ヘッダーオンリーライブラリとコンパイル済みライブラリ

C++ライブラリには、次の2つの形態があります。

• ヘッダーオンリー — 実装がヘッダー内にあり、利用側がすべてをコンパイルする
• コンパイル済み — 個別のソースファイルをコンパイルして、静的ライブラリまたは共有ライブラリにする

長所：

• コピーしてインクルードするだけで統合できる
• ビルド設定が不要
• コンパイラーや規格をまたいで動作する
• コンパイラーが積極的にインライン化できる

短所：

• コンパイル時間が長い — 利用側が毎回すべてを再ビルドする
• ABIは利用側のコンパイル設定に依存する
• 実装がすべての利用者から見える
• 同じテンプレートを多くのTUで使用するとバイナリサイズが増加する

一般的なライブラリの多くはヘッダーオンリーです。

• nlohmann/json
• spdlog（ヘッダーオンリーモード）
• cxxopts
• Catch2（ヘッダーオンリー版）

長所：

• 利用側のコンパイル時間が短い
• 実装の詳細を隠せる
• テンプレートを1回だけインスタンス化できる
• バイナリとして配布できる（ソースを開示する必要がない）

短所：

• ABI互換性が壊れやすい
• ライブラリと利用側でビルド設定を一致させる必要がある
• 静的リンクではバイナリが肥大化し、動的リンクでは実行時のロードが必要になる

コンパイル済みライブラリには2つの形態があります。

• 静的（.a、.lib） — ビルド時に実行ファイルへリンクされる
• 共有（.so、.dll、.dylib） — 実行時にロードされる

テンプレートを多用するライブラリは、ヘッダーオンリーでない形態での配布が難しくなります。汎用コードは利用側ごとにインスタンス化されるためです。一部のライブラリでは、コンパイル済みの.aに「テンプレートを使用しない」コアを用意し、薄いテンプレート用のヘッダーを提供しています。

ヘッダー単体モードと複数ファイルモードの両方をサポートするライブラリもあります。前者はすぐに使え、後者はビルドを高速化できます。

ヘッダーオンリーライブラリが大規模な場合、プリコンパイル済みヘッダー（PCH）によって利用側のビルドを大幅に高速化できることがあります。

C++20のモジュールは、ヘッダーを置き換えることを目指しています。カプセル化の向上、ビルドの高速化、プリプロセッサへの依存の軽減が期待されます。ただし、コンパイラーやツールのサポートが進行中であるため、導入は段階的です。

簡単な指針：

• 小規模なユーティリティライブラリ → ヘッダーオンリー
• 実装量の多い大規模なライブラリ → コンパイル済み
• テンプレートを多用するライブラリ → ヘッダーオンリーまたはハイブリッド

利用側にとって、ヘッダーオンリーライブラリの最大の欠点は何ですか。

ヘッダーオンリーライブラリは統合が簡単ですが、利用側のビルドに時間がかかります。コンパイル済みライブラリは利用時のビルドが高速ですが、配布が難しくなります。テンプレートはヘッダーオンリーに適しており、大規模な実装はコンパイル済みに適しています。将来的にはC++20のモジュールがヘッダーを置き換える可能性があります。