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typenameキーワードの使いどころ

C++

C++でtypenameキーワードを使うケースは以下の2つがある．

  1. テンプレートパラメータを宣言するとき
  2. テンプレート内にあるネストされた依存型名を指定するとき(例外あり)

テンプレートパラメータの宣言時

ひとつはテンプレートパラメータを宣言するとき．

template<typename T> void f(T t);

これは，以下のようにtypenameの代わりにclassを使った場合でも同じ意味となる．

template<class T> void f(T t);

この場合，typenameとclassのどちらのキーワードを使うかは好みの問題となる．

テンプレートにネストされた型の指定時

もうひとつは，テンプレートパラメータの型にネストされた型を指定するとき．

以下のように，STLコンテナを引数に取り，そのconst_iteratorを使って何らかの操作を行う関数テンプレートを考える．

template<class C>
void f(const C &container) {
  C::const_iterator it(container.begin()); // コンパイルエラー
  ...
}

上のコードはコンパイルエラーとなる．何故だろうか．

ネストされた依存名の曖昧さ

ある型の中にネストされた名前を指定するときは，通常「::」を用いてvector::const_iteratorのように記述すればいいのだが，これにテンプレートパラメータが絡んでくると話が複雑になる．
テンプレートパラメータに依存する名前のことを一般に「依存名」という．C::const_iteratorはクラスの内部で定義された依存名(ネストされた依存名)である．また，これは型名なので，ネストされた依存型名ということができる．
ネストされた依存名はしばしばコンパイル時に問題を引き起こす．例えば，C::const_iterator型へのポインタ変数xを定義するために以下のコードを書いたとする．

template<class C>
void f(const C &container) {
  C::const_iterator *x； // ?
  ...
}

このコードは，実はコンパイラにとっては二通りの解釈ができる．

  1. C内で定義された型であるC::const_iterator型へのポインタ変数xの定義
  2. C内で定義されたstaticなデータメンバC::const_iteratorと変数xの積(!?)

2番目の解釈はなかなか無理があるように思えるが，それでもCの詳細が分からない時点ではどちらのケースも考えられる．この問題を解決するために，C++では「テンプレート内にあるネストされた依存名は，特に指定がなければ型名とは解釈されない」というルールがある．つまり，上のコードは2番目の解釈が適用され，CがSTLコンテナの場合はコンパイルエラーとなる．

typenameキーワードによる型名の明示

そこで，型を指定しているということを明示するためにtypenameキーワードを使う必要がある．

template<class C>
void f(const C &container) {
  typename C::const_iterator it(container.begin()); // OK
  ...
}

上のコードは期待通りの動作をする．このように，テンプレート内にあるネストされた依存型名を指定するときはtypenameキーワードを使う必要がある．特に，テンプレートメタプログラミングの際にこの理由でtypenameキーワードを使う場面が多く出てくる(「Boost.MPLでBrainf*ckのプログラムをコンパイル時に動かしてみた - ぬいぐるみライフ(仮)」でもたくさんtypenameを使っている)．

typenameを使えないケース

ただし，テンプレートにネストされた依存型名を指定する場合でもtypenameキーワードを使えない(使う必要がない)ケースがある．それは以下の2つの場合．

  1. 派生クラスの定義で基底クラスを指定する場合
  2. コンストラクタの初期化リストで基底クラスを指定する場合

以下に例を示す．

class Base {
public:
  class Nested { // ネストされたクラス型
  public:
    explicit Nested(int) {}; 
  };  
};

template<class B>
class Derived : public B::Nested { // typenameは不要
public:
  explicit Derived(int x) : B::Nested(x) {} // typenameは不要
};

int main(int argc, const char *argv[]) {
  Derived<Base> d(10); // OK
  return 0;
}

どちらも型名しか記述できない箇所なので，typenameが必要ないのも納得できるだろう．

参考文献