C++の「3の法則」と「5の法則」をわかりやすく解説

3の法則は、C++プログラミングにおける代表的な経験則の一つです。これは良いプラクティスに関する指針であり、クラスに次のいずれかを明示的に定義する必要があるならば、残りの2つも定義すべきである、というものです。

• コピーコンストラクタ
• 代入演算子
• デストラクタ

なぜ3つすべてが必要なのか

その理由は、これらのいずれかが必要になる場面では、クラスが動的に確保されたリソースを管理している可能性が非常に高く、その管理を正しく行うには他の関数も必要になるからです。

例えば、代入演算子が必要なケースを考えてみましょう。代入処理では、参照されているオブジェクトのコピーを作成することになり、新たにリソースを割り当てることになります。そのリソースを複製するためにコピーコンストラクタが、不要になったリソースを解放するためにデストラクタが必要となるのです。

C++11以降の「5の法則」

5の法則は、C++11でムーブセマンティクスが導入されたことに伴い、3の法則を拡張したものです。こちらもC++におけるリソース管理の指針として用いられ、メモリリークなどの問題を未然に防ぐ効果が期待できます。

5の法則では、次の5つの特殊メンバ関数のうち1つでも自分で実装する必要があるなら、残りの4つについても適切な方針を持つべきだとされています。例えば、Fooというオブジェクトを管理するFooManagerクラスを実装する場合、以下の5つの関数をすべて意識して実装することになります。

1. デストラクタ

マネージャがスコープ外に出るとき、管理していたすべてのリソースを確実に解放しなければなりません。

2. 代入演算子

独自の代入演算子を提供しない場合、コンパイラがデフォルトのものを自動生成します。しかしデフォルトの代入演算子はメンバごとの浅いコピー（シャローコピー）しか行いません。深いコピー（ディープコピー）ではないため、メモリリークや誤った代入などの問題を引き起こす恐れがあります。

3. コピーコンストラクタ

コンパイラが生成するコピーコンストラクタも、FooManagerの全属性をメンバごとにコピーするだけです。そのため、代入演算子の場合と同様の問題が発生します。

4. ムーブコンストラクタ

オブジェクトのコピーは、一時オブジェクトの作成・コピー・破棄という一連の処理を伴うため、コストが高くなりがちです。そこでC++11ではr値参照の概念が導入されました。r値参照は明示的にr値へ束縛することができます。ここでいうr値とは名前を持たないオブジェクト、すなわち一時オブジェクトのことです。ムーブコンストラクタでは、このr値参照を使って、渡された一時オブジェクトからリソースを効率的に引き継ぎます。

5. ムーブ代入演算子

リソースはある時点で1つの所有者だけが持つのが理想です。リソースの所有権は、あるマネージャから別のマネージャへ移転させることができます。このような場面では、ムーブ代入演算子を提供すると非常に有効です。

まとめ

3の法則・5の法則は、どちらも「1つ書いたら全部書く（または明示的に禁止する）」という原則に基づいています。特にモダンC++では、これらの法則に従ってリソース管理を設計することで、安全で効率的なコードを実現できます。さらに詳しく学びたい方は、Feabhas社によるRule of the Big Fiveの解説資料（PDF）がおすすめです。