C++ のモジュールの概要

2025-04-17

C++20 には モジュールが導入されています。 モジュールは、ソースファイルとは独立してコンパイルされる一連のソースコードファイルです (より正確には、それらをインポートする翻訳単位)。

モジュールは、ヘッダーファイルの使用に関連する問題の多くを排除または削減します。多くの場合、コンパイル時間が短縮され、場合によっては大幅に短縮されます。モジュールで宣言されているマクロ、プリプロセッサディレクティブ、および nonexported 名は、モジュールの外部には表示されません。モジュールをインポートする翻訳単位のコンパイルには影響しません。マクロの再定義を気にすることなく、任意の順序でモジュールをインポートできます。インポートする翻訳単位の宣言は、インポートされたモジュールのオーバーロード解決または名前参照には含まれません。モジュールが 1 回コンパイルされると、エクスポートされたすべての型、関数、およびテンプレートを記述するバイナリファイルに結果が格納されます。コンパイラはそのファイルをヘッダーファイルよりもはるかに高速に処理できます。また、コンパイラは、モジュールがプロジェクトにインポートされるすべての場所で再利用できます。

ヘッダーファイルと並べてモジュールを使用できます。 C++ ソースファイルでは、モジュールを import したり、ヘッダーファイルを #include したりできます。場合によっては、ヘッダーファイルをモジュールとしてインポートできます。これは、 #include を使用してプリプロセッサで処理するよりも高速です。可能な限りヘッダーファイルではなく、新しいプロジェクトでモジュールを使用することをお勧めします。開発中の大規模な既存プロジェクトの場合は、レガシヘッダーをモジュールに変換することを試してください。コンパイル時間が大幅に短縮されるかどうかに基づいて導入を行います。

モジュールと標準ライブラリをインポートする他の方法を比較するには、「ヘッダーユニット、モジュール、プリコンパイル済みヘッダーの比較」を参照してください。

Visual Studio 2022 バージョン 17.5 以降では、標準ライブラリをモジュールとしてインポートすることは、Microsoft C++ コンパイラで標準化され、完全に実装されています。モジュールを使用して標準ライブラリをインポートする方法については、「モジュールを使用して C++ 標準ライブラリをインポートする」を参照してください。

単一パーティションモジュール

単一パーティションモジュールは、単一のソースファイルで構成されるモジュールです。モジュールインターフェイスと実装は同じファイル内にあります。

次の単一パーティションモジュールの例は、 Example.ixxという名前のソースファイル内の単純なモジュール定義を示しています。 .ixx拡張機能は、Visual Studio のモジュールインターフェイスファイルの既定の拡張機能です。別の拡張機能を使用する場合は、 /interface スイッチを使用してモジュールインターフェイスとしてコンパイルします。この例では、インターフェイスファイルに関数定義と宣言の両方が含まれています。後の例に示すように、1 つ以上の個別のモジュール実装ファイルに定義を配置することもできますが、これは単一パーティションモジュールの例です。

export module Example; ステートメントは、このファイルが Example と呼ばれるモジュールのプライマリインターフェイスであることを示します。 export前のint f()修飾子は、別のプログラムまたはモジュールがExampleインポートするときに、この関数が表示されることを示します。

// Example.ixx
export module Example;

#define ANSWER 42

namespace Example_NS
{
   int f_internal()
   {
     return ANSWER;
   }

   export int f()
   {
     return f_internal();
   }
}

ファイル MyProgram.cpp では、 import を使用して、 Exampleによってエクスポートされた名前にアクセスします。 Example_NS名前空間名はここに表示されますが、エクスポートされていないため、そのメンバーの一部は表示されません。また、マクロ ANSWER はエクスポートされないため、表示されません。

// MyProgram.cpp
import std;
import Example;

using namespace std;

int main()
{
   cout << "The result of f() is " << Example_NS::f() << endl; // 42
   // int i = Example_NS::f_internal(); // C2039
   // int j = ANSWER; //C2065
}

import宣言は、グローバルスコープでのみ使用できます。モジュールとモジュールを使用するコードは、同じコンパイラオプションを使用してコンパイルする必要があります。

モジュール文法

module-name:
module-name-qualifier-seq_選ぶidentifier

module-name-qualifier-seq:
identifier.
module-name-qualifier-seqidentifier.

module-partition:
:module-name

module-declaration:
export_選ぶmodulemodule-namemodule-partition_選ぶattribute-specifier-seq_選ぶ;

module-import-declaration:
export_選ぶimportmodule-nameattribute-specifier-seq_選ぶ;
export_選ぶimportmodule-partitionattribute-specifier-seq_選ぶ;
export_選ぶimportheader-nameattribute-specifier-seq_選ぶ;

モジュールの実装

モジュールインターフェイスは、モジュール名と、モジュールのパブリックインターフェイスを構成するすべての名前空間、型、関数などをエクスポートします。
モジュール実装では、 モジュール によってエクスポートされる内容を定義します。
最も単純な形式のモジュールは、モジュールインターフェイスと実装を組み合わせた 1 つのファイルにすることができます。また、 .h ファイルや .cpp ファイルの実行方法と同様に、1 つ以上の個別のモジュール実装ファイルに実装を配置することもできます。

大規模なモジュールの場合は、モジュールの一部を パーティションと呼ばれるサブモジュールに分割できます。各パーティションは、モジュールのパーティション名をエクスポートするモジュールインターフェイスファイルで構成されます。パーティションには、1 つ以上のパーティション実装ファイルを含めることもできます。モジュール全体には、モジュールのパブリックインターフェイスである 1 つの プライマリモジュール インターフェイスがあります。必要に応じて、パーティションインターフェイスをエクスポートできます。

モジュールは、1 つ以上の モジュールユニットで構成されます。モジュールユニットは、モジュール宣言を含む変換単位 (ソースファイル) です。モジュールユニットにはいくつかの種類があります。

モジュールインターフェイスユニットは、モジュール名またはモジュールパーティション名をエクスポートします。モジュールインターフェイスユニットは、そのモジュール宣言に export module 。
モジュール実装ユニットは、モジュール名またはモジュールパーティション名をエクスポートしません。名前が示すように、モジュールを実装します。
プライマリモジュールインターフェイスユニットは、モジュール名をエクスポートします。モジュールには、1 つのプライマリモジュールインターフェイスユニットが 1 つだけ存在する必要があります。
モジュール・パーティション・インターフェース・ユニットは、モジュール・パーティション名をエクスポートします。
モジュールパーティション実装ユニットのモジュール宣言にはモジュールパーティション名がありますが、exportキーワードはありません。

export キーワードは、インターフェイスファイルでのみ使用されます。実装ファイルは別のモジュールを import できますが、名前を export することはできません。実装ファイルには、任意の拡張子を付けることができます。

モジュール、名前空間、および引数に依存する参照

モジュール内の名前空間の規則は、他のコードと同じです。名前空間内の宣言がエクスポートされると、外側の名前空間 (その名前空間で明示的にエクスポートされていないメンバーを除く) も暗黙的にエクスポートされます。名前空間を明示的にエクスポートすると、その名前空間定義内のすべての宣言がエクスポートされます。

コンパイラは、インポートする翻訳単位でオーバーロード解決の引数依存参照を行う場合、関数の引数の型が定義されている場所と同じ変換単位 (モジュールインターフェイスを含む) で宣言された関数を考慮します。

モジュールパーティション

モジュールパーティションは、次の点を除き、モジュールに似ています。

モジュール全体のすべての宣言の所有権を共有します。
パーティションインターフェイスファイルによってエクスポートされるすべての名前は、プライマリインターフェイスファイルによってインポートおよびエクスポートされます。
パーティションの名前は、モジュール名の後にコロン (:) が続く必要があります。
いずれかのパーティション内の宣言は、モジュール全体に表示されます。
1 定義規則 (ODR) エラーを回避するために特別な予防措置は必要ありません。あるパーティションで名前 (関数、クラスなど) を宣言し、別のパーティションで定義できます。

パーティション実装ファイルは次のように始まり、C++ 標準の観点から見た内部パーティションです。

module Example:part1;

パーティションインターフェイスファイルは次のように始まります。

export module Example:part1;

別のパーティション内の宣言にアクセスするには、パーティションで宣言をインポートする必要があります。ただし、モジュール名ではなく、パーティション名のみを使用できます。

module Example:part2;
import :part1;

プライマリインターフェイスユニットは、次のように、モジュールのすべてのインターフェイスパーティションファイルをインポートして再エクスポートする必要があります。

export import :part1;
export import :part2;

プライマリインターフェイスユニットはパーティション実装ファイルをインポートできますが、エクスポートすることはできません。これらのファイルは、名前をエクスポートできません。この制限により、モジュールはモジュールの内部で実装の詳細を保持できます。

モジュールとヘッダーファイル

モジュール宣言の前に #include ディレクティブを配置することで、モジュールソースファイルにヘッダーファイルを含めることができます。これらのファイルは、 グローバルモジュールフラグメント内にあると見なされます。モジュールは、明示的に含まれるヘッダーにあるグローバルモジュールフラグメント内の名前のみを表示できます。グローバルモジュールフラグメントには、使用されるシンボルのみが含まれます。

// MyModuleA.cpp

#include "customlib.h"
#include "anotherlib.h"

import std;
import MyModuleB;

//... rest of file

従来のヘッダーファイルを使用して、インポートするモジュールを制御できます。

// MyProgram.h
#ifdef C_RUNTIME_GLOBALS
import std.compat;
#else
import std;
#endif

インポートされたヘッダーファイル

一部のヘッダーは十分に自己完結型であるため、 import キーワードを使用して取り込むことができます。インポートされたヘッダーとインポートされたモジュールの主な違いは、ヘッダー内のすべてのプリプロセッサ定義が、 import ステートメントの直後にインポートプログラムに表示される点です。

import <vector>;
import "myheader.h";

こちらもご覧ください

モジュールを使用して C++ 標準ライブラリをインポートする
 module、 import、 export
名前付きモジュールのチュートリアル
 ヘッダーユニット、モジュール、プリコンパイル済みヘッダーを比較する

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C++ のモジュールの概要

単一パーティション モジュール

モジュール文法

モジュールの実装

モジュール、名前空間、および引数に依存する参照

モジュール パーティション

モジュールとヘッダー ファイル

インポートされたヘッダー ファイル

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その他のリソース

単一パーティションモジュール

モジュールパーティション

モジュールとヘッダーファイル

インポートされたヘッダーファイル