C++の純粋関数とは？特徴とstrlen()・sqrt()を使った実装例をわかりやすく解説

純粋関数（Pure Function）とは、同じ引数の値に対して常に同じ結果を返す関数のことです。純粋関数は結果を返すだけにとどまり、引数の変更、入出力ストリームへのアクセス、出力生成といった余計な副作用（Side Effect）を一切持ちません。

この性質により、純粋関数はプログラムの動作が予測しやすく、テストやデバッグ、並列処理においても扱いやすいという大きなメリットがあります。

純粋関数と非純粋関数の例

C++標準ライブラリには、純粋関数として振る舞うものが多数存在します。代表的な例としては以下のような関数が挙げられます。

• 純粋関数の例： sin()、strlen()、sqrt()、max()、pow()、floor() など
• 非純粋関数の例： rand()、time() など

rand() や time() は呼び出すたびに異なる値を返す可能性があるため、同じ引数でも常に同じ結果になるとは限らず、純粋関数とは言えません。

以下では、純粋関数の動作を確認できるサンプルプログラムを紹介します。

strlen() 関数で文字列の長さを求める

strlen() 関数は、文字列の長さを取得するために使用されます。この関数は渡された文字列にのみ依存して結果を決定するため、典型的な純粋関数です。次のプログラムでその動作を確認できます。

サンプルコード

#include<iostream>
#include<string.h>
using namespace std;

int main() {
    char str[] = "Rainbows are beautiful";
    int count = 0;

    cout<<"The string is "<< str <<endl;
    cout <<"The length of the string is "<<strlen(str);

    return 0;
}

実行結果

上記プログラムの出力は以下の通りです。

The string is Rainbows are beautiful
The length of the string is 22

sqrt() 関数で平方根を求める

sqrt() 関数は、ある数値の平方根を求めるために使用されます。こちらも引数の値さえ決まれば結果が一意に定まるため、純粋関数の一例と言えます。次のプログラムで実際の動作を見てみましょう。

サンプルコード

#include<iostream>
#include<cmath>

using namespace std;
int main() {
    int num = 9;

    cout<<"Square root of "<< num <<" is "<<sqrt(num);

    return 0;
}

実行結果

上記プログラムの出力は以下の通りです。

Square root of 9 is 3

まとめ

純粋関数は「同じ入力に対して常に同じ出力を返し、副作用を持たない」ことが特徴です。strlen() や sqrt() のように数学的・論理的に結果が決まる関数は純粋関数として設計されており、コードの信頼性と再利用性を高める上で重要な概念となっています。関数を設計する際には、可能な限り純粋関数として実装することで、保守性の高いプログラムを目指しましょう。