std::vectorの要素の参照型はbool&ではない（場合がある）

C++ 言語雑談

std::vector::back() を使うと，末尾の要素の参照を取得できる．これは普通は，T&型だ．ところが，T=bool に限っては，「std::_Bit_reference」型なのだ（少なくとも g++ の場合）．
通常，bool を関数の引数として渡すとき，わざわざ参照渡ししようとは思わないから（別に効率がよくなるわけではない），意識する必要はないのだが，テンプレート関数やクラスを作る場合には，知っておかないと理解不能なエラーに直面することがある．なので，忘備録も兼ねてメモ．

例

#include <vector>
using namespace std;
void Func(bool &x)
{
  x= false;
}
int main(int argc, char**argv)
{
  vector<bool> vec;
  vec.push_back(true);
  Func(vec.back());
  return 0;
}

これを，コンパイルすると，g++ の場合は，Func(vec.back()); に対して

error: invalid initialization of non-const reference of type ‘bool&’ from a temporary of type ‘std::_Bit_reference’

というエラーを吐く．
これは，bool 限定だ．bool を double や int に変更すれば，何の問題もなくコンパイルできる．

分析

このエラーは，冒頭で述べたとおり，std::vector の参照型が std::_Bit_reference であることに起因する．std::_Bit_reference 型は bool& に変換することができないから，Func(bool&) の引数として使うとエラーとなるのだ．
（ちゃんと調べていないが，おそらく bit** という名前から，bool の vector はビット演算を使った効率化をしているものと予想される．）

このような実装は，STL の仕様を満たしていないのではないか？ と思ってしまうが，std::vector では，要素の値型 std::vector::value_type と要素の参照型 std::vector::reference の両方が独立に定義できるようになっているようで，必ずしも std::vector::value_type& と std::vector::reference が同じである必要はないようだ．（注：STLの仕様をちゃんと精査して書いていない）

実験

上記コードの void Func(bool &x) を

void Func(vector<bool>::reference x)

と変更すれば，コンパイルは通るし，期待通りに動く．

対策

ぱっと思いつく対策：

  • bool を参照渡しする必要は，通常ないと思われるので，値渡しする．
  • テンプレートで関数を共通化したい場合，std::vector については特殊化する．
  • もしくは，std::vector の参照を取得するために T& や const T& を使うのではなく，std::vector::reference や std::vector::const_reference を使う．

(追記)

  • 次のような bool のラッパを用いるのもひとつの手だ．
class TBool
{
public:
  TBool() : entity_(false) {}
  TBool(bool e) : entity_(e) {}
  TBool(const TBool &b) : entity_(b.entity_) {}
  operator bool&() {return entity_;}
  operator const bool&() const {return entity_;}
private:
  bool entity_;
};

std::vector などと使う．