構造体・クラス・アクセス指定子

一言で言うと

C++の struct と class はほぼ同一の機能で、違いは既定のアクセスだけ(struct=public、class=private)。C#のような「struct=値型、class=参照型」という意味の違いはありません(どちらも値です)。使い分けは慣習で表現します: 「structはただのデータ、classは不変条件を持つもの」。

基本とアクセス指定子

// C++20
struct Vec2 {              // struct: 全メンバ公開が既定
    float x = 0, y = 0;    // ただのデータの束。隠すものがない
};

class Health {             // class: 非公開が既定
public:                    // ここから公開
    void TakeDamage(int d) {
        hp_ = std::max(0, hp_ - std::max(0, d));   // 不変条件: hpは0..max_の範囲
    }
    int Value() const { return hp_; }
protected:                 // 派生クラスまで公開
    // (継承させる設計のときだけ使う)
private:                   // このクラスの中だけ
    int hp_ = 100;         // 直接触らせない=不変条件を守る手段
    int max_ = 100;
};

• public / protected / private は何度でも書け、順序も自由
• アクセス制御はクラス単位であり、同じクラスの別インスタンスのprivateには触れる(コピーコンストラクタが other.hp_ を読めるのはこのため)。C#と同じ仕様

使い分けの慣習(重要)

	struct を選ぶ	class を選ぶ
データ	全部publicで問題ない「値の束」	守るべき不変条件がある
例	Vec2, Color, DamageInfo, 設定Desc	Health(0..max), Inventory(整合性), FSM(遷移規則)
メソッド	あってもよい(Length()等の純関数)	状態を守る操作が主役

判定基準: 「任意のメンバに任意の値を入れられて、壊れるか?」壊れるならclass+private、壊れないならstruct+public(情報隠蔽の判断そのもの)。全フィールドにgetter/setterを生やすくらいなら、それはstructでよいサインです(→ 構造体かクラスか)。

メモリ上で起きること

struct Enemy {
    int hp;        // オフセット0(4バイト)
    float speed;   // オフセット4(4バイト)
    bool alive;    // オフセット8(1バイト)
};                 // sizeof(Enemy) == 12(パディング3バイトが末尾に入る — 典型的な実装)

• メンバは宣言順にメモリに並ぶ(同一アクセス指定内での順序は標準保証)
• アラインメントのためパディング(詰め物)が入る(→ 詳細: メモリレイアウト)。メンバの並び順でサイズが変わるため、大量に持つ構造体はサイズの大きい順に並べる最適化がある
• メソッドはインスタンスの中には存在しない(コードは1か所、thisポインタが渡るだけ)。仮想関数を持つとvptr(8バイト)が追加される(→ vtable)

C#との違い

	C#	C++
struct/class	値型/参照型という意味の違い	既定アクセスの違いのみ(両方値)
割り当て	classは必ずヒープ	どちらもスタック/ヒープ/静的領域を選べる
継承	structは継承不可	structも継承可(機能差なし)
internal	アセンブリ内公開がある	対応物なし(無名namespace等で代用 → 第9部)

C#の「structは16バイト以下にすべき」的なガイドラインは、値渡しコピーのコストの話であり、C++でも値渡しするなら同じ配慮をします(大きければconst参照 → 値渡しか参照渡しか)。

Unity開発者が誤解しやすい点

1. 「structだから値、classだから参照」の感覚をC++に持ち込むと混乱する。C++ではどちらも値で、参照にしたければ&や*を自分で書く
2. C#のプロパティ(public int Hp { get; private set; })に相当する言語機能はC++にない。関数(int Hp() const)で書く
3. Unityの [SerializeField] private のような「エディタには見せるがコードには隠す」という区別はC++単体には存在しない(UEではUPROPERTYが同じ役割 → 第10部)

ゲーム開発での使用例

• structの典型: Vec3, Quat, Color, HitInfo{position, normal, damage}(関数間で値を運ぶ)、BuilderのDesc構造体、ECSのComponent(データのみが原則)
• classの典型: Inventory(個数の整合性)、StateMachine(遷移規則)、ResourceHandle(解放の保証 → RAII)

使う場面 / 使わない場面

• 「とりあえず全部class+getter/setter」はC#の癖。C++では公開データのstructが読みやすく速い(最適化も効きやすい)場面が多い
• 逆に「不変条件があるのにstruct公開」は、全利用箇所が規約を守る前提のコードになり崩壊する(→ カプセル化)

よくある誤解

• 「structは軽くてclassは重い」— 生成されるコードは同一。重さの差はゼロ
• 「privateはセキュリティ機能」— コンパイル時の設計規律であり、メモリを覗けば読める。チート対策とは別の話

関連項目

• 抽象化・カプセル化・情報隠蔽
• コンストラクタ・デストラクタ / メモリレイアウト
• 判断ガイド: 構造体かクラスか

理解度チェック

1. C++のstructとclassの言語仕様上の違いは何ですか(1つだけ)。
2. struct/classの使い分けの実務的判定基準は?
3. メソッドを追加するとインスタンスのサイズは増えますか。仮想関数では?

演習

samples/struct_layout.cpp(検証済み)で、メンバの並び順を変えると sizeof がどう変わるか観察してください(int, bool, double を持つ構造体で並び替え実験)。

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