ファームウェアの設定値を見て、「この数値は何の値で、単位は何か」と立ち止まることはないでしょうか。2026年9月30日開催予定の「Building Safer Firmware in Modern C++」は、その意味を型に持たせる設計をテーマにしています。

変数名で区別できても、関数が同じ整数型を受け取るなら、コンパイラが取り違えを見抜けるとは限りません。一方で、型を詳しくすればセンサーから届く値まで正しくなる、という話でもありません。

どこまでをコンパイル時に防ぎ、どこからを実行時に検証するのか。告知が掲げる設計の狙いを、補足として調べたC++の設計指針とmp-unitsの公式資料で具体化していきます。

数値の型に単位と役割を持たせると、引数の取り違えを検出できる

説明用に、測定周期と電圧のしきい値を受け取る関数を考えます。両方を整数で渡す設計では、引数を逆にしても型は一致します。周期と電圧を別の型で受け取り、相互に暗黙変換できなくすれば、この呼び出しは型検査で拒否できます。C++ Core GuidelinesのI.4も、インターフェースで値の意味を明確な型として表すことを勧めています。

物理量を扱うmp-unitsは、この考え方を単位や計算へ広げるライブラリです。長さと時間の加算を拒否し、互換性のある単位の変換を扱います。単位を変数名や手書きの倍率だけに任せず、計算の途中にも保持するわけですね。公式の安全機能の説明で、この区別を確認できます。

ただし、単位だけで役割の違いがすべて分かるわけではありません。たとえば、測定周期とタイムアウトはどちらも時間です。同じ時間型で受け取る限り、入れ替えは防げないので、必要な場所では役割ごとの型も設計します。

mp-unitsの同じ種類の物理量を区別する演習では、高さ・幅・旋回半径を題材にこの問題を扱っています。何を取り違えてほしくないかによって、型に持たせる意味の細かさが決まります。

正しい単位の値でも、実行時の範囲検証は必要になる

電圧として型付けされた値でも、その機器で許容される範囲に収まるとは限りません。「何の値か」と「その値を受け入れてよいか」は、別の条件です。ビルド時に値と制約を評価できる設定は静的検証の対象にできますが、実行後に届く測定値や通信入力には、その時点での検証が必要です。

mp-unitsの範囲検証の演習も、外部の気象データを受け取り、境界値を調べ、違反時に処理を分ける構成です。型付きの値を作る入口に検証を集める、という設計の参考になります。

ここでは、検証が本番ビルドにも残るかを見ておきたいところです。制約を常時検証するための公式ガイドは、既定の範囲チェックに使う MP_UNITS_EXPECTS がリリースビルドで除去され得る点と、エラーポリシーを組み合わせる方法を説明しています。入力を拒否した後の動作も含めて設計する必要があります。

既存APIへ数値を渡す場所で、単位と表現型を確かめる

型付きの計算を導入しても、既存のドライバーAPIが整数や浮動小数点数を要求する場面は残ります。mp-unitsの numerical_value_in(Unit) は、取り出したい単位を明示して数値へ変換するための接点です。既存インターフェースとの接続ガイドに、その使い方が示されています。

ただし、取り出した後は通常の数値です。同ガイドも、戻り値の double を既存APIの int 引数へ渡す際の切り捨てまでは防げないと説明しています。単位が合っていても、受け側の表現型で情報が失われる場合があります。

そのため、導入の一歩としては、計算内部では型付きの値を保ち、ドライバーへ渡す直前に単位・表現型・許容範囲をそろえる設計が考えられます。「数値へ戻す場所」を絞ると、型が守らなくなる境界も見通しやすくなります。

ファームウェアへの導入は、対象コンパイラで小さく確かめる

mp-unitsのコンパイラ対応表はC++20を最低条件としつつ、処理系ごとの条件も挙げています。調査時点の表ではClang 19が対象外です。組み込み環境では、言語規格の設定だけで判断せず、採用するライブラリ版と実際のツールチェーンを組み合わせて検証したいですね。

この設計を学ぶ機会として告知されたワークショップは、Mateusz Pusz氏が担当し、Packtがオンラインで開催する予定です。案内された時間は2026年9月30日の15:00〜19:30 CESTです。開催告知は、単位の混同、引数の入れ替え、範囲外の設定を早期に検出することを狙いとしています。

実務でまず選びたいのは、意味の異なる数値が並ぶインターフェースです。そこで型による取り違え防止を試し、外部入力には範囲検証を、既存APIとの接点には明示的な変換を置きます。コンパイラに任せる条件と実行時に判断する条件を分けることが、値の意味を最後まで保つ設計につながります。

出典

• Title: Hands-on workshop on September 30: Building Safer Firmware in Modern C++ -- Mateusz Pusz
• URL: https://isocpp.org//blog/2026/09/hands-on-workshop-on-september-30-building-safer-firmware-in-modern-cpp-mat