ありません。
#include <iostream>
#include <functional>
std::function<void()> createLambdaByValue() {
int x = 10;
return [x]() { std::cout << x << std::endl; };
}
int main() {
auto lambda = createLambdaByValue();
lambda(); // 出力: 10
return 0;
}この例では、xがスコープ外になっても、値渡しによってコピーされた値がラムダ式内で使用されます。
参照渡しの場合
参照渡しでキャプチャした変数は、ラムダ式が実行される時点での変数の最新の値を参照します。したがって、元の変数がスコープ外にならないように注意が必要です。
#include <iostream>
#include <functional>
std::function<void()> createLambdaByReference(int& y) {
return [&y]() { std::cout << y << std::endl; };
}
int main() {
int x = 10;
auto lambda = createLambdaByReference(x);
x = 20;
lambda(); // 出力: 20
return 0;
}この例では、xが参照渡しでキャプチャされているため、ラムダ式実行時の最新の値（20）が使用されます。
ラムダ式内での変数のスコープ
ラムダ式内で宣言された変数は、ラムダ式の内部スコープに属します。これらの変数は、ラムダ式の外部からアクセスすることはできません。
#include <iostream>
int main() {
auto lambda = []() {
int localVar = 42;
std::cout << localVar << std::endl;
};
lambda(); // 出力: 42
// std::cout << localVar << std::endl; // エラー: localVarはスコープ外
return 0;
}この例では、localVarはラムダ式の内部スコープに属しており、外部からはアクセスできません。
ラムダ式と変数のキャプチャ範囲
ラムダ式は、関数オブジェクトとして扱われ、必要に応じてコピーされることがあります。キャプチャされた変数のライフタイムとスコープを正しく管理することが重要です。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> values = {1, 2, 3, 4, 5};
int factor = 2;
std::for_each(values.begin(), values.end(), [factor](int& n) {
n *= factor;
});
for (int n : values) {
std::cout << n << " "; // 出力: 2 4 6 8 10
}
return 0;
}この例では、factorが値渡しでキャプチャされており、std::for_eachのラムダ式内で使用されています。ラムダ式がstd::for_eachによってコピーされても、キャプチャされた値はそのまま維持されます。
次のセクションでは、ラムダ式を用いたアルゴリズムの実装例について解説します。
応用例：ラムダ式を用いたアルゴリズム
ラムダ式は、アルゴリズムの実装において非常に有用です。C++標準ライブラリの多くの関数は、ラムダ式を引数として受け取り、柔軟かつ簡潔なコードを書くことができます。このセクションでは、ラムダ式を用いたいくつかのアルゴリズムの実装例を紹介します。
ソートアルゴリズム
ラムダ式を使ってカスタム比較関数を定義することで、標準ライブラリのstd::sort関数をカスタマイズすることができます。以下の例では、降順でソートするラムダ式を使用しています。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), [](int a, int b) {
return a > b; // 降順にソート
});
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 9 6 5 5 2 1
}
return 0;
}この例では、ラムダ式を使ってカスタム比較関数を定義し、std::sort関数に渡しています。
フィルタリングアルゴリズム
std::copy_if関数とラムダ式を組み合わせることで、特定の条件に基づいてフィルタリングすることができます。以下の例では、偶数のみをフィルタリングしています。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
std::vector<int> evenNumbers;
std::copy_if(numbers.begin(), numbers.end(), std::back_inserter(evenNumbers), [](int n) {
return n % 2 == 0; // 偶数のみをフィルタリング
});
for (int n : evenNumbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 2 4 6 8 10
}
return 0;
}この例では、std::copy_if関数とラムダ式を使って、偶数のみをevenNumbersベクトルにコピーしています。
変換アルゴリズム
std::transform関数とラムダ式を使って、コレクションの要素を変換することができます。以下の例では、各要素に対して2倍する変換を行っています。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> doubledNumbers(numbers.size());
std::transform(numbers.begin(), numbers.end(), doubledNumbers.begin(), [](int n) {
return n * 2; // 各要素を2倍に変換
});
for (int n : doubledNumbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 2 4 6 8 10
}
return 0;
}この例では、std::transform関数とラムダ式を使って、numbersの各要素を2倍に変換し、新しいベクトルdoubledNumbersに格納しています。
検索アルゴリズム
std::find_if関数とラムダ式を使って、特定の条件に一致する要素を検索することができます。以下の例では、最初に出現する偶数を検索しています。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 3, 5, 4, 9, 8};
auto it = std::find_if(numbers.begin(), numbers.end(), [](int n) {
return n % 2 == 0; // 最初に出現する偶数を検索
});
if (it != numbers.end()) {
std::cout << "First even number: " << *it << std::endl; // 出力: First even number: 4
} else {
std::cout << "No even number found" << std::endl;
}
return 0;
}この例では、std::find_if関数とラムダ式を使って、最初に出現する偶数を検索しています。
これらの例からわかるように、ラムダ式を使うことで、標準ライブラリのアルゴリズム関数を非常に柔軟かつ簡潔に活用できます。次のセクションでは、ラムダ式を用いた並列処理の実装方法を紹介します。
ラムダ式を用いた並列処理
ラムダ式は、並列処理の実装にも非常に有用です。C++17で導入された標準ライブラリの<execution>ヘッダーを利用することで、簡単に並列処理を行うことができます。このセクションでは、ラムダ式を用いた並列処理の実装方法をいくつか紹介します。
並列ソート
C++17以降、std::sort関数は並列実行ポリシーをサポートしています。並列ソートを行うには、std::execution::parを使用します。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <execution>
int main() {
std::vector<int> numbers = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
std::sort(std::execution::par, numbers.begin(), numbers.end());
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 1 2 5 5 6 9
}
return 0;
}この例では、std::execution::parを使用して並列ソートを行い、numbersベクトルをソートしています。
並列変換
std::transform関数も並列実行ポリシーをサポートしています。以下の例では、各要素に対して並列に変換を行います。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <execution>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> doubledNumbers(numbers.size());
std::transform(std::execution::par, numbers.begin(), numbers.end(), doubledNumbers.begin(), [](int n) {
return n * 2; // 各要素を2倍に変換
});
for (int n : doubledNumbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 2 4 6 8 10
}
return 0;
}この例では、std::execution::parを使用して並列変換を行い、numbersの各要素を2倍にしてdoubledNumbersベクトルに格納しています。
並列フィルタリング
並列フィルタリングには、std::copy_if関数を利用します。並列実行ポリシーを指定することで、フィルタリング処理を並列化できます。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <execution>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
std::vector<int> evenNumbers;
std::copy_if(std::execution::par, numbers.begin(), numbers.end(), std::back_inserter(evenNumbers), [](int n) {
return n % 2 == 0; // 偶数のみをフィルタリング
});
for (int n : evenNumbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 2 4 6 8 10
}
return 0;
}この例では、std::execution::parを使用して並列フィルタリングを行い、偶数のみをevenNumbersベクトルにコピーしています。
並列フォレンジング
並列フォレンジングには、std::for_each関数を利用します。並列実行ポリシーを指定することで、フォレンジング処理を並列化できます。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <execution>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
std::for_each(std::execution::par, numbers.begin(), numbers.end(), [](int &n) {
n *= 2; // 各要素を2倍に変更
});
for (int n : numbers) {
std::cout << n << " "; // 出力: 2 4 6 8 10
}
return 0;
}この例では、std::execution::parを使用して並列フォレンジングを行い、numbersの各要素を2倍に変更しています。
パフォーマンスの向上
並列処理を使用することで、大規模データセットに対する操作を効率的に行うことができます。以下のポイントに注意して並列処理を適用することで、パフォーマンスを最適化できます。
- データサイズ: 並列処理は大規模データセットに対して特に効果的です。小さなデータセットでは、オーバーヘッドがパフォーマンスを低下させる可能性があります。
- スレッド管理: スレッド数を適切に管理することで、過剰なスレッド生成によるリソース消費を防ぎます。
- 同期: スレッド間の競合を避けるため、必要に応じて適切な同期機構を使用します。
次のセクションでは、本記事の内容をまとめます。
まとめ
本記事では、C++のラムダ式におけるキャプチャモード（値渡し、参照渡し、ミックス）の使い分けについて詳しく解説しました。それぞれのキャプチャモードのメリットとデメリット、適用例を示し、実践的な使用方法を紹介しました。また、ラムダ式を用いた並列処理の実装例も説明し、パフォーマンス向上のためのポイントについて触れました。これらの知識を活用することで、C++のラムダ式をより効果的に使用し、高度なプログラムを作成できるようになるでしょう。
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