論文のヘッダーファイル

コンピュータプログラミングでは、ヘッダーファイル（header file）は、関数、クラス、変数、およびその他の宣言を含むファイルです。ヘッダーファイルは通常、プログラムで外部ライブラリやモジュールを参照するために使用されます。

ヘッダーファイルの役割は、プログラマーがコードを書く際に外部ライブラリやモジュールが提供する関数や変数などを使用できるようにすることです。これらの外部ライブラリやモジュールの機能は複雑な場合があり、または多くのコード行が必要な場合がありますが、ヘッダーファイルはこれらの機能を参照するための便利な方法を提供し、プログラマーがそれらをより簡単に使用できるようにします。

ヘッダーファイルには通常、関数、クラス、変数の宣言、およびいくつかのプリプロセッサ指令が含まれます。ヘッダーファイルを使用する際には、プログラマーはこれらのヘッダーファイルをコードで参照する必要があります。これにより、プログラムは定義された関数、クラス、変数などを見つけて使用することができます。ヘッダーファイルの参照方法は、プログラミング言語によって異なります。

現在、なぜ多くの言語がヘッダーファイルを使用しなくなったのか？#

現代のプログラミング言語では、多くの言語が明示的なヘッダーファイルを使用しなくなりました。これは、C 言語のヘッダーファイルにいくつかの欠点があるためです。

ヘッダーファイルのエラーが発生しやすい：ヘッダーファイルを使用する際には、開発者はヘッダーファイル内のすべての定義が実装ファイル内の定義と一致していることを確認する必要があります。これは、ヘッダーファイルが変更された場合に特にエラーが発生しやすいです。これらのエラーは、コンパイルエラーや実行時エラーを引き起こし、時間とリソースを浪費する可能性があります。
ヘッダーファイルによるコンパイル時間の増加：ヘッダーファイルを使用する際には、コンパイラがコンパイル中にヘッダーファイルを処理する必要があります。これにより、コンパイル時間が遅くなります。ヘッダーファイルが非常に大きい場合や複雑な依存関係を含んでいる場合、コンパイル時間がさらに長くなる可能性があります。
ヘッダーファイルはコードのリファクタリングに適していない：コードをリファクタリングする必要がある場合、ヘッダーファイルは障害になる可能性があります。ヘッダーファイルの定義が実装と一致しない場合や使用されなくなった場合、コードのリファクタリングがより困難になる可能性があります。

そのため、現代のプログラミング言語では、これらの問題を解決するために他の方法を使用する傾向があります。たとえば、多くの言語ではモジュールや名前空間を使用してコードを組織化し、依存関係を処理するために自動化ツールを使用します。これらの方法により、ヘッダーファイルに関連する問題が減少し、コードの保守性と読みやすさが向上します。同時に、現代のコンパイラはよりスマートになり、コードの構造と依存関係をより良く処理できるようになり、ヘッダーファイルに関連する問題が減少します。

なぜ私は今でもヘッダーファイルが必要だと考えるのか#

ヘッダーファイルは、トップダウンの開発方法を提供し、開発者がインターフェースを最初に定義し、その機能を実装することができるようにします。この方法により、コードがより明確で、メンテナンスや拡張が容易になります。

伝統的な C 言語のヘッダーファイルにはいくつかの欠点がありますが、コンパイル速度の低下、コードの複雑さ、およびモジュール化の問題などがあります。そのため、多くの現代のプログラミング言語やフレームワークでは、コードの組織化と管理のために他の方法を採用しています。たとえば、名前空間、モジュール、パッケージなどの概念を使用しています。

ただし、私は次のような反論をいくつか挙げることができます：

ヘッダーファイルもモジュール化できる可能性はないでしょうか？#

実際、私はモジュールがヘッダーファイルの新しい形式であると考えています。ただし、ヘッダーファイルを使用しない言語では、以前にヘッダーファイルに書かれていた内容をビジネスコードに組み込む必要があります。これにより、結合度が高くなり、メンテナンスが困難になります。

私の考えでは、ヘッダーファイルとモジュールを同時に使用することができますが、ヘッダーファイルの役割は実装ではなく宣言であるべきです。これにより、ヘッダーファイルの欠点を回避し、モジュールの欠点も回避することができます。

例えば、私たちは想像上の Rust 言語を考えてみましょう。この言語では、ヘッダーファイルとモジュールの両方をサポートしていますが、ヘッダーファイルは宣言のみに使用でき、実装には使用できません。

// header xxx.mod.rs
struct Something

impl Something {
    fn method1(&self) -> sometype
    fn method2(&self) -> sometype
}


// source xxx.impl.rs
struct Something {
    // ...
}

fn Something::method1(&self) -> sometype {
    // do something
}

fn Something::method2(&self) -> sometype {
    // do something
}

これにより、ビジネスコードを実装する際には、まずヘッダーファイルを実装し、ビジネスコードを完了した後にヘッダーファイルのメソッドを実装することができます。これにより、ヘッダーファイルの欠点を回避し、モジュールの欠点も回避することができます。

// source of some business code

fn use_something(input: sometype) -> sometype {
    let something = Something::new();
    let i1 = something.method1();
    let i2 = something.method2();
    somefunc(i1, i2)
}

ヘッダーファイルのメソッドは最初は空の実装になると仮定できますので、まずユニットテストを書き、その後ヘッダーファイルのメソッドを実装して、ユニットテストをパスすることができます。

// source of some business code test
#[test]
fn test_use_something() {
    let res1 = use_something(input1);
    assert_eq!(res1, output1);
    let res2 = use_something(input2);
    assert_eq!(res2, output2);
    // ...
}

その後、ヘッダーファイルのメソッドを実装して、ユニットテストをパスさせることができます。

コードを自動生成することができる可能性はないでしょうか？#

この仕組みがあれば、AI を活用してコードを生成したり、自動的にコードを生成したりすることができます。これにより、具体的な実装の問題ではなく、抽象的な問題により集中することができます。

また、ヘッダーファイルのない言語は動的リンクをサポートしづらいです#

ヘッダーファイルのない言語では、リンカは関数の引数や戻り値の型がわからない状態で関数呼び出しを処理する必要があります。

コンパイラの実装方法によっては、すべてのコードを事前にロードする必要があるため、多くのリソースが無駄になる可能性があります。なぜなら、すべてのコードが必要なわけではなく、一部のコードだけが必要な場合もあるからです。

ヘッダーファイルのある言語では、実行時に共有ライブラリを動的にロードすることで動的リンクをサポートすることができます。この方法により、必要なときにコードを動的にロードしてリンクすることができます。

この時点で、また誰かが私と議論したくなるかもしれません。静的リンクが良いと言っている人がいますが、私は彼らがばかだと思います。

動的リンクの利点は次のとおりです：

メモリの節約：複数のプログラムが同じライブラリを共有する場合、動的リンクによりライブラリのコードとデータを共有できます。これにより、メモリスペースが節約されます。

更新の容易さ：ライブラリのコードを更新する必要がある場合、ライブラリファイルを置き換えるだけで済みます。プログラムを再コンパイルする必要はありません。

柔軟性：動的リンクにより、プログラムは実行時にライブラリファイルをロードできるため、柔軟性が向上します。これにより、プログラムはユーザーの要求に動的に適応することができます。プログラムを再コンパイルしたり再デプロイしたりする必要はありません。

共有ライブラリは複数のプログラムで使用できます：共有ライブラリのコードは複数のプログラムで使用できるため、同じコードを繰り返し記述する必要がありません。

実行ファイルのサイズを減らす：動的リンクを使用することで、実行ファイルのサイズを減らすことができます。なぜなら、ライブラリのコードとデータを各プログラムにコピーする必要がないからです。

私は現在の風潮が間違っていると思います。何をするにしてもすべてを静的にしようとするのは間違っています。Unikernel に行けばいいのに、行かないで、ユーザーがソフトウェアをインストールするときに VM を起動するのか、Docker を起動するのか、病気です。

インターフェース記述言語#

ヘッダーファイルが必要なのはなぜですか？

ヘッダーファイルを IDL に変換するためのトランスフォーマーを作成するだけです。

ヘッダーファイルのない言語で IDL をサポートするのはかなり困難です。

クローズドソースの問題#

私は現在のモジュールとパッケージ管理の風潮が間違っていると思います。クローズドソースの問題を全く考慮していません。

ヘッダーファイルがない場合、すべてのソースコードを配布する必要があります。クローズドソースのバイナリを公開しても、逆アセンブルされる可能性があります。

結論#

ヘッダーファイルの利点と欠点を議論する際には、その意義を見落とさないようにする必要があります。

ヘッダーファイルはコンピュータプログラミングの進化の過程で重要な発明であり、コードの作成とメンテナンスを大幅に簡素化し、プログラムの開発プロセスを加速させました。

現代のプログラミングでは、モジュール化システムや静的解析ツールなどを使用してヘッダーファイルに関連する問題を解決することができます。また、ヘッダーファイルを必要としない新しいタイプのプログラミング言語を使用して、より優れた開発体験を実現することもできます。しかし、ヘッダーファイルを完全に廃止すべきではありません。特に大規模なプロジェクトでは、ヘッダーファイルには置き換えられない重要な役割があるからです。

したがって、ヘッダーファイルの利点と欠点を認識し、適切に使用するだけでなく、プログラミング効率とコード品質を向上させるための新しい技術手段を探求し続けるべきです。