ライブラリーの利用

猿に願ってみた：

　だが，インストールしたBoostを「使う設定」を行なってないので

　エラーが出て動かない・・・

もちろん再生ボタンで動くようにする方法もあるのですが，そりゃ面倒なのでここで議論することにして．ここでは，CMakeでなんとかしてみましょう！すると, CMakeLists.txtを書く訳です．猿に聞いた結果，CMakeLists.txtを，以下のようにすれば良いらしい:

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
set(CMAKE_OSX_SYSROOT macosx)
project(MultiTargets)
# Library Search
cmake_policy(SET CMP0167 NEW)
find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS timer)
...
# BOOSTターゲット
add_executable(BOOST BOOST/main.cpp)    ←これは，まあ従来通りやね
target_link_libraries(BOOST PRIVATE Boost::timer)

とりあえずこれは，黙って書いておけば，幸運の風が吹くらしい．上の例では timer を使っているので, このようにしてtimer を探してもらうで，これが新顔で，Boost::timerライブラリを結合させる．PRIVATEを省くと，Boostらしいものを全部結合してしまい，無駄が多いらしい．

で，ターミナルを使って，ビルドと実行を行うのじゃ：

ところでプログラムの内容ですが, boost::timer::cpu_timer には start() stop() resume() があり，まあ意味はわかると思うのですが，elapsed()でstart()以来の合計時間が ナノセカンド単位で得られます．wallはあなたの部屋の壁掛け時計の経過時間（要するに実際に経過した時間），userがあなたの処理に必要であった時間です．

system時間は，例えばファイルを読み込むのにかかった時間とか，メモリーの使いすぎで遅くなった時間とか，そういう処理に必要であった時間. systemがでかいってのは，あなたの計算機の使い方が下手くそ，ということを意味しています．

どさくさに紛れて，コンピュータの名前とかゲットしてみましょう．

#include <iostream>
#include <boost/timer/timer.hpp>                        //cpu-time
#include <boost/asio.hpp>                               //hostname
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>    //date-time
#include <cmath>
void boost_timer(){
   boost::timer::cpu_timer timer; // 計測開始
   // 計測したい処理
   double sum = 0;
   for (int i = 0; i < 100000000; ++i) {
       sum += std::sin(i * 0.000001);
   }
   boost::timer::cpu_times elapsed = timer.elapsed();
   std::cout << "user: " << elapsed.user / 1e9 << " sec" << std::endl;
   std::cout << "system: " << elapsed.system / 1e9 << " sec" << std::endl;
   std::cout << "wall: " << elapsed.wall / 1e9 << " sec" << std::endl;
   boost::posix_time::ptime now = boost::posix_time::second_clock::local_time();
   boost::asio::io_context io;
   std::string hostname = boost::asio::ip::host_name();
   std::cout << now << " on " << hostname << std::endl;
}
int main() {
   boost_timer();
   return 0;
}

このへんがホスト名を取得するコード，この辺が日付を取得するコードです（POSIXってのは, コンピュータは「このように動作するべきである」という規格で, Windows以外はほぼPOSIX準拠です）．こうしとくと

arm64:build $ make BOOST
[ 50%] Building CXX object CMakeFiles/BOOST.dir/BOOST/main.cpp.o
[100%] Linking CXX executable BOOST
[100%] Built target BOOST
arm64:build $ ./BOOST 
user: 0.27 sec
system: 0 sec
wall: 0.28 sec
2025-Jul-01 16:35:19 on Core-9.local

こうなります．もちろん，ここが日付で，ここがコンピュータの名前です．

いやもう，猿に聞けばいいだけ

まあ聞いたら答えが返ってくるから，ここで練習する必要なさげ・・・

Boostでは著しく多くの特殊関数が利用できます．ま，猿に聞くだけですね：

では当初の目標である多次元配列を使いましょう:

...
#include <boost/multi_array.hpp>                        //multi-array
...
   boost::multi_array<double,3> A3(boost::extents[3][4][5]);
   std::cout << "A3 Dimension= " << A3.num_dimensions() << " Elements= " << A3.num_elements() << std::endl;
   for(int ndim=0;ndim<A3.num_dimensions();++ndim)
       std::cout << "A3 " << ndim << "-th max index=" << A3.shape()[ndim] << std::endl;
   A3[0][0][0] = 666.;
   A3[1][1][1] = 999.;
   A3[2][3][4] = -123;
   std::cout << "A3[0][0][0]=" << A3[0][0][0] << std::endl;
   std::cout << "A3[1][1][1]=" << A3[1][1][1] << std::endl;
   std::cout << "A3[2][3][4]=" << A3[2][3][4] << std::endl;
   for (int i = 0; i < A3.num_elements(); ++i)
       if (A3.data()[i]!=0) std::cout << "A3(" << i << ")=" << A3.data()[i] << std::endl;

これで多次元配列ができます．この例では3次元配列を作っています. で, [3][4][5]が，各次元の配列寸法になります．ここにあるように，A3[i][j][k]でアクセスできますが，添字の範囲は\[0\leq i < 3,\ 0\leq j < 4,\ 0\leq k < 5\]になります．まあ，そうは言っても，\(3\times 4\times 5=\mathsf{A3.num\_elements()}=60\)個の要素があるだけですので，このようにして1次元的にアクセスすることも可能です．この辺では，0ではない要素だけ画面に出力しています．

さて, Boost::multi_arrayは，添字範囲を平行移動することができます！

// index_bases()を追加すれば，添字の範囲を変更可能
   boost::array<boost::multi_array<double, 3>::index, 3> A3_base = {{5, 4, -5}};
   A3.reindex(A3_base);
   for (int ndim = 0; ndim < A3.num_dimensions(); ++ndim)
       std::cout << "A3 " << ndim << "-th max index=" << A3.shape()[ndim] 
       << " shifted to " << A3.index_bases()[ndim] << std::endl;
   std::cout << "A3[5][4][-5]=" << A3[5][4][-5] << std::endl;
   std::cout << "A3[6][5][-4]=" << A3[6][5][-4] << std::endl;
   std::cout << "A3[7][7][-1]=" << A3[7][7][-1] << std::endl;
   std::cout << "A3[8][8][0]=" << A3[8][8][0] << std::endl;

まずこれで平行移動量を定義，で，これで既存の配列に適用しています．すると，こういうふうに添字の範囲が平行移動する訳ですね！

で，そもそも\(3\times 4\times 5\)サイズの配列を\((5,4,-5)\)だけ平行移動しただけなので，こやつは，配列の範囲をオーバーしています．このときの挙動は, CMakeLists.txt の設定で異なります．

デフォルト（デバッグモード）の挙動

デフォルトでは，CMAKE_BUILD_TYPE=Debug と設定されているのです．プログラム開発用のデバッグ設定ですね！CMakeLists.txt の中で明示的に書くなら

# CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
set(CMAKE_OSX_SYSROOT macosx)
project(MultiTargets)

# Build-Modeの設定
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)

この場合，このように配列の範囲外にアクセスしようとすると，

arm64:build $ ./BOOST 
A3 Dimension= 3 Elements= 60
A3 0-th max index=3
A3 1-th max index=4
A3 2-th max index=5
A3[0][0][0]=666
A3[1][1][1]=999
A3[2][3][4]=-123
A3(0)=666
A3(26)=999
A3(59)=-123
A3 0-th max index=3 shifted to 5
A3 1-th max index=4 shifted to 4
A3 2-th max index=5 shifted to -5
A3[5][4][-5]=666
A3[6][5][-4]=999
A3[7][7][-1]=-123
Assertion failed: (size_type(idx - index_bases[0]) < extents[0]), function access, file base.hpp, line 136.
A3[8][8][0]=Abort trap: 6

このように，エラーしてくれます！便利ですね〜

リリースモードでの挙動

でも，実際に研究するときにはエラーチェックは不要で，実行が遅いデバッグモードではなく，リリースモードを使いましょう．

# CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
set(CMAKE_OSX_SYSROOT macosx)
project(MultiTargets)

# Build-Modeの設定
set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)

この場合，このように配列の範囲外にアクセスしても

...
A3 2-th max index=5 shifted to -5
A3[5][4][-5]=666
A3[6][5][-4]=999
A3[7][7][-1]=-123
A3[8][8][0]=0

間違ったままで，何も起こりません．要するに，バグに気づくことはない．ということになります．

Releaseモードでは，添字のチェックを省略する以外に，さまざまな最適化が行われ，安全性よりも計算速度を上昇させます．