[C++] std::clamp()の使い方 – 値を一定範囲に収める

2025-04-15更新日: 2025-04-15

C++のstd::clamp()は、指定した値を特定の範囲内に収めるための関数です。

C++17で導入され、<algorithm>ヘッダーに含まれています。

std::clamp(value, low, high)の形式で使用し、valueがlow未満ならlowを、highを超える場合はhighを返します。

それ以外の場合はvalueをそのまま返します。

lowは下限、highは上限で、low <= highである必要があります。

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std::clamp()とは

std::clamp()は、C++17で追加された関数で、指定した値を特定の範囲内に収めるために使用されます。

この関数は、最小値と最大値を指定し、その範囲を超えた値を自動的に調整します。

これにより、プログラムの中で値が意図しない範囲に入るのを防ぐことができます。

特徴

簡潔さ: 値の範囲を簡単に制限できる。
安全性: 不正な値を自動的に修正することで、エラーを防ぐ。
可読性: コードが明確になり、意図が伝わりやすい。

以下は、std::clamp()の基本的な使用例です。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::clampを使用するために必要
int main() {
    int value = 15; // 調整したい値
    int minValue = 10; // 最小値
    int maxValue = 20; // 最大値
    // std::clampを使用して値を範囲内に収める
    int clampedValue = std::clamp(value, minValue, maxValue);
    std::cout << "調整後の値: " << clampedValue << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後の値: 15

この例では、valueが10と20の範囲内にあるため、clampedValueはそのまま15になります。

もしvalueが25だった場合、clampedValueは20に調整されます。

std::clamp()の基本的な使い方

std::clamp()は、指定した値を最小値と最大値の範囲内に収めるための非常に便利な関数です。

基本的な使い方は以下の通りです。

構文

std::clamp(value, minValue, maxValue);

value: 調整したい値
minValue: 許可される最小値
maxValue: 許可される最大値

以下のコードは、std::clamp()を使って異なる値を範囲内に収める例です。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::clampを使用するために必要
int main() {
    int value1 = 5;   // 調整したい値
    int value2 = 15;  // 調整したい値
    int value3 = 25;  // 調整したい値
    int minValue = 10; // 最小値
    int maxValue = 20; // 最大値
    // 各値をstd::clampで調整
    int clampedValue1 = std::clamp(value1, minValue, maxValue);
    int clampedValue2 = std::clamp(value2, minValue, maxValue);
    int clampedValue3 = std::clamp(value3, minValue, maxValue);
    std::cout << "調整後の値1: " << clampedValue1 << std::endl; // 結果を出力
    std::cout << "調整後の値2: " << clampedValue2 << std::endl; // 結果を出力
    std::cout << "調整後の値3: " << clampedValue3 << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後の値1: 10
調整後の値2: 15
調整後の値3: 20

この例では、value1は最小値より小さいため10に調整され、value2は範囲内のためそのまま15が返されます。

value3は最大値を超えているため20に調整されます。

これにより、std::clamp()を使うことで、簡単に値を範囲内に収めることができます。

std::clamp()の応用例

std::clamp()は、さまざまなシナリオで役立つ機能です。

ここでは、いくつかの応用例を紹介します。

これにより、実際のプログラミングでどのように活用できるかを理解できます。

1. ゲームのキャラクターのHP管理

ゲームにおいて、キャラクターのHP(ヒットポイント)が特定の範囲内に収まるように調整する例です。

HPが0未満にならないようにし、最大HPを超えないようにします。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::clampを使用するために必要
int main() {
    int currentHP = -5; // 現在のHP
    int minHP = 0;      // 最小HP
    int maxHP = 100;    // 最大HP
    // HPを範囲内に収める
    int clampedHP = std::clamp(currentHP, minHP, maxHP);
    std::cout << "調整後のHP: " << clampedHP << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後のHP: 0

2. UIのスライダーの値制限

ユーザーインターフェースでスライダーを使用する場合、スライダーの値が特定の範囲内に収まるようにする例です。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::clampを使用するために必要
int main() {
    int sliderValue = 120; // スライダーの値
    int minValue = 0;      // スライダーの最小値
    int maxValue = 100;    // スライダーの最大値
    // スライダーの値を範囲内に収める
    int clampedSliderValue = std::clamp(sliderValue, minValue, maxValue);
    std::cout << "調整後のスライダーの値: " << clampedSliderValue << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後のスライダーの値: 100

3. 色の値の制限

RGBカラー値は0から255の範囲に収める必要があります。

std::clamp()を使って、色の値を制限する例です。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::clampを使用するために必要
int main() {
    int red = 300;   // 赤の値
    int green = -20; // 緑の値
    int blue = 150;  // 青の値
    // RGBの値を範囲内に収める
    red = std::clamp(red, 0, 255);
    green = std::clamp(green, 0, 255);
    blue = std::clamp(blue, 0, 255);
    std::cout << "調整後の色の値: R=" << red << ", G=" << green << ", B=" << blue << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後の色の値: R=255, G=0, B=150

これらの例から、std::clamp()がさまざまな場面で役立つことがわかります。

値を簡単に制限できるため、プログラムの安全性や可読性を向上させることができます。

std::clamp()の注意点

std::clamp()は非常に便利な関数ですが、使用する際にはいくつかの注意点があります。

これらを理解しておくことで、より効果的に活用できるようになります。

1. 型の一致

std::clamp()は、引数として渡す値、最小値、最大値の型が一致している必要があります。

異なる型を渡すと、コンパイルエラーが発生します。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::clampを使用するために必要
int main() {
    double value = 10.5; // 調整したい値
    int minValue = 5;    // 最小値
    int maxValue = 15;   // 最大値
    // 型が一致しないため、コンパイルエラーが発生する
    // double clampedValue = std::clamp(value, minValue, maxValue); // エラー
    return 0;
}

2. 最小値と最大値の順序

std::clamp()を使用する際、最小値は最大値よりも小さい必要があります。

逆に指定すると、意図しない結果を招く可能性があります。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::clampを使用するために必要
int main() {
    int value = 10; // 調整したい値
    int minValue = 20; // 最小値
    int maxValue = 5;  // 最大値
    // 最小値と最大値の順序が逆であるため、意図しない結果になる
    int clampedValue = std::clamp(value, minValue, maxValue);
    std::cout << "調整後の値: " << clampedValue << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後の値: 10

3. パフォーマンスへの影響

std::clamp()は、単純な条件分岐で実装されているため、非常に軽量ですが、頻繁に呼び出す場合はパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

特に、大量のデータを処理する場合は、最適化を考慮する必要があります。

4. 例外処理

std::clamp()は、範囲外の値を自動的に調整しますが、特定の条件下では例外を投げることはありません。

したがって、特にエラー処理が必要な場合は、別途条件を設ける必要があります。

5. C++17以降の機能

std::clamp()はC++17で追加された機能であるため、古いコンパイラやC++のバージョンでは使用できません。

使用する際は、C++17以降の環境であることを確認してください。

これらの注意点を理解しておくことで、std::clamp()をより効果的に活用し、プログラムの安全性と可読性を向上させることができます。

std::clamp()と他の類似機能の比較

std::clamp()は、値を特定の範囲に収めるための便利な関数ですが、他にも類似の機能や方法があります。

ここでは、std::clamp()と他の類似機能を比較し、それぞれの特徴を見ていきます。

1. std::max() と std::min()

std::max()とstd::min()を組み合わせて、値を範囲内に収める方法です。

これにより、最小値と最大値を手動で設定することができます。

#include <iostream>
#include <algorithm> // std::maxとstd::minを使用するために必要
int main() {
    int value = 25; // 調整したい値
    int minValue = 10; // 最小値
    int maxValue = 20; // 最大値
    // std::maxとstd::minを使用して値を範囲内に収める
    int clampedValue = std::min(std::max(value, minValue), maxValue);
    std::cout << "調整後の値: " << clampedValue << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後の値: 20

2. 条件分岐

単純な条件分岐を使用して、値を範囲内に収める方法です。

可読性は低くなりますが、柔軟性があります。

#include <iostream>
int main() {
    int value = 5; // 調整したい値
    int minValue = 10; // 最小値
    int maxValue = 20; // 最大値
    int clampedValue;
    // 条件分岐を使用して値を範囲内に収める
    if (value < minValue) {
        clampedValue = minValue;
    } else if (value > maxValue) {
        clampedValue = maxValue;
    } else {
        clampedValue = value;
    }
    std::cout << "調整後の値: " << clampedValue << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後の値: 10

3. Boostライブラリのboost::algorithm::clamp()

Boostライブラリにもclamp()関数があります。

C++17以前の環境で使用する場合に便利です。

使い方はstd::clamp()と似ています。

#include <iostream>
#include <boost/algorithm/clamp.hpp> // Boostのclampを使用するために必要
int main() {
    int value = 30; // 調整したい値
    int minValue = 10; // 最小値
    int maxValue = 20; // 最大値
    // Boostのclampを使用して値を範囲内に収める
    int clampedValue = boost::algorithm::clamp(value, minValue, maxValue);
    std::cout << "調整後の値: " << clampedValue << std::endl; // 結果を出力
    return 0;
}

調整後の値: 20

比較表

機能	利点	欠点
std::clamp()	簡潔で可読性が高い	C++17以降でのみ使用可能
std::max() / std::min()	柔軟性が高く、他の条件と組み合わせやすい	コードが冗長になりやすい
条件分岐	複雑な条件を設定できる	可読性が低く、冗長になる可能性がある
Boostのclamp()	C++17以前でも使用可能	Boostライブラリに依存する