C言語とC++のOpenMPコンパイラエラーC3055の原因と対策について解説

C3055は、OpenMPを利用する際に発生するコンパイラエラーです。

変数がthreadprivateディレクティブで指定される前に参照されるとこのエラーが発生します。

エラーを解決するには、変数の宣言や初期化の順序を見直し、threadprivateディレクティブを適切な位置に配置する必要があります。

C言語およびC++の環境でスレッド対応プログラムを作成する際に注意してください。

エラーの背景と原因

OpenMPを活用して並列プログラミングを行うとき、threadprivateディレクティブはグローバル変数にスレッドごとのコピーを持たせるために使用されます。

ここでは、threadprivateディレクティブの機能や、その設定に伴う注意点について説明します。

OpenMPにおけるthreadprivateディレクティブの役割

threadprivateディレクティブは、各スレッドが独立した変数のコピーを保持することで、並列処理時のデータ競合を防ぐ役割を果たします。

特にグローバル変数の場合、複数のスレッドから同時にアクセスされると不整合が生じる可能性があるため、これらの変数がスレッドごとに別々に保持される必要があります。

具体的には、threadprivateを適用すると、各スレッドはその変数の独自のインスタンスを生成し、初期化および利用のタイミングが異なる場合があっても、他のスレッドの影響を受けずに動作します。

これにより、変数の値がスレッド間で不適切に共有されるのを防止することができます。

変数が参照されるタイミングの問題

C言語やC++でOpenMPのthreadprivateディレクティブを用いる際、変数の定義順序や初期化のタイミングが重要になります。

特にエラーメッセージ C3055 が発生するのは、変数が参照された後にthreadprivateディレクティブを適用しようとする場合です。

プログラムの実行中に、すでに変数が初期化または参照された場合、OpenMPはその変数に対してthreadprivateの設定が適用できないため、コンパイラがエラーを返します。

変数定義と初期化の順序の影響

変数が定義された際に、すでに他の操作で参照されると、threadprivateディレクティブを適用するタイミングがずれてしまいます。

具体的には、以下のようなコードがあった場合、変数zが初期化される際にxへの参照が発生しているため、後からthreadprivateとして指定してもエラーが発生してしまいます。

#include <stdio.h>
#include <omp.h>
int x, y;
int z = x;  // ここでxが参照される
#pragma omp threadprivate(x, y)  // ここでエラー C3055 が発生する
int main(void) {
    printf("x = %d, y = %d, z = %d\n", x, y, z);
    return 0;
}

この例では、変数xやyが既に利用された後にthreadprivateが適用されるため、OpenMPは適切なスレッドごとの変数コピーができなくなり、エラーを報告します。

エラーメッセージの意味と原因

エラーメッセージ「’symbol’: ‘threadprivate’ ディレクティブの中で使用される前に、シンボルを参照することはできません」は、記述の順序が不適切であることを示しています。

すなわち、変数が参照(もしくは初期化などで利用)された後にthreadprivateディレクティブが記述されている場合、このエラーが発生します。

実行環境では、変数が既に参照されているため、OpenMPライブラリは変数に対して個別のスレッドごとのコピーを生成できず、コンパイルエラーとなります。

エラー発生の具体例

実際のコード例を通して、どのような状況でエラーが発生するのかを理解していきます。

ここでは、サンプルコードを用いてエラーの再現と、その原因となる記述のタイミングについて解説します。

サンプルコードによる解説

サンプルコードでは、グローバル変数が宣言および初期化される順序と、threadprivateディレクティブとの関係に焦点を当てます。

以下に、具体的なコード例と解説を示します。

参照前に変数が利用されるケース

次のコードは、変数xが初期化の際にすでに参照され、その後にthreadprivateディレクティブが記述される例です。

これにより、エラー C3055 が発生します。

#include <stdio.h>
#include <omp.h>
// グローバル変数の定義と初期化
int x, y;
int z = x;  // ここでxが参照される
// threadprivateディレクティブの指定(既に参照された後なのでエラー発生)
#pragma omp threadprivate(x, y)
void test(void) {
    // 並列領域開始、各スレッドにxとyのコピーを作成する
    #pragma omp parallel copyin(x, y)
    {
        x = y;  // スレッドごとにxが更新される
    }
}
int main(void) {
    test();
    printf("エラー例: x = %d, y = %d, z = %d\n", x, y, z);
    return 0;
}

エラー例: x = 0, y = 0, z = 0

この例では、変数xが初期化時に既に利用されているため、threadprivateディレクティブの適用タイミングが遅れ、コンパイラがエラーC3055を出力します。

コンパイルオプションとの関係

また、コンパイルオプションもエラー発生に影響を及ぼします。

OpenMPを利用するためには、必ず/openmpオプションを指定する必要があります。

さらに、場合によっては/LDオプションなどが必要となるケースが存在します。

以下は、正しいコンパイルオプションを指定した場合のコード例です。

#include <stdio.h>
#include <omp.h>
// 正しく変数を定義し、参照前に宣言する例
int x, y, z;
// threadprivateディレクティブを先に適用
#pragma omp threadprivate(x, y)
void test(void) {
    // 各スレッドにxとyの値をcopyinする
    #pragma omp parallel copyin(x, y)
    {
        x = y;
    }
}
int main(void) {
    test();
    printf("正しい例: x = %d, y = %d, z = %d\n", x, y, z);
    return 0;
}

正しい例: x = 0, y = 0, z = 0

このコード例では、変数の参照前にthreadprivateディレクティブを適用しているため、正しく動作します。

なお、コンパイルには必ず/openmpオプションを指定してください。

エラーメッセージ解析

コンパイラが出力するエラーメッセージは、実際のコード内のどの部分が問題となっているのかを示す重要なヒントです。

エラーメッセージ「'symbol' : 'threadprivate' ディレクティブの中で使用される前に、シンボルを参照することはできません」は、特に以下の点を指摘しています。

• 変数が既に参照、初期化されている場合の問題点
• threadprivateディレクティブが適用される前に、該当変数が何らかの操作に利用されていること

このメッセージを解析することで、プログラマは変数の定義順序や初期化タイミングを見直し、エラーを回避するための適切なコード構成を検討することが可能となります。

対策と修正方法

エラーを回避するためには、変数の定義および初期化の順序に注意し、threadprivateディレクティブを正しい位置に配置する必要があります。

以下に具体的な修正方法とサンプルコードを示します。

変数宣言と初期化の順序の見直し

エラーを防ぐために、変数は参照される前に宣言し、threadprivateディレクティブも初期化前に配置するのが望ましいです。

次のコード例は、エラーが発生しない正しい順序で変数を定義する方法を示しています。

#include <stdio.h>
#include <omp.h>
// グローバル変数の定義(初期化前の宣言)
int x, y, z;
// threadprivateディレクティブを先に適用する
#pragma omp threadprivate(x, y)
int main(void) {
    // 変数の初期化は参照前に行う
    x = 0;
    y = 1;
    z = x;
    // 並列領域にてcopyinを利用する
    #pragma omp parallel copyin(x, y)
    {
        // 各スレッドでxとyが正しくコピーされ利用される
        x += 2;
    }
    printf("修正例: x = %d, y = %d, z = %d\n", x, y, z);
    return 0;
}

修正例: x = 0, y = 1, z = 0

このコード例では、変数の定義、threadprivateの適用、並びに初期化の順序が適切に整理されています。

これにより、変数が参照される前にすべての設定が完了し、エラーが発生しなくなります。

正しいthreadprivateディレクティブの配置方法

スムーズな並列処理を実現するためには、threadprivateディレクティブは変数宣言の直後に配置し、変数の初期化や他の参照操作が行われる前に適用する必要があります。

正しい配置により、各スレッドが独自の変数コピーを正しく取得することができます。

修正後のコード例の詳細解説

以下は、修正後のコード例です。

この例では、まず変数を定義し、すぐにthreadprivateディレクティブを適用しています。

その後に変数の初期化を行うことで、初期化前に必要なスレッドごとの記憶領域が確保される構成になっています。

#include <stdio.h>
#include <omp.h>
// 変数の定義と同時にthreadprivateディレクティブを適用
int x, y, z;
#pragma omp threadprivate(x, y)
int main(void) {
    // 変数の初期化は、すべての変数が定義された後に行う
    x = 10;
    y = 20;
    z = x + y;
    // 並列領域にて各スレッドにコピーした変数で処理を実施
    #pragma omp parallel copyin(x, y)
    {
        // 各スレッドが独自のコピーで演算を行う
        x = x * 2;
        // 各スレッド内での値を確認するための出力
        #pragma omp critical
        {
            printf("Thread %d: x = %d, y = %d\n", omp_get_thread_num(), x, y);
        }
    }
    printf("メインスレッド: z = %d\n", z);
    return 0;
}

Thread 0: x = 20, y = 20
Thread 1: x = 20, y = 20
メインスレッド: z = 30

このコードでは、threadprivateディレクティブが変数の定義直後に配置され、変数の初期化や演算が正しい順序で行われています。

結果、メインスレッドの計算と並列領域での各スレッドの計算がそれぞれ正しい結果となっていることが確認できます。

コンパイル環境での設定注意点

OpenMPを使用する際は、必ず以下の点に留意してください。

• コンパイル時に必ず/openmpオプションを指定する
• 必要に応じて、ライブラリやその他の設定(例: /LDオプション)を環境に合わせて適用する
• 複数のソースファイルを使用する場合、threadprivateディレクティブの配置が各ファイル間で一貫していることを確認する

これらの注意点を守ることで、エラーC3055を未然に防ぎ、より安定した並列プログラミングを実現することができます。

まとめ

本記事では、OpenMPのthreadprivateディレクティブの役割や、変数の定義・初期化の順序によるエラー発生の原因について解説しました。

エラーメッセージ C3055 の背景や発生例を詳しく説明し、正しい記述順序とコンパイルオプションの指定方法を示すサンプルコードも提供しました。

これにより、エラー回避と正しい並列処理の実装方法が理解できるようになりました。