モダン第14章：【C++20】モジュール（Modules）完全移行ガイド

// C++20 モジュールインターフェース単位
export module MathEngine;

// 外部に公開したいシンボルに 'export' を付与
export struct Vector2D {
    float x;
    float y;

    Vector2D operator+(const Vector2D& other) const noexcept {
        return { x + other.x, y + other.y };
    }
};

export Vector2D makeVector(float x, float y) noexcept {
    return { x, y };
}

// ⚠️ export をつけない関数は「モジュール内部専用」となり、
// 外部から絶対に呼び出せない（真のカプセル化！）
float internalDistanceSquared(const Vector2D& v) noexcept {
    return v.x * v.x + v.y * v.y;
}

// メインアプリケーション
import MathEngine;
import <iostream>;

int main() {
    // MathEngine モジュールからエクスポートされた型と関数を利用
    Vector2D pos = makeVector(10.0f, 20.0f);
    Vector2D vel = makeVector(1.0f, 2.0f);
    Vector2D nextPos = pos + vel;

    std::cout << "次フレーム座標: (" << nextPos.x << ", " << nextPos.y << ")\n";

    // internalDistanceSquared(nextPos); // コンパイルエラー！モジュール非公開シンボルなので呼べない！

    return 0;
}

// 大規模エンジンを小分けにするモジュールパーティションの構文

// 1. パーティション1: レンダラー (Engine:Render)
export module Engine:Render;
export void renderFrame() { /* 描画 */ }

// 2. パーティション2: 物理 (Engine:Physics)
export module Engine:Physics;
export void updatePhysics(float dt) { /* 物理演算 */ }

// 3. 主モジュールインターフェース: 全パーティションを集約して公開
export module Engine;
export import :Render;
export import :Physics;

// これにより、利用側は "import Engine;" と書くだけで
// 内部が分割された巨大エンジンを瞬時にインポートできる！

// 従来の #include ではなく import <...> で既存ライブラリを取り込む
// これにより、既存ヘッダもモジュール同様に事前コンパイルされ高速化！
import <iostream>;
import <vector>;
import <string>;
import <memory>;

// 自作のレガシーヘッダもヘッダユニットとして安全にインポート可能
// import "LegacyMath.h";

int main() {
    std::vector<std::string> logMessages;
    logMessages.push_back("ヘッダユニットによる超高速コンパイル稼働中");

    for (const auto& msg : logMessages) {
        std::cout << "[System] " << msg << "\n";
    }
    return 0;
}

// C++20 モダンゲームエンジン完成形骨格
// (実際のモジュール環境では export module ShirokumaGame; として定義)

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <concepts>
#include <ranges>

// コンセプトによる型制約
template <typename T>
concept UpdatableEntity = requires(T a, float dt) {
    a.update(dt);
    { a.isAlive() } -> std::same_as<bool>;
};

// ゲームエンティティ
class SpaceInvader {
public:
    SpaceInvader(std::string name, int hp) : name_(std::move(name)), hp_(hp) {}
    void update(float dt) { (void)dt; }
    bool isAlive() const { return hp_ > 0; }
    const std::string& getName() const { return name_; }
    int getHp() const { return hp_; }
private:
    std::string name_;
    int hp_;
};

// エンジンコア
class ModernInvaderEngine {
public:
    void addEntity(SpaceInvader entity) {
        entities_.push_back(std::move(entity));
    }

    void runFrame(float dt) {
        // C++20 Ranges パイプラインによる生存エンティティの高速フィルタリング
        auto aliveEntities = entities_ 
            | std::views::filter(&SpaceInvader::isAlive);

        for (auto& entity : aliveEntities) {
            entity.update(dt);
        }
    }

    void printStatus() const {
        std::cout << "=== Shirokuma Modern Engine 稼働ステータス ===\n";
        for (const auto& e : entities_) {
            std::cout << "  機体: " << e.getName() << " (HP: " << e.getHp() << ")\n";
        }
    }

private:
    std::vector<SpaceInvader> entities_;
};

int main() {
    ModernInvaderEngine engine;
    engine.addEntity(SpaceInvader("迎撃母艦シロクマ号", 1000));
    engine.addEntity(SpaceInvader("突撃ドローンA", 50));
    engine.addEntity(SpaceInvader("突撃ドローンB", 0)); // 撃破済み

    engine.runFrame(1.0f / 60.0f);
    engine.printStatus();

    std::cout << "\n🎉 [CONGRATULATIONS] モダンC++コース（M1〜M8）全課程修了！\n";
    return 0;
}

• 落とし穴1：モジュール内でのマクロのエクスポート不可能性: `#define` で定義されたマクロはモジュールから export できません（これはバグではなく、マクロ汚染を防ぐための意図的な仕様です）。定数は `export constexpr`、型操作は `export template` や `concept`、関数は `export inline` を用いて、言語機能で表現してください。
• 落とし穴2：ビルドシステム（CMake / Ninja / Visual Studio）の対応依存: C++20 モジュールはソースファイル間の「依存グラフ」をコンパイル前に走査してビルド順序を動的に決定する必要があります。CMake 3.28+、Ninja 1.11+、MSVC 19.34+ / Clang 16+ など、モジュールの自動スキャンに対応した最新ツールチェーンを使用してください。
• 落とし穴3：循環インポート（Circular Module Dependency）の禁止: モジュールAがモジュールBを import し、モジュールBがモジュールAを import することは言語仕様で禁止されています。循環依存が発生した場合は、共通インターフェースを別のモジュールまたはモジュールパーティションへ切り出してください。

• 1. export
• 2. public
• 3. extern
• 4. visible

• 1. モジュール内で定義されたマクロは、インポートしたファイルへ自動的にすべて漏洩・伝播する
• 2. モジュール内で定義されたマクロは外部へ一切漏洩せず、インポート側を汚染することがない
• 3. モジュールを使うと、C++プログラム内でマクロの使用が一切禁止される
• 4. マクロは自動的に constexpr 変数へ自動変換される

• 1. モジュールパーティション（Module Partition）
• 2. モジュールフラグメント（Module Fragment）
• 3. マルチスレッドインクルード（Multi-thread Include）
• 4. プリコンパイルヘッダ（PCH）