「オブジェクト指向プログラミング」の版間の差分
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{{プログラミング言語|index=おふしえくとしこうふろくらみんく}} |
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[[ファイル:Object oriented design object.jpg|境界|右|フレームなし]] |
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'''オブジェクト指向プログラミング'''(オブジェクトしこうプログラミング、{{Lang-en-short|''object-oriented programming''}}、略語:OOP)は、 |
'''オブジェクト指向プログラミング'''(オブジェクトしこうプログラミング、{{Lang-en-short|''object-oriented programming''}}、略語:OOP)とは、互いに密接な関連性を持つ[[変数 (プログラミング)|データ]]と[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]をひとつにまとめて[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]とし、それぞれ異なる性質と役割を持たせたオブジェクトの様々な定義と、それらオブジェクトを相互に作用させる様々なプロセスの設定を通して、プログラム全体を構築するソフトウェア開発手法である。 |
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オブジェクト指向 |
'''[[オブジェクト指向]]'''という用語自体は、計算機科学者[[アラン・ケイ]]によって生み出されている。1967年公開の言語「[[Simula|Simula67]]」の設計に印象を受けたケイが咄嗟に口にしたとされるこの造語は、彼が1972年から公開を始めた「[[Smalltalk]]」の言語設計を説明する中で初めて世間に発信された。なお、ケイが示した[[メッセージパッシング]]を中心にするオブジェクト指向は広く認知される事はなく、[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]というプログラム概念を注目させるだけに留まっている。同時にケイの手から離れたオブジェクト指向は[[抽象データ型]]を中心にした解釈へと推移していき、1983年に計算機科学者[[ビャーネ・ストロヴストルップ]]が公開した「[[C++]]」が契機になって、日本では一般にOOPの三大要素と呼ばれる[[カプセル化]]、[[継承 (プログラミング)|継承]]、[[ポリモーフィズム|多態性]]といった[[プログラミングパラダイム|パラダイム]]が確立されている。 |
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== 特徴 == |
== 特徴 == |
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現行のオブジェクト指向プログラミングは事実上、1974年に[[バーバラ・リスコフ]]らが提唱した[[抽象データ型]]を基 |
現行のオブジェクト指向プログラミングは事実上、1974年に計算機科学者[[バーバラ・リスコフ]]らが提唱した[[抽象データ型]]を基礎的な考え方にする方向性で定着している。[[抽象データ型]]のプログラム実装スタイルを具体的に規定したものが1~3であり、日本では一般に三大要素と呼ばれている。これに沿った言語仕様を備えたプログラミング言語がオブジェクト指向準拠と判別されている。4と5は、[[アラン・ケイ]]が重視する元祖的なコンセプトであり現在では主流から外れているが、オブジェクト指向の源流思想として蛇足ながら紹介を加える。 |
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#[[カプセル化]](''encapsulation'') |
#[[カプセル化]](''encapsulation'') |
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#[[継承 (プログラミング)|継承]](''inheritance'') |
#[[継承 (プログラミング)|継承]](''inheritance'') |
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#[[ポリモーフィズム|多態性]](''polymorphism'') |
#[[ポリモーフィズム|多態性]](''polymorphism'') |
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#[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージ |
#[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージパッシング]](''message passing'') |
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#[[ダイナミックバインディング|遅延バインディング]](''late binding'') |
#[[ダイナミックバインディング|遅延バインディング]](''late binding'') |
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=== カプセル化 === |
=== カプセル化 === |
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一定の関連性を持つデータ(変数、プロパティ)と、それらを操作するコード(関数、プロシージャ)をひとまとめにしてオブジェクトとし、外部に対して必要とされるデータとコードのみを公開し、そ |
一定の関連性を持つデータ(変数、プロパティ)と、それらを操作するコード(関数、プロシージャ)をひとまとめにしてオブジェクトとし、外部に対して必要とされるデータとコードのみを公開し、それ以外を内部に隠蔽する仕組みがカプセル化と呼ばれる。オブジェクトが持つコードは一般にメソッドと呼ばれる。オブジェクトの設計は{{仮リンク|単一責任の原則|en|Single-responsibility principle|label=}}に準拠して一つの閉じた機能を構成するデータ群とそれに関連したメソッド群を定義するのが基本になる。公開されたデータは外部のメソッドから直接参照ないし変更する事できる。公開されたメソッドは外部のメソッドから直接呼び出す事ができる。隠蔽されたデータとメソッドは外部からアクセスできず、これは{{仮リンク|情報隠蔽|en|information hiding}}と呼ばれる。 |
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=== 継承 === |
=== 継承 === |
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既存オブジェクトのデータ構成とメソッド構成を引き継いで、新しい派生オブジェクトを定義する仕組みが継承と呼ばれる。引き継ぐ際には新たなデータとメソッドを自由に追加できるので、派生オブジェクトの構成は既存内容+追加内容になる。 |
既存オブジェクトのデータ構成とメソッド構成を引き継いで、新しい派生オブジェクトを定義する仕組みが継承と呼ばれる。引き継ぐ際には新たなデータとメソッドを自由に追加できるので、派生オブジェクトの構成は既存内容+追加内容になる。既存オブジェクトは親オブジェクト、派生オブジェクトは子オブジェクトと呼ばれる。クラスベースのOOPでは、親をスーパークラス、子をサブクラスと呼ぶ。親オブジェクトの適用箇所は子オブジェクトで置き換えても結果が同一になることが求められており、これは[[リスコフの置換原則]]と呼ばれる。一つのスーパークラスを継承するのは単一継承と呼ばれる。複数個のスーパークラスを継承してそれぞれの構成内容を引き継ぐのは多重継承と呼ばれる。抽象化に注目した継承の方は{{仮リンク|インターフェース分離の原則|en|Interface segregation principle|label=}}に準じたものになり、[[統一モデリング言語|UML]]では実現と呼ばれるものになる。これは一定のオブジェクトに共通した振る舞い局面を抜き出して抽象化する仕組みを指し、その抽象化オブジェクトは[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]、[[トレイト]]、プロトコルと呼ばれる。 |
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=== 多態性 === |
=== 多態性 === |
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異なる種類のオブジェクトに同一の操作インターフェースを持たせる仕組みが多態性と呼ばれる。オブジェクト指向 |
異なる種類のオブジェクトに同一の操作インターフェースを持たせる仕組みが多態性と呼ばれる。オブジェクト指向視点の多態性は、クラスの派生関係またはオブジェクトの動的バインディングによって、同じメソッド名から呼び出されるプロセスが実行時に決まるという{{仮リンク|サブタイピング|en|subtyping|label=}}を指す。サブタイピングは{{仮リンク|仮想関数(OOP)|en|Virtual function|label=仮想関数}}、[[多重ディスパッチ]]、{{仮リンク|動的ディスパッチ|en|Dynamic dispatch|label=}}の三手法に分類される。最もよく知られる仮想関数は多態性と同義に説明される事が多い。'''仮想関数'''は、メソッドが所属するクラスの派生関係のみに焦点を当てたシングルディスパッチであり、スーパークラス[[関数プロトタイプ|抽象メソッド]]への呼び出しから、その実行時のサブクラス実装メソッドに多方向分岐させるプロセスを指す。その際は[[Vtable]]と呼ばれる[[関数へのポインタ]]に近い仕組みが用いられる。抽象メソッドの使用は[[依存性逆転の原則]]に準じたものである。抽象メソッドの定義を連結点にした具体メソッドの実装は[[開放/閉鎖原則|開放閉鎖の原則]]に準じたものであり、閉鎖=抽象は設計の不変性、開放=具体は実装の拡張性を表わす。'''多重ディスパッチ'''は、メソッドが所属するクラスの派生関係に加えて、メソッドの各引数のクラスの派生関係にも注目した形態である。各引数は実行時に[[ダウンキャスト|型ダウンキャスト]]されて、それらの引数型の組み合わせに対応したプロセスに分岐する。メソッド所属クラスの派生関係が絡まない場合は単一引数だとシングルディスパッチになる。多重ディスパッチの中でもプロセス分岐に関与するクラスが二つに限定されたものは[[ダブルディスパッチ]]と個別定義されている。'''動的ディスパッチ'''は、[[プロトタイプベース]]のOOPで用いられるものであり、オブジェクトのメソッド名のスロットに差し込まれるメソッドが実行中に随時切り替えられることで、そのメソッド名から呼び出されるプロセスは実行時に決まるという仕組みを指す。[[クラスベース]]のOOPでは、クラスの定義内容を操作できる[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]によってこれが再現される事もある。 |
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=== メッセージ |
=== メッセージパッシング === |
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{{Quotation|''I thought of objects being like biological cells and/or individual computers on a network, only able to communicate with messages.'' |
{{Quotation|''I thought of objects being like biological cells and/or individual computers on a network, only able to communicate with messages.'' |
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== 代表的なオブジェクト指向言語 == |
== 代表的なオブジェクト指向言語 == |
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オブジェクト指向言語は、[[抽象データ型]]の型コンストラクタの仕組みに倣った[[クラスベース]]、[[構造体|レコード]]への[[動的束縛|動的バインディング]]の仕組みに倣った[[プロトタイプベース]]、[[Smalltalk]]をルーツにした[[メッセージパッシング|メッセージ]]構文ベースの三タイプに分類されるのが一般的である。[[クラスベース]]では「C++」「Java」「C#」が代表的である。[[プロトタイプベース]]では「Python」「JavaScript」「Ruby」が有名である。[[メッセージパッシング|メッセージ]]構文ベースでは「Smalltalk」「Objective-C」「Self」などがある。言語仕様の中でオブジェクト指向の存在感が比較的高い代表的なプログラミング言語は以下の通りである。 |
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[[ファイル:History of object-oriented programming languages.svg|サムネイル|オブジェクト指向言語の系譜|リンク=Special:FilePath/History_of_object-oriented_programming_languages.svg|代替文=]] |
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オブジェクト指向を総体的または部分的にサポートする機能を備えたプログラミング言語の公開は、1980年代後半から目立ち始めている。オブジェクト指向言語の分類法は複数あるが、Smalltalkをルーツにする[[メッセージパッシング]]の構文が重視されているか否かでまず大別され、そうでないものはさらに[[クラスベース]]と[[プロトタイプベース]]で分けられる事が多い。 |
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[[クラスベース]]では「C++」「Java」「C#」「Swift」がその代表とされる。[[プロトタイプベース]]では「Python」「JavaScript」「Ruby」が有名である。[[メッセージパッシング|メッセージ構文]]重視では「Smalltalk」「Objective-C」「Self」などがある。言語仕様の中でオブジェクト指向の存在感が比較的高い代表的なプログラミング言語は以下の通りである。 |
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;[[Simula|Simula 67]] 1967年 |
;[[Simula|Simula 67]] 1967年 |
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:1962年に公開された[[Simula]]の後継版であり、[[クラス (コンピュータ)|クラス]]のプログラム概念を導入した最初の言語である。現実世界の擬似モデルを観測するシミュレーション・プログラム制作用に開発されたもので、クラスを |
:1962年に公開された[[Simula]]の後継版であり、[[クラス (コンピュータ)|クラス]]のプログラム概念を導入した最初の言語である。現実世界の擬似モデルを観測するシミュレーション・プログラム制作用に開発されたもので、クラスをメモリに展開したオブジェクトは、その観測対象要素になった。Simulaのクラスは、プロシージャに専用変数と専用サブルーチンを付与したミニモジュールと言えるものであったが、継承と仮想関数という先進的な設計を備えていた事でオブジェクト指向言語の草分けと見なされるようになった。[[クラスベース]]の源流である。 |
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;[[Smalltalk]] 1972年 |
;[[Smalltalk]] 1972年 |
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:[[メッセージパッシング]]のプログラム概念を導入した最初の言語。数値、真偽値、文字列から変数 |
:[[メッセージパッシング]]のプログラム概念を導入した最初の言語。数値、真偽値、文字列から変数、コードブロック、メタデータまでのあらゆる要素をオブジェクトとするアイディアを編み出した最初の言語でもある。オブジェクト指向という言葉はSmalltalkの言語設計を説明する中で生み出された。オブジェクトにメッセージを送るという書式であらゆるプロセスを表現することが目標にされている。[[メッセージ転送|メッセージレシーバー]]と[[委譲]]の仕組みは、形式化されてない動的ディスパッチと[[ダイナミックバインディング|動的バインディング]]相当のものであり[[プロトタイプベース]]の源流になった。専用のランタイム環境上で動作させる設計は、実行時多態性とセキュリティにも繋がるモニタリングを実現した。これは後に[[仮想マシン]]や[[仮想実行システム]]と呼ばれるものになる。 |
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;[[C++]] 1983年 |
;[[C++]] 1983年 |
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:[[C言語]]に[[クラスベース]]のオブジェクト指向を追加したもの。Simulaの影響を受けている。[[静的型付け]]の[[クラス (コンピュータ)|クラス]] |
:[[C言語]]に[[クラスベース]]のオブジェクト指向を追加したもの。Simulaの影響を受けている。[[静的型付け]]の[[クラス (コンピュータ)|クラス]]が備えられて、カプセル化、継承、多態性の三仕様を実装している。カプセル化はフレンド指定で寛容化されている。継承は多重可能であり継承の可視性も指定できる。多態性は[[仮想関数]]によるサブタイピング、[[テンプレート (プログラミング)|テンプレートクラス&関数]]によるパラメトリック多相、[[多重定義|関数&演算子オーバーロード]]によるアドホック多相が導入されている。元がC言語であるため、オブジェクト指向から逸脱したコーディングも多用できる点が物議を醸したが、その是非はプログラマ次第であるという結論に落ち着いた。 |
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;[[Objective-C]] 1984年 |
;[[Objective-C]] 1984年 |
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:[[C言語]]に[[メッセージパッシング|メッセージ |
:[[C言語]]に[[メッセージパッシング|メッセージ]]構文ベースのオブジェクト指向を追加したもの。こちらはSmalltalkの影響を受けており、それに準じた[[メッセージパッシング]]の書式が備えられた。メッセージを受け取るクラスの定義による[[静的型付け]]と共に、メッセージを[[委譲]]するオブジェクトの実行時決定による[[動的型付け]]も設けられている。オブジェクト指向的にはC++よりも正統と見なされた。[[制御構造|制御構造文]]が追加され、メッセージを送る書式も平易化されており、Smalltalkよりも扱いやすくなった。 |
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;[[Object Pascal]] 1986年 |
;[[Object Pascal]] 1986年 |
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:[[Pascal]]にクラスベースのオブジェクト指向を追加したもの。厳格なカプセル化、単一のみの継承、仮想関数と多重実装可な[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]による多態性といった基本に忠実な静的型付け重視である。[[多重定義|関数&演算子オーバーロード]](アドホック多相)と[[ジェネリックプログラミング|ジェネリクス]](パラメトリック多相)は除外された。 |
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:[[Pascal]]にクラスベースのオブジェクト指向を追加したもの。 |
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;[[Eiffel]] 1986年 |
;[[Eiffel]] 1986年 |
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:[[Pascal]]にクラスベースのオブジェクト指向を追加した |
:[[Pascal]]にクラスベースのオブジェクト指向を追加した[[静的型付け]]重視の言語。[[契約プログラミング]]を理念にしている。[[多重定義]]抑制方針を強調しており、[[多重定義|関数&演算子オーバーロード]]は除外されたが、[[ジェネリックプログラミング|ジェネリッククラス]]は相反しないものとして導入されている。同方針による単一定義化ルールで多重継承が採用されている。継承間で名前衝突する全メンバは、オーバーライド、実体延期、リネーミングの各指定による事前解決が必須である。リネーミングは名前衝突するメンバを任意の名義で単一化する機能である。Eiffelではメンバ名の重複を無くすことで[[菱形継承問題]]を解決している。[[ガーベジコレクション]]機能が初めて導入されたオブジェクト指向言語でもある。 |
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;[[Self]] 1987年 |
;[[Self]] 1987年 |
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:メッセージ構文 |
:[[メッセージパッシング|メッセージ]]構文ベースのオブジェクト指向言語。標準配備のオブジェクトを複製して、そのスロットに任意のプロパティとメソッドを[[ダイナミックバインディング|動的バインディング]]できるという[[プロトタイプベース]]を初めて導入したオブジェクト指向言語でもある。ゆえに[[動的型付け]]重視である。Smalltalkと同様に専用のランタイム環境で実行されたが、これも実用面では初となる[[実行時コンパイラ]](''just-in-time compiler'')機能が備えられて速度面でも画期的なものになった。 |
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;[[CLOS]] 1988年 |
;[[CLOS]] 1988年 |
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:[[Common Lisp]]に[[プロトタイプベース]]に似たオブジェクト指向を追加したもの。データオブジェクトとメソッドオブジェクトに分離されており、前者のスロットには任意の変数を、後者のスロットには任意の関数を[[ダイナミックバインディング|動的バインディング]]できる動的型付け重視である。動的型付けのデータオブジェクトを引数にしたメソッドによる[[多重ディスパッチ]]が重視されている。 |
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:[[Common Lisp]]にクラスベースのオブジェクト指向を追加したもの。 |
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;[[Python]] 1994年 |
;[[Python]] 1994年 |
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:[[プロトタイプベース]]と[[クラスベース]]の双方を兼ねたオブジェクト指向スクリプト言語。 |
:[[プロトタイプベース]]と[[クラスベース]]の双方を兼ねたオブジェクト指向スクリプト言語。静的型付けのクラスと動的型付けのインスタンスが併用されているが、後者の動的バインディングの比重が大きめである。[[ダックタイピング]]を重視する方針により型宣言制約が撤廃されている。多態性は動的ディスパッチを中心にし、メソッドシグネチャと[[関数プロトタイプ]]を操作できる[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]によって更に柔軟性が図られている。これらにより動的型付け重視である。ジェネリッククラスとジェネリック関数も導入されており、動的な柔軟性と静的な多様性の双方を使い分けられる。言語仕様を比較的簡素化し、[[インタプリタ]]式動作なので堅牢性も高い。 |
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;[[Java]] 1995年 |
;[[Java]] 1995年 |
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:[[C++]]をモデルにしつつ堅牢性とセキュリティを重視したクラスベースのオブジェクト指向言語。 |
:[[C++]]をモデルにしつつ堅牢性とセキュリティを重視した[[クラスベース]]のオブジェクト指向言語。静的型付け重視である。パッケージ中心のカプセル化、単一のみの継承、仮想関数と多重実装可な[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]による多態性と、基本に忠実なクラスベースである。[[多重定義|メソッドオーバーロード]]と、クラスメタデータを操作できる[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]は初期から採用された。データコンテナ系のクラスと関数型インターフェースなどに限ってジェネリッククラスが導入されている。C++の[[ポインタ (プログラミング)|ポインタ]]と値型インスタンスと[[演算子オーバーロード]]は真っ先に除外され、[[例外処理]]は残された。[[仮想マシン]]上で実行される。[[仮想マシン]]と[[ガーベジコレクション]]の技術は比較的高度と見なされている。 |
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;[[Delphi]] 1995年 |
;[[Delphi]] 1995年 |
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:[[Object Pascal]]を発展させたもので |
:[[Object Pascal]]を発展させたもの。それと同様にこちらも基本に忠実なクラスベースで静的型付け重視であった。当初はデータベース操作プログラム開発を主な用途にして公開された。クラスとレコード([[構造体]])に同等の比重が置かれていた。一時期Javaの対抗馬になった。 |
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;[[Ruby]] 1995年 |
;[[Ruby]] 1995年 |
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:[[Python]]を意識して開発されたオブジェクト指向スクリプト言語。日本で誕生してグローバル化したプログラミング言語である。動的型付けを重視している。 |
:[[Python]]を意識して開発されたオブジェクト指向スクリプト言語。日本で誕生してグローバル化したプログラミング言語である。[[Smalltalk]]流のオブジェクト指向を一つの理想にして動的型付けを重視している。様々なパラダイム、様々な言語から有用なプログラミング手法を集めた技のデパートのような言語である。 |
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;[[JavaScript]] 1996年 |
;[[JavaScript]] 1996年 |
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:[[ウェブアプリケーション|WEBアプリケーション]]開発を主な |
:[[Smalltalk]]の思想を受け継いでデザインされたオブジェクト指向スクリプト言語。当初は[[ウェブアプリケーション|WEBアプリケーション]]開発を主な用途にして公開された。[[プロトタイプベース]]であり、オブジェクトを純然たるスロットの集合体として定義している。スロットにはプロパティとメソッドが[[ダイナミックバインディング|動的バインディング]]され、[[ダックタイピング]]で型識別される。この仕組みによる[[動的な型付け|動的型付け]]が本命にされて、[[プリミティブ型]]以外の[[静的型付け]]が放棄されている。オブジェクトはプロトタイプのクローンであり、そのプロトタイプで分類される。プロトタイプの方は継承で体系化されている。[[ECMAScript]]として標準化されている。2015年版からは[[クラスベース]]向けの構文もサポートするようになった。 |
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;[[C Sharp|C#]] 2000年 |
;[[C Sharp|C#]] 2000年 |
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:[[Java]]を強く意識してマイクロソフト社が開発したクラスベースのオブジェクト指向言語。 |
:[[Java]]を強く意識してマイクロソフト社が開発したクラスベースのオブジェクト指向言語。C++のクラスの性質を残しながらマルチパラダイムに発展させている。拡張メソッドや演算子オーバーロードなどのアドホック多相的なコーディングサポートが豊富である。パラメトリック多相は型変数の[[共変性と反変性 (計算機科学)|共変性と反変性]]、型引数への型制約指定を備えている。サブタイピングは、クラスは単一継承でインターフェースは多重実装と基本通りである。数々の[[関数型言語|関数型プログラミング]]機能も導入されている。基本は[[静的型付け]]であるが、動的束縛型(dynamic型)と[[ダックタイピング]]による[[動的型付け]]の存在感が高められているので、漸進的型付けの言語と見なされている。[[.NET Framework]]([[共通言語基盤]]=仮想実行システム)上で実行される。 |
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;[[Scala]] 2003年 |
;[[Scala]] 2003年 |
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:[[クラスベース]]のオブジェクト指向と[[関数型プログラミング]]を融合させた言語。[[抽象データ型]]と、関数型の[[型システム]]に同等の比重が置かれており静的型付け重視である。パラメトリック多相とサブタイピングを連携させたバリアンスによる多態性が重視されている。型変数の継承関係による[[共変性と反変性 (計算機科学)|共変性と反変性]]で結ばれた[[トレイト]]の実装により[[派生型|派生型付け]]されたオブジェクトは立体的に体系化される。トレイトは多重実装できる。型引数はアドホック多相に該当する型境界で制約されて静的な型チェックをサポートする。[[ジェネリクス]]と[[ミックスイン]]に分類されるトレイトの共存は[[ダックタイピング]]による型識別で実現されている。[[イミュータブル]]なオブジェクト生成と、オブジェクトの[[パターンマッチング]]式の導入も特徴である。 |
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:クラスベースのオブジェクト指向と関数型プログラミングを連携させた言語。オブジェクトは関数の引数または返値として扱われる対象データ存在になるだけでなく、オブジェクトにもラムダ計算的解釈が適用できるので主体的な評価式存在にもなれる。関数、オブジェクト、オブジェクトメソッドの三者にそれぞれ高階関数、第一級関数、評価式の役割を自在に演じさせてモナド的な関数連鎖を織りなす柔軟なプログラミングが可能である。結果的に関数型と抽象データ型の親和性を世に証明する言語になった。 |
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;[[Kotlin]] 2011年 |
;[[Kotlin]] 2011年 |
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:[[Javaバイトコード]]を出力し、[[Java仮想マシン]]上で動作するJavaテクノロジ |
:[[Javaバイトコード]]を出力し、[[Java仮想マシン]]上で動作するJavaテクノロジ互換言語である。グローバル関数、グローバル変数の使用も容認されており、オブジェクト指向プログラミングを手続き型プログラミングのスタイルに崩したかのようにデザインされている。静的型付け重視である。 |
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;[[TypeScript]] 2012年 |
;[[TypeScript]] 2012年 |
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:[[JavaScript]]を強く意識してマイクロソフト社が開発したオブジェクト指向スクリプト言語。 |
:[[JavaScript]]を強く意識してマイクロソフト社が開発したオブジェクト指向スクリプト言語。JavaScriptのプログラムを静的型付けで補完した言語である。[[クラスベース]]向けの構文と、[[関数型プログラミング]]の[[型システム]]のスタイルが加えられている。特に後者の性質が強調されている事から静的型付け重視である。継承構造によるサブタイピングはほぼ除外されており、パラメトリック多相とアドホック多相で[[抽象データ型]]を扱うという静的な型注釈とジェネリクス重視の言語設計になっている。オブジェクト指向ではあるが関数型の性格が強めである。 |
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;[[Swift (プログラミング言語)|Swift]] 2014年 |
;[[Swift (プログラミング言語)|Swift]] 2014年 |
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:[[Objective-C]]を発展させたものであるが、メッセージ構文は破棄されており、クラスベースのオブジェクト指向になっている。単一継承が採用されているが可視性にプロテクト指定が無いので縦の継承は軽視されている。代わりに[[ミックスイン]]に分類されるプロトコルの多重実装を重視している。プロトコルで特徴付けられる[[インスタンス]]の性質は[[ダックタイピング]]で識別され、コンパイル時と実行時双方の識別を使い分けられる。多態性では動的束縛型(Opaque型)が重視されており、[[静的型付け]]のクラスと[[動的型付け]]の動的束縛型を併用する漸進的型付けの言語と言える。ジェネリクスも導入されている。 |
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:最新スタイルのマルチパラダイムプログラミング言語。オブジェクト指向はクラスベースで静的型付け重視である。 |
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== 用語と解説 == |
== 用語と解説 == |
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=== クラス === |
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{{main|クラス (コンピュータ)}} |
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==== クラスベース ==== |
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{{main|クラスベース}} |
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'''クラス''' (class) は大多数のオブジェクト指向プログラミング言語で提供されている仕組みであり、上記の機能のほとんど全てに関わりがある。概念的にはクラスはオブジェクトの種類を表す。このためオブジェクトはクラスに'''属する'''という言い方をする。あるクラスに属するオブジェクトのことをそのクラスの'''インスタンス''' (instance) と呼ぶ。[[データ型]]の理論から見た場合クラスは型を定義する手段の一つである。クラスによってオブジェクトを記述する言語を'''[[クラスベース]]''' ({{Lang|en|class-based}}) のオブジェクト指向プログラミング言語と呼ぶ。 |
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==== [[クラス (コンピュータ)|クラス]] ==== |
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ハイブリッド型オブジェクト指向プログラミング言語では在来の[[データ型#レコード型|レコード型]](Cでは[[構造体]])の構文を拡張してクラスの定義を行うようにしたものが多い。 |
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クラスの仕組みを中心にしたオブジェクト指向を[[クラスベース]]と言う。クラスはデータメンバとメソッドをまとめたものであり、[[プログラム意味論|セマンティクス]]を付加された静的[[構造体|レコード]]とも解釈される。ここでのセマンティクスとはデータの用法を表わすメソッドを指す。クラスはインスタンスのひな型になる。クラスはカプセル化、継承、多態性の三機能を備えていることが求められている。カプセル化はデータメンバとメソッドの可視性を指定する機能である。継承は自身のスーパークラスを指定する機能である。多態性はメソッドの抽象化と[[仮想関数テーブル]]を処理する機能である。コンストラクタとデストラクタの実装も必要とされている。前者はインスタンス生成時に、後者はインスタンス破棄時に呼び出されるメソッドである。 |
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==== プロトタイプオブジェクト ==== |
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多くのオブジェクト指向プログラミング言語ではクラスを'''[[#データ・メンバ|データメンバ]]'''と'''[[#メソッド|メソッド]]'''の集まりとして記述する。平たく言えばデータ・メンバの集まりはオブジェクトが保持するデータの形式を定め、各メソッドはそれぞれオブジェクトが処理する特定のメッセージの処理方法を定める。しばしばデータ・メンバとメソッドには個別に[[オブジェクト指向プログラミング#アクセス権|アクセス権]]が設定できるようになっていて、そのクラスに属するオブジェクトが内部的に利用するものと他のクラスに属するオブジェクトに公開するものを分類できるようになっている。多くの場合、公開されたメソッドの集まりは全体として処理可能なメッセージのカタログの機能、即ち[[インタフェース (情報技術)|インタフェース]]を提供する。各言語によって異なるが特定の名前のメソッドを定めて、オブジェクトの生成や初期化時の処理、廃棄時の処理などを記述できるようにすることも多い。 |
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プロトタイプの仕組みを中心にしたオブジェクト指向を[[プロトタイプベース]]と言う。プロトタイプベースで言われるオブジェクトとは、中間参照ポインタの動的配列を指す。この動的配列は一般にフレームと呼ばれる。中間参照ポインタは一般にスロットと呼ばれる。スロットにはデータメンバとメソッドの参照が代入されるので、オブジェクトはクラスと同様にデータメンバとメソッドをまとめたものになる。オブジェクトはプロトタイプオブジェクトとオブジェクトに分かれる。前者はクラス、後者はインスタンスに当たるものである。前者はシステム提供プロトタイプとユーザー定義プロトタイプに分かれる。プログラマはシステム提供プロトタイプを派生させてユーザー定義プロトタイプを作成する。プロトタイプには、規定の設計に基づいたデータメンバ参照とメソッド参照が代入されており、オブジェクトのひな型になる。プロトタイプは親プロトタイプ参照用スロットを保持しており、これは継承と類似の機能になる。プロトタイプを複製する形式でオブジェクトは生成される。オブジェクトは複製元プロトタイプと同じデータメンバとメソッドを保持しているが、生成後は任意のデータメンバとメソッドを自由に付け替えできる。これは[[ダイナミックバインディング|動的バインディング]]と呼ばれる。オブジェクトは複製元プロトタイプ参照用スロットを保持している。複製元プロトタイプからその親プロトタイプを辿れる参照のリンクによってオブジェクトは一定の体系化がなされている。 |
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====[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージ]]==== |
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多くの言語でクラスは言語の要素として直接実現されているが、これは実行効率のためであり、そのように実現することが必須というわけではない。実際、各クラスをそれぞれオブジェクトとして提供する言語も存在する(例:[[Smalltalk]])。このような言語ではある種の'''[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]''' (reflection) が可能となる。即ち必要があればプログラムで実行時にクラスの動作を変更することが可能である。これは非常に大きな柔軟性を提供するが、[[処理系|言語処理系]]による最適化が難しいため実行効率は低下することが多い。{{いつ範囲|date=2019年2月|近年}}では柔軟性と効率性を両立させるために基本的に言語要素としてクラスを提供した上で、リフレクション機能が必要なプログラムに対しては必要に応じて各クラスに対応するクラス・オブジェクトをプログラムが獲得できるようにしている言語が現れてきている。(例:JavaのリフレクションAPI) |
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オブジェクト指向で言われるメッセージは、複数の方面の考え方が混同されている曖昧な用語になっている。元々はSmalltalkから始まったメッセージ構文ベースのオブジェクト指向の中心機構である。以前はクラスベースの方でもメソッドの呼び出しをメッセージを送るという風に考えることが推奨されていた。メッセージはオブジェクトのコミュニケーションと標榜されているが、その明確な利点はそれほど知られていないのが実情である。最も混同されているものに[[アクターモデル]]があるが、そこで言われる非同期性とオブジェクト指向で言われる評価の遅延性は似て異なるものである。コンポーネント準拠ソフトウェア工学と[[Object Request Broker|オブジェクトリクエストブローカー]]で言われる[[ソフトウェアコンポーネント]]同士の通信もメッセージパッシングと呼ばれることが多いが、その仕様と機能は動的ディスパッチに該当するものである。メッセージのオブジェクト指向的運用はメッセージングと名付けられている。その具体的な機能例は、Smalltalk、Objective-C、Selfの[[メッセージ転送|メッセージレシーバー]]と、Rubyのメソッドミッシングであるが、いずれもメッセージングの本質ではないとも言われている。 |
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==== [[インスタンス]] ==== |
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クラスベースではクラスを実体化したものであり、実装レベルで言うとデータメンバと仮想関数テーブルをメモリ上に展開したものになる。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトのクローンで生成されたオブジェクトを指す。実装レベルで言うとメモリ上に展開された中間参照ポインタの動的配列になる。 |
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{{main|プロトタイプベース}} |
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クラスは非常に多くのオブジェクト指向プログラミング言語で提供されている機能ではあるが、オブジェクト指向プログラミング言語に必須の機能というわけではない。実際にオブジェクトの管理や、データ・メンバや[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]の記述、[[継承 (プログラミング)|継承]]に際してクラスという仕組みに依存せずに、もしくはクラスという仕組み自体を持たずに別の手段でこれらを実現している言語も存在する。このような言語を'''[[プロトタイプベース|インスタンスベース]]''' (''{{Lang|en|instance-based}}'')、'''オブジェクトベース''' (''object-based'') あるいは'''プロトタイプベース''' (''{{Lang|en|prototype-based}}'') のオブジェクト指向プログラミング言語と呼ぶ。インスタンスベースまたはそれに類するオブジェクト指向プログラミング言語には以下のようなものがある: |
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====[[フィールド (計算機科学)|データメンバ]]==== |
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*[[Self]] |
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クラスまたはオブジェクトに属する変数。言語によってフィールド、プロパティ、メンバ変数と呼ばれる。データメンバは、クラスデータメンバとインスタンスデータメンバに分かれる。クラスデータメンバは静的データメンバとも呼ばれる。その中で定数化されたものはクラス[[定数 (プログラミング)|定数]]と呼ばれる。クラスデータメンバはクラス名の名前空間でスコープされたグローバル変数と同じものであり、プログラム開始時から終了時まで確保される。インスタンスデータメンバはインスタンス生成時にメモリ上に確保されるものであり、その破棄時に消滅する。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトが保持する特定のデータメンバが静的データメンバに該当するものになる。 |
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*[[JavaScript]] |
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*[[NewtonScript]] |
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*[[ドリトル (プログラミング言語)|ドリトル]] |
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* Squeak [[Etoys|eToys]]([[Squeak]]の非開発者向けビジュアルスクリプト言語。SqueakToys とも) |
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==== [[メソッド (計算機科学)|メソッド]] ==== |
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なお、クラスベースの言語とインスタンス・ベースの言語との間には明確な境界線はない。たとえば、インスタンス・ベースの代表格ともいえる Self には、traits と呼ばれるクラスのような仕組みが追加されているし、JavaScript、NewtonScript に至っては traits 類似の仕組みを「クラス」と呼称している。また逆に、クラスベースの言語でもクローンを行うメソッドを備え、委譲の仕組みを記述すればある程度はインスタンス・ベースのスタイルでプログラムを記述できる。 |
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クラスまたはオブジェクトに属する関数。言語によってはメンバ関数とも呼ばれる。メソッドは、クラスメソッドとインスタンスメソッドに分かれる。クラスメソッドは静的メソッドとも呼ばれる。クラスメソッドはクラス名の名前空間でスコープされたグローバル関数と同じものである。インスタンスメソッドを呼び出すには、そのメソッドが属するインスタンス参照が必要になる。これはthisインスタンスと呼ばれる。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトが保持する特定のメソッドが静的メソッドに該当するものになる。 |
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==== [[コンストラクタ]]==== |
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インスタンス・ベースの言語ではオブジェクトの生成は既存のオブジェクト、特に'''プロトタイプ'''({{Lang|en|prototype}}、原型)と呼ばれるオブジェクトからのクローンによって行われる。当然、一群のクローンはその親、ひいてはプロトタイプと同一の種類のオブジェクトと見なされる。メソッドはプロトタイプ・オブジェクトに属し、メッセージは委譲によってそのオブジェクトが覚えているコピー元へ向かってプロトタイプまで順にメッセージが中継されてから処理される。新しい種類のオブジェクトが必要な場合は適当なオブジェクトをクローンした後で必要なデータ・メンバやメソッドを追加あるいは削除し新たなプロトタイプとすることで行われる。追加されたのでないメソッドに対応するメッセージについてはコピー元のオブジェクトに処理を委譲する。 |
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インスタンス生成時に呼び出されるそのクラスのメソッドである。インスタンスデータメンバを任意の値で初期化するためのものであるが、その他の初期化コードも記述できる。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトと同名のグローバル関数として存在している。 |
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==== [[デストラクタ]] ==== |
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クラスベースの言語との関係について考えてみると、クローンはプロトタイプと同一の「クラス」に属すると見なし、データ・メンバやメソッドが追加・削除されてあらたなプロトタイプが作られると別の「クラス」が内部的に生成されると考えることができる。ここでデータ・メンバやメソッドの追加のみを許して削除を許さないよう制限すればクローンの「クラス」がその親の「クラス」を継承した場合と同等になる。このためメッセージが委譲の連鎖をたどって配送されるという効率上の問題を無視すれば理論上、インスタンス・ベースの言語の記述能力はクラス・ベースの言語を包含していると言える。ただ、インスタンス・ベースの言語でも実行効率上の問題からなんらかのクラスに似た仕組みを備えている場合が多い。 |
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インスタンス破棄時に呼び出されるそのクラスのメソッドである。インスタンス破棄の影響を解決する任意の後始末コードを記述できる。インスタンスの破棄は占有メモリの解放を意味する。なお、ガーベジコレクタ実装言語ではファイナライザになっている事がある。プログラマが呼び出すデストラクタの方はその終了がメモリ解放に直結してるのに対し、ガーベジコレクタが呼び出すファイナライザの方はそうではない。 |
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==== アクセスコントロール ==== |
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カプセル化に基づくデータメンバとメソッドの可視性を決定するものである。可視性はプライベート、プロテクト、パブリックの三種が基本である。プライベートは同クラス内のみ、プロテクトは同クラス内と派生クラス内のみ、パブリックはどこからでもアクセス可能である。 |
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'''データメンバ''' ({{Lang|en|data member}}) は、他のオブジェクトに対する[[参照 (情報工学)|参照]]や[[ポインタ (プログラミング)|ポインタ]]であるか、他のオブジェクトそのものである。参照かポインタである場合にはそのデータメンバの参照するのはデータメンバが記述されているクラスそのもののインスタンスに対する参照であっても良い。 |
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==== [[インタフェース (抽象型)|インターフェース]] ==== |
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一般にデータメンバは'''インスタンスデータメンバ'''('''[[インスタンス変数|インスタンスフィールド]]''')と'''クラスデータメンバ'''('''静的変数''')の2種類に大別できる。効率上の観点から言語が提供する基本オブジェクトの定数を表すデータメンバは特別扱いされる。そのような定数を表すデータメンバを特に'''定数データメンバ''' ({{Lang|en|constant data member}}) と呼ぶ。データメンバは[[C++]]などの言語では'''メンバ変数''' ({{Lang|en|member variable}})、[[Java]]などでは'''フィールド'''と呼ばれることがあり、[[統一モデリング言語|UML]]では[[属性]]と呼ばれる。 |
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プログラム概念と機能名の双方を指す用語である。言語によってはプロトコルと言われる。抽象メソッドと具象メソッド(実装内容付き)で構成される純粋~半抽象クラスを意味する。クラスの振る舞い局面を抽出したものであり、[[統一モデリング言語|UML]]では実現と言われる。クラスによるインターフェースの継承は実装と呼ばれる。多重実装可が普通である。ミックスインとの違いは、抽象階層に焦点が当てられている事であり、直下の実装オブジェクトを共通の振る舞い局面でまとめることがその役割である。インターフェースは自身の実装オブジェクトをグループ化できる。{{仮リンク|指名的型付け|en|Nominal type system|label=}}に準拠しているのでインターフェース名という文脈自体が振る舞い局面の識別基準になる。インターフェースは抽象メソッド主体なので多重継承時のメンバ名の重複はあまり問題にならない。共通の実装メソッドに集約されるからである。インターフェースはインスタンス化されない。 |
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==== [[ミックスイン]] ==== |
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'''インスタンスデータメンバ'''{{main|インスタンス変数}} |
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インターフェースに似たプログラム概念を指す用語である。機能名は言語によって[[トレイト]]またはプロトコルと言われる。抽象&具象メソッドとデータメンバで構成される継承専用クラスを意味する。クラスを特徴付けるための装飾部品である。クラスによるトレイトの継承は実装と呼ばれる。多重実装可が普通である。インターフェースとの違いは、トレイトの実装階層に焦点が当てられている事であり、オブジェクトを所有メンバで特定してまとめることがその役割である。トレイトは自身の[[上位集合]]であるオブジェクトをグループ化できる。{{仮リンク|構造的型付け|en|Structural type system|label=}}に準拠しているので所属メンバ構成自体がトレイト等価性の識別基準になる。これはトレイト実装を明記してなくても、そのトレイトが内包する全メンバを所持していれば同じトレイトと見なされることを意味する。トレイトは多重継承時のメンバ名重複の際にその参照の優先順位に注意する必要が出てくる。トレイトはインスタンス化されない。 |
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インスタンスデータメンバ(一般に単にデータメンバと言われる場合はこちら)はそのクラスのインスタンス各々に保持される。インスタンスデータメンバの集まりはそのクラスのインスタンスが保持するデータの形式を定める。インスタンスデータメンバは単にデータメンバと呼ばれることも多い。 |
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====[[メタクラス]]==== |
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[[Smalltalk]]では'''[[インスタンス変数]]''' ({{Lang|en|instance variable}}) と呼ばれる。 |
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(''metaclass'')とはクラスを定義しているクラスであるが、その実態はシステム側が用意している特別なシングルトンオブジェクトと考えた方が分かりやすい。システム内のクラス定義情報をクラスに見立てて、それをインスタンス化したものである。慣例的にこれをメタクラスと呼ぶ。メタクラスはクラスのデータメンバとメソッドの定義情報を指し、それを操作する機能はリフレクションと呼ばれる。クラスベースで用いられるものである。 |
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==== [[リフレクション (情報工学)|リフレクション]] ==== |
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==== クラスデータメンバ ==== |
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(''reflection'')はクラスの定義情報を変更する機能であるが、言語ごとに変更できる定義情報の範囲は異なっている。データメンバではデータ型、識別子、可視性が変更対象になる。メソッドではリターン型、識別子、パラメータリスト、可視性、仮想指定が変更対象になる。双方の追加定義と削除もできる事がある。スーパークラスも変更できる事がある。また、実行時の文字列(char配列やString)をデータメンバとメソッドの識別子として解釈できる機能もリフレクションに当たる。これは実行時の文字列によるデータメンバの参照とメソッドの呼び出しを可能にする。 |
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{{main|クラス変数}} |
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クラスデータメンバはそのクラスオブジェクトとインスタンスオブジェクトの間で共有されるデータである。 |
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==== 遅延バインディング ==== |
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[[Smalltalk]]ではクラスデータメンバは'''[[クラス変数]]''' ({{Lang|en|class variable}}) と呼ばれる。また、[[C++]]・[[Java]]では歴史的事情によりクラスデータメンバは'''静的データメンバ''' ({{Lang|en|static data member}})、'''静的変数''' (static variable)、'''静的フィールド''' ({{Lang|en|static field}}) と呼ばれる。ただし、Smalltalkのクラス変数はC++やJavaのクラス変数とは異なる。Smalltalkにおいて、C++やJavaのクラス変数と同等となる変数は'''プール辞書''' ({{Lang|en|pool dictionary}}) と呼ばれる。 |
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(''late binding'')はやや[[ランタイム環境]]寄りのプログラム概念であり、リフレクション機能を通して実装される。抽象化された型に対して、実行時の文字列(char配列やString)を内部識別子に解釈し、コンパイル時には認識されていなかったオブジェクトをローディングして代入する流れを指す。オブジェクトの呼び出しが、[[ダイナミックリンクライブラリ|DLL]]やクラスライブラリの動的ローディングに繋がることが遅延バインディングと呼ばれる基準になる。[[ストアドプロシージャ]]の動的ロード、代入、呼び出しもそれに当たる。ローディング基準が外される例では、プログラム内でデータとして扱われている[[コードブロック]]を関数の型に代入して呼び出すという仕組みがある。そのコードブロックは文字値と数値の混合配列であり、リフレクション機能を利用して実行する。 |
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==== 動的ディスパッチ ==== |
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(''dynamic dispatch'')はメソッドの呼び出しを受けるオブジェクトの側に焦点を当てたプログラム概念である。一般的なローカルメソッドでは、識別子にマッピングされている実行時の参照が指すメソッド実体を呼び出す仕組みを意味する。参照が指す先はプログラム実行中に随時変更されるのでコンパイル時には当然特定できない。この参照の変更は動的バインディングと呼ばれる。リモートメソッドでは、受け取ったバイトデータ列を解釈しリフレクション機能でメソッドを呼び出す仕組みを意味する。受信側の実行時状態による選択が加えられる事もある。始めのアクセスで所有メソッドリストを呼び出し側に送り、無駄なエラーリクエストを無くす仕組みと併用される事が多い。 |
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'''[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]''' ({{Lang|en|method}}) は特定の種類のメッセージの処理方法を記述したものである。メソッドも[[メソッド (計算機科学)#インスタンスメソッド|インスタンス・メソッド]]と[[メソッド (計算機科学)#静的メソッド|クラス・メソッド]]の2種にできる。インスタンス・メソッドはそのクラスの各インスタンスオブジェクトを操作し、クラス・メソッドはクラスオブジェクトを操作する。メソッドとの集まりはそのクラスのオブジェクトが処理可能なメッセージのカタログの機能を果たす。 |
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一例として、[[C++]]では、メソッドは'''メンバ関数''' ({{Lang|en|member function}}) や'''関数メンバ''' (function member) と呼ばれる。これはC++が[[グローバル関数]]との区別をつけることと、クラスを[[抽象データ型]]の拡張と位置づけ、非メッセージメタファな言語思想を持っているためである。これら言語ではメソッドをオブジェクト(=クラスやインスタンス)の持ち物として捉えず、クラスに定義された機能要素であると考える。メッセージメタファを否定するため、同時にメッセージを実行するメソッド(手法)ではありえない。 |
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==== クラスメソッド ==== |
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[[メソッド (計算機科学)#静的メソッド|クラス・メソッド]]だが、オブジェクト指向の本義に立ち返れば、クラス・メソッドがあるということはクラスがメッセージをレシーブできるという事になる。クラスがメソッドを持つことは便利だが、クラスをオブジェクトとすると実行効率に劣るため、双方の利点を享受できるこのような折中的仕様を取る言語は多い。 |
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C++ではクラスはオブジェクトでは無いが、一方でクラスに属するメソッドは存在する。[[Eiffel]]ではクラスはオブジェクトでは無いためクラスのメソッドであるクラス・メソッドは存在しない。[[Smalltalk]]ではクラスもオブジェクトの一種であるため当然クラスはメソッドをもつ。 |
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クラス・メソッドは、C++では'''静的メンバ関数''' ({{Lang|en|static member function}}) と呼ばれる。これはクラスがオブジェクトでない言語にとってはクラス・メソッドより正確な表現であり適切である。("static" とはCの'''static変数'''に由来し'''auto変数'''の対語である。関数コールによりスタック上に生成される関数インスタンスに依存しない変数と、インスタンス生成有無にかかわらず実行できる関数の類似による。)Javaではクラス・メソッドは'''静的メソッド''' ({{Lang|en|static method}}) とも呼ばれることもある。 |
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==== コンストラクタとデストラクタ ==== |
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初期化に利用されるメソッドを'''[[コンストラクタ]]'''あるいは'''構築子''' ({{Lang|en|constructor}})、廃棄時に利用されるメソッドを'''[[デストラクタ]]'''と呼んで特別に扱うことが多い。コンストラクタが初期化だけを担う場合はイニシャライザあるいは初期化子 ({{Lang|en|initializer}}) と呼ばれることもある。Javaはオブジェクトの寿命管理に[[ガベージコレクション]]を用いるため、デストラクタをサポートしない。ただし、オブジェクトがガベージコレクションによって破棄されるときに呼び出される'''[[ファイナライザ]]''' ({{Lang|en|finalizer}}) をサポートし、{{Javadoc:SE|name=Object#finalize()|java/lang|Object|finalize()}}メソッドがその役割を果たす。ただし、ファイナライザはC++のデストラクタと違ってユーザーコードで明示的に呼び出すことはできない。ファイナライザが呼び出されるタイミングをプログラマが制御することはできず、最終防壁(フェイルセーフ)としての役割しか持たないため、Javaにおけるファイナライザは本当に必要でない限り使用するべきではない。C#もファイナライザをサポートする(構文はC++のデストラクタに似ており、かつてはデストラクタと呼ばれていたが、役割はJavaのファイナライザと同じである)。 |
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[[データ型]]の理論においては保持されるデータが必ずその型で認められる正しい値の範囲に収まることを保証するため、生成されるオブジェクトのデータ・メンバが必ず適切なコンストラクタによって初期化されるように求める。またオブジェクトが入出力機器や[[ファイル (コンピュータ)|ファイル]]や通信、[[プロセス]]や[[スレッド (コンピュータ)|スレッド]]、[[ウィンドウ]]と[[ウィジェット (GUI)|ウィジェット]]など[[ハードウェア]]や[[オペレーティングシステム]] (OS) が提供する資源を管理するために利用される場合に、コンストラクタやデストラクタでそれらの資源の使用開始(オープン処理)や使用終了(クローズ処理)をそれぞれ管理し、通常のメソッドでそれらにまつわる各種サービスを提供するようにすることで、それらのリソースがあたかもプログラム中のオブジェクトであるかのように自然に取り扱うことができるようになる([[RAII]])。 |
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C++やJavaなどでは、コンストラクタはクラスと同じ名前を持ち、戻り値を持たないメソッドとして定義される。C++では一部のコンストラクタは[[型変換演算子]]として、また[[暗黙の型変換]]にも利用される。 |
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==== メタクラス ==== |
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動的型付けを採用するオブジェクト指向言語の多くは、クラスより生成するインスタンスの他に[[メタクラス]]という機能を持ちクラス自体をオブジェクトとして扱うことが出来る。このためオブジェクトには、インスタンスオブジェクトとクラスオブジェクトという2種類のオブジェクトが存在する。Java等クラスオブジェクトを持たない言語の文化圏では、インスタンスオブジェクトとオブジェクトを混同して説明される事があるが、Objective-CやPython、Ruby等、インスタンスオブジェクトとクラスオブジェクトが別であるオブジェクト指向言語では区別して説明される。<ref>Objective-Cプログラミ |
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ング言語[https://developer.apple.com/jp/devcenter/ios/library/documentation/ObjC.pdf]</ref> |
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<ref>Classes ― Python v2.7.3 documentation[http://docs.python.org/2/tutorial/classes.html]</ref> |
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<ref>クラス/メソッドの定義 (Ruby manual) [http://www.ruby-lang.org/ja/old-man/html/_A5AFA5E9A5B9A1BFA5E1A5BDA5C3A5C9A4CEC4EAB5C1.html]</ref>元々はSmalltalkから始まった用語である。 |
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==== thisインスタンス ==== |
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{{seealso|this (プログラミング)}} |
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そしてあるオブジェクトOにメッセージを配送し適切なメッセージ処理コード(振る舞い)を呼び出す際には、まず対象となるオブジェクトOについて共通部分の格納場所を見つけて適切なコードを選び出し、次にそのコードに対して処理対象となるオブジェクトO固有のデータの所在を示す'''オブジェクトID'''を渡すようになっている。 |
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各オブジェクトの固有データを識別するオブジェクトIDを表現する方法も様々で、オブジェクトのIDとしては名前、番号なども用いられることがあるが、オブジェクトの固有データを記憶している[[主記憶]]上の[[メモリアドレス|アドレス]]がそのまま用いられることもある。アドレスを直接利用することは非常に実行効率の向上に寄与するが、プログラム間でのオブジェクトの受け渡し、セッション間(プログラムが終了して再度起動された時など)でのオブジェクトの受け渡しにはそのまま利用することができない。また各オブジェクトの固有データから共通部分の格納場所を見つける方法もまた各言語により異なり、その言語の開発目的に応じて実に多種多様である。 |
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==== アクセスコントロール ==== |
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オブジェクト指向プログラミングにおいて、[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]は、[[カプセル化]]されておりブラックボックスである。したがって、処理するメッセージのカタログ、つまりインタフェースだけが利用者に公開され、内部の詳細は隠されるのが基本である。しかし、あるクラスのインスタンスの内部だけで利用されるメソッドまで公開してしまうと、利用者にとって煩雑である。また、定数データ・メンバのようなものは一々メソッドでアクセスするようにせず公開してしまっても、カプセル化の利点は失われず効率的でもある。そこで、オブジェクトを定義するプログラマが各データ・メンバやメソッドについて公開・非公開を設定できる機能を用意している言語は多い。 |
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例えば、Javaでは、データ・メンバやメソッドの宣言にpublicと指定すれば、他オブジェクトから自由に利用でき('''公開'''と呼ばれる)、privateと指定すればオブジェクト内だけで利用できるようになる('''非公開'''と呼ばれる)。しかし、ある機能を提供するのに、一個ではなく一群のクラスに属するオブジェクトでそれを記述するのが相応しい事例がある。そのような場合、関係する一群のオブジェクト間でだけデータ・メンバやメソッドを利用できれば便利である。それを可能にするための拡張がいくつか存在する。例えば、継承を利用しているときに、あるクラスが子孫にだけ利用を許可したいデータ・メンバやメソッドがある場合、Javaではprotectedを指定することでそれを実現できる('''限定公開'''と呼ばれる)。また、ある一群の機能を実現するクラスの[[ライブラリ]]で、その実現に関連するクラスに属するオブジェクトだけがデータ・メンバやメソッド利用できるようにしたい場合も考えられる。また、Javaでは、ライブラリを構成するクラス群を表現する'''[[パッケージ (Java)|パッケージ]]''' ({{Lang|en|package}}) という仕組みがあり、特に指定がない場合は同一パッケージに属するクラスのオブジェクト間でのみデータ・メンバやメソッドを相互に利用可能である。その他にも、[[デザインパターン (ソフトウェア)|デザインパターン]]の一つである[[Facade パターン]]では、この仕組みがテクニックとして応用されている。また、C++ではフレンド宣言という仕組みがあり、あるクラスで外部非公開に指定されているデータ・メンバやメソッドについて、その利用を許可するクラスや関数のリストをクラス内に列挙することができる。なお、public、private、protectedというキーワードは、多くのプログラミング言語で用いられているが、その示す意味は言語ごとに差異があるため、注意が必要である。 |
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=== メッセージ === |
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{{seealso|メッセージ転送}}'''メッセージ''' ({{Lang|en|message}}) はオブジェクト間の通信でやりとりされる情報である。メッセージはメッセージ種別を示すIDとメッセージの種別に応じた追加の情報からなる定まった形式を持つ。追加の情報はそれ自身が何らかのオブジェクトや[[オブジェクトのID]]である場合もある。メッセージの配送には大別して2つの方式がある |
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* 同期式 - オブジェクトがメッセージの送信を依頼すると相手が受信、処理して結果を返すまでそのオブジェクトは処理を中断して待つ。 |
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* 非同期式 - オブジェクトがメッセージの送信を依頼した後、相手の応答を待たずにオブジェクトは処理を続行する。処理結果は別のメッセージとして返される。 |
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両者とも一長一短がありどちらがすぐれているとは言えない。また並列・並行処理が可能な環境では一方の仕組みがあれば、それを利用してもう一方も実現可能である。一般的な傾向としては、メッセージの伝送や処理に時間が掛かる場合は非同期式の方が効率は良く、そうでない場合には同期式の方が挙動が分かりやすく利用しやすい。[[並列処理]]・[[並行処理]]システムを記述する言語や[[分散コンピューティング|分散システム]]を記述する言語ではOSなどが提供するメッセージ機能や自前の配送メカニズムを使って非同期式でメッセージが配送される場合もあるが、一般にオブジェクト指向プログラミング言語ではその多くが同一のプログラム内の通信であるので同期式のメッセージ配送が利用される。特に[[コンパイル]]されるタイプのオブジェクト指向プログラミング言語では、しばしば特別なメッセージ配送の仕組みを用意せず、特別な形式の関数の呼び出しでメッセージの配送を直接に表現する。即ち、各メソッドを内部的には関数として実現し、メッセージIDはメソッド名で表し、関数の第一引数としてオブジェクトIDを渡し(この第一引数は多くの言語で特別な記法で表される)、追加の引数としてメッセージの追加部分の情報を渡すのである。こうするとメッセージ送信は直接的なメソッドの関数呼び出しとして表せる。ただし、プログラムで[[継承 (プログラミング)|継承]]の仕組みが利用されている場合はプログラムのテキストからだけでは呼び出すべきメソッドが決定できない場合があるので、実行時にメソッドを決定するために[[メソッド・サーチ]]や[[仮想関数テーブル]]といった仕組みが必要となる。多くのプログラミング言語においてメッセージは、メソッド呼び出しの比喩でしかないことが多い。SmalltalkやObjective-Cの様な言語では、メッセージはメソッド呼び出しとは独立した機構として存在している。メッセージが機構として存在する言語では、メッセージをオブジェクトに送信した際、宛先のオブジェクトにメッセージで指定したメソッドが存在しない場合でもメッセージを処理することが出来る。これを利用し、メッセージの配送先を別のオブジェクトに指定したり、メッセージを一時保存したり、不要なメッセージを無視する等といったメッセージ処理が行われる。 |
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== 脚注 == |
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== 関連項目 == |
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{{Wikibooks|オブジェクト指向|オブジェクト指向}} |
{{Wikibooks|オブジェクト指向|オブジェクト指向}} |
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* [[オブジェクト指向]] |
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* [[クラス (コンピュータ)]] |
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* [[メッセージ (コンピュータ)]] |
* [[メッセージ (コンピュータ)]] |
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* [[インスタンス]] |
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* [[フィールド (計算機科学)]] |
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* [[メソッド (計算機科学)]] |
* [[メソッド (計算機科学)]] |
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* [[フィールド (計算機科学)]] |
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* [[インスタンス変数]] |
* [[インスタンス変数]] |
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* [[クラス変数]] |
* [[クラス変数]] |
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* [[クラス (コンピュータ)]] |
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* [[インスタンス]] |
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* [[カプセル化]] |
* [[カプセル化]] |
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* [[継承 (プログラミング)|継承]] |
* [[継承 (プログラミング)|継承]] |
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* [[多態性]] |
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* [[委譲]] |
* [[委譲]] |
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* [[プログラミング言語]] |
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* [[オブジェクト指向モデリング]] |
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* [[オブジェクト指向分析設計]] |
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* [[オブジェクト指向]] |
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* [[オブジェクトデータベース]] |
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* [[トップダウン設計とボトムアップ設計]] |
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* [[オブジェクト関係マッピング]] |
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{{Normdaten}} |
{{Normdaten}} |
2020年7月23日 (木) 11:42時点における版
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![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d0/Object_oriented_design_object.jpg/220px-Object_oriented_design_object.jpg)
オブジェクト指向プログラミング(オブジェクトしこうプログラミング、英: object-oriented programming、略語:OOP)とは、互いに密接な関連性を持つデータとメソッドをひとつにまとめてオブジェクトとし、それぞれ異なる性質と役割を持たせたオブジェクトの様々な定義と、それらオブジェクトを相互に作用させる様々なプロセスの設定を通して、プログラム全体を構築するソフトウェア開発手法である。
オブジェクト指向という用語自体は、計算機科学者アラン・ケイによって生み出されている。1967年公開の言語「Simula67」の設計に印象を受けたケイが咄嗟に口にしたとされるこの造語は、彼が1972年から公開を始めた「Smalltalk」の言語設計を説明する中で初めて世間に発信された。なお、ケイが示したメッセージパッシングを中心にするオブジェクト指向は広く認知される事はなく、オブジェクトというプログラム概念を注目させるだけに留まっている。同時にケイの手から離れたオブジェクト指向は抽象データ型を中心にした解釈へと推移していき、1983年に計算機科学者ビャーネ・ストロヴストルップが公開した「C++」が契機になって、日本では一般にOOPの三大要素と呼ばれるカプセル化、継承、多態性といったパラダイムが確立されている。
特徴
現行のオブジェクト指向プログラミングは事実上、1974年に計算機科学者バーバラ・リスコフらが提唱した抽象データ型を基礎的な考え方にする方向性で定着している。抽象データ型のプログラム実装スタイルを具体的に規定したものが1~3であり、日本では一般に三大要素と呼ばれている。これに沿った言語仕様を備えたプログラミング言語がオブジェクト指向準拠と判別されている。4と5は、アラン・ケイが重視する元祖的なコンセプトであり現在では主流から外れているが、オブジェクト指向の源流思想として蛇足ながら紹介を加える。
- カプセル化(encapsulation)
- 継承(inheritance)
- 多態性(polymorphism)
- メッセージパッシング(message passing)
- 遅延バインディング(late binding)
カプセル化
一定の関連性を持つデータ(変数、プロパティ)と、それらを操作するコード(関数、プロシージャ)をひとまとめにしてオブジェクトとし、外部に対して必要とされるデータとコードのみを公開し、それ以外を内部に隠蔽する仕組みがカプセル化と呼ばれる。オブジェクトが持つコードは一般にメソッドと呼ばれる。オブジェクトの設計は単一責任の原則に準拠して一つの閉じた機能を構成するデータ群とそれに関連したメソッド群を定義するのが基本になる。公開されたデータは外部のメソッドから直接参照ないし変更する事できる。公開されたメソッドは外部のメソッドから直接呼び出す事ができる。隠蔽されたデータとメソッドは外部からアクセスできず、これは情報隠蔽と呼ばれる。
継承
既存オブジェクトのデータ構成とメソッド構成を引き継いで、新しい派生オブジェクトを定義する仕組みが継承と呼ばれる。引き継ぐ際には新たなデータとメソッドを自由に追加できるので、派生オブジェクトの構成は既存内容+追加内容になる。既存オブジェクトは親オブジェクト、派生オブジェクトは子オブジェクトと呼ばれる。クラスベースのOOPでは、親をスーパークラス、子をサブクラスと呼ぶ。親オブジェクトの適用箇所は子オブジェクトで置き換えても結果が同一になることが求められており、これはリスコフの置換原則と呼ばれる。一つのスーパークラスを継承するのは単一継承と呼ばれる。複数個のスーパークラスを継承してそれぞれの構成内容を引き継ぐのは多重継承と呼ばれる。抽象化に注目した継承の方はインターフェース分離の原則に準じたものになり、UMLでは実現と呼ばれるものになる。これは一定のオブジェクトに共通した振る舞い局面を抜き出して抽象化する仕組みを指し、その抽象化オブジェクトはインターフェース、トレイト、プロトコルと呼ばれる。
多態性
異なる種類のオブジェクトに同一の操作インターフェースを持たせる仕組みが多態性と呼ばれる。オブジェクト指向視点の多態性は、クラスの派生関係またはオブジェクトの動的バインディングによって、同じメソッド名から呼び出されるプロセスが実行時に決まるというサブタイピングを指す。サブタイピングは仮想関数、多重ディスパッチ、動的ディスパッチの三手法に分類される。最もよく知られる仮想関数は多態性と同義に説明される事が多い。仮想関数は、メソッドが所属するクラスの派生関係のみに焦点を当てたシングルディスパッチであり、スーパークラス抽象メソッドへの呼び出しから、その実行時のサブクラス実装メソッドに多方向分岐させるプロセスを指す。その際はVtableと呼ばれる関数へのポインタに近い仕組みが用いられる。抽象メソッドの使用は依存性逆転の原則に準じたものである。抽象メソッドの定義を連結点にした具体メソッドの実装は開放閉鎖の原則に準じたものであり、閉鎖=抽象は設計の不変性、開放=具体は実装の拡張性を表わす。多重ディスパッチは、メソッドが所属するクラスの派生関係に加えて、メソッドの各引数のクラスの派生関係にも注目した形態である。各引数は実行時に型ダウンキャストされて、それらの引数型の組み合わせに対応したプロセスに分岐する。メソッド所属クラスの派生関係が絡まない場合は単一引数だとシングルディスパッチになる。多重ディスパッチの中でもプロセス分岐に関与するクラスが二つに限定されたものはダブルディスパッチと個別定義されている。動的ディスパッチは、プロトタイプベースのOOPで用いられるものであり、オブジェクトのメソッド名のスロットに差し込まれるメソッドが実行中に随時切り替えられることで、そのメソッド名から呼び出されるプロセスは実行時に決まるという仕組みを指す。クラスベースのOOPでは、クラスの定義内容を操作できるリフレクションによってこれが再現される事もある。
メッセージパッシング
I thought of objects being like biological cells and/or individual computers on a network, only able to communicate with messages. (さながら生物の細胞、もしくはネットワーク上の銘々のコンピュータ、それらはただメッセージによって繋がり合う存在、僕はオブジェクトをそう考えている) — Alan Kay
... each object could have several algebras associated with it, and there could be families of these, and that these would be very very useful. (銘々のオブジェクトは自身に伴う幾つかの「代数」を持つ、またそれらの家族たちもいるかもしれない、それらは極めて有用になるだろう) — Alan Kay
The Japanese have a small word - ma ... The key in making great and growable systems is much more to design how its modules communicate rather than what their internal properties and behaviors should be. (日本語には「間」という言葉がある・・・成長的なシステムを作る鍵とは内部の特徴と動作がどうあるべきかよりも、それらがどう繋がり合うかをデザインする事なんだ) — Alan Kay
遅延バインディング
I realized that the cell/whole-computer metaphor would get rid of data, ... (僕はこう気付いた、細胞であり全体でもあるコンピュータメタファーはデータを除去するであろうと、) — Alan Kay
... there were two main paths that were catalysed by Simula. The early one (just by accident) was the bio/net non-data-procedure route that I took. The other one, which came a little later as an object of study was abstract data types, and this got much more play. (Simulaを触媒にした二本の道筋があった。初めの一本は細胞組織的な非データ手法、僕が選んだ方だ。少し遅れたもう一本は抽象データ型、こっちの方がずっと賑わってるね。) — Alan Kay
歴史
オブジェクト指向プログラミングという考え方が生まれた背景には、計算機の性能向上によって従来より大規模なソフトウェアが書かれるようになってきたということが挙げられる。大規模なソフトウェアが書かれコードも複雑化してゆくにつれ、ソフトウェア開発コストが上昇し、1960年代には「ソフトウェア危機 (software crisis)」といったようなことも危惧されるようになってきた。そこでソフトウェアの再利用、部品化といったようなことを意識した仕組みの開発や、ソフトウェア開発工程の体系化(ソフトウェア工学 (software engineering) の誕生)などが行われるようになった。
このような流れの中で、プログラムを構成するコードとデータのうち、コードについては手続きや関数といった仕組みを基礎に整理され、その構成単位をブラックボックスとすることで再利用性を向上し、部品化を推進する仕組みが提唱され構造化プログラミング (structured programming) として1967年[要出典]にエドガー・ダイクストラ (Edsger Wybe Dijkstra) らによってまとめあげられた(プログラミング言語の例としてはPascal 1971年)。なお、それに続けて「しかしデータについては相変わらず主記憶上の記憶場所に置かれている限られた種類の基本データ型の値という比較的低レベルの抽象化から抜け出せなかった。これはコードはそれ自身で意味的なまとまりを持つがデータはそれを処理するコードと組み合わせないと十分に意味が表現できないという性質があるためであった。」といったように、ほぼ間違いなく説明されている。
そこでデータを構造化し、ブラックボックス化するために考え出されたのが、データ形式の定義とそれを処理する手続きや関数をまとめて一個の構成単位とするという考え方でモジュール (module) と呼ばれる概念である(プログラミング言語の例としてはModula-2 1979年)。しかし定義とプログラム内の実体が一対一に対応する手続きや関数とは異なり、データはその形式の定義に対して値となる実体(インスタンスと呼ばれる)が複数存在し、各々様々な寿命を持つのが通例であるため、そのような複数の実体をうまく管理する枠組みも必要であることがわかってきた。そこで単なるモジュールではなく、それらのインスタンスを整理して管理する仕組み(例えばクラスとその継承など)まで考慮して生まれたのがオブジェクトという概念である(プログラミング言語の例としては1967年のSimula 67)。
Simulaのオブジェクトとクラスというアイデアは異なる二つの概念に継承される。一つはシステム全てをオブジェクトの集合と捉え、オブジェクトの相互作用をメッセージに喩えた「オブジェクト指向」である。オブジェクト間の相互作用をメッセージの送受と捉えることで、オブジェクトは受信したメッセージに見合った手続き単位(≒関数)を自身で起動すると考える。結果オブジェクトは自身の持つ手続きのカプセル化を行うことができ、メッセージが同じでもレシーバオブジェクトによって行われる手続きは異なる――多相性(ポリモーフィズム)を実現した(このメッセージを受け実行される手続き単位は、メッセージで依頼されたことを行うための「手法」の意味でメソッドと呼ばれる)。この思想に基づき作られたのがSmalltalk(1972年)であり、オブジェクト指向という言葉はこのときアラン・ケイによって作られた。
一方、Smalltalkとは別にSimulaの影響を受け作られたC++(1979年)は抽象データ型のスーパーセットとしてのクラス、オブジェクトに注目し、オブジェクト指向をカプセル化、継承、多相性をサポートするものと再定義した(その際、実行時速度重視およびコンパイラ設計上の制約により、変数メタファである動的束縛の特徴は除外された)。これらは当初抽象データ型、派生、仮想関数と呼ばれ、オブジェクトのメンバ関数を実体ではなくポインタとすることで、継承関係にあるクラスのメンバ関数のオーバーライド(上書き)を可能にしたことで、多相性を実現した(この流儀ではメッセージメタファはオブジェクト指向に必須ではないものと定義し、オブジェクトの持つ手続きをメソッドとは呼ばずメンバ関数と呼ぶ)。この他、Smalltalkにある動的束縛の類似的な機能としてオーバーロード(多重定義)が実装されている。
Smalltalkはこの「全てをオブジェクトとその相互作用で表現する」というデザインに立ち設計されたため、全てをファイルと捉えるファイル指向オペレーティングシステムからの脱却と、プログラムをフロー制御された手続きと捉える手続き型言語からの脱却が行われた。そのためSmalltalkは自身がオブジェクト指向オペレーティングシステムでもあること、メッセージ・パッシングなどの特徴を持った。これは当時のプログラム言語としては特異的であり、ガベージコレクタを必要とし、高度な最適化が試される前のバイトコードインタプリタで実行される処理の重さも手伝って先進的ではありながら普及しがたいものであると捉えられた。また、メッセージでの多相性は、変数へのオブジェクトの動的束縛が前提となるため、静的型チェック機構でのサポートが難しく、C++等の実行時性能重視の言語にとって実装から除外すべき特徴となった。
C++の創始者ビャーネ・ストロヴストルップは、Smalltalkが目指したある種の理想の追求には興味が無く、現用としての実用性を重視した。そのため、C++の再定義した「オブジェクト指向」は既存言語の拡張としてオブジェクト指向機能を実装できることでブレイクスルーを迎え急速に普及する。Smalltalkが単なるメソッドの動的呼び出しをメッセージ送信に見立て、呼び出すメソッドが見つからないときのみメッセージをハンドリングできるようにした「省コスト版」の機構を発明し以降それを採用するに至った経緯も手伝って、メッセージ送信という考え方はやや軽視されるようになり、オブジェクト指向とはC++の再定義したものと広く認知されるようになった。
1980年代後半に次々と生まれたオブジェクト指向分析・設計論は、Smalltalkを源流とするオブジェクト指向を基に組み立てられた。そのころSmalltalkは商用展開こそされていたが広く普及しているとは言えず、一般にはC++での実装が多くを占めた。しかしC++はSmalltalkと思想的にかなり異なる点や、同様のことを実現する際の実装面での複雑さや制約が問題とされた。このニーズを受けC++の提示した抽象データ型にクラスを適用する現実的な考え方と親しまれたALGOL系の構文を踏襲しつつ、内部的には柔軟なSmalltalkのオブジェクトモデルを採用し、メソッドなどの一部用語やリフレクション、実行時動的性などSmalltalk色も取り入れたJavaが注目を集めた(1995年に登場。元々はモバイル機器向け言語処理系として開発された)。程なくSmalltalkやSELFで達成された仮想マシン(バイトコードインタープリタ)高速化技術の転用により実用的速度を得、バランス感覚に長けたJavaの台頭によってオブジェクト指向開発に必要な要素の多くが満たされ、1990年代後半からオブジェクト指向は広く普及するようになった。
代表的なオブジェクト指向言語
オブジェクト指向言語は、抽象データ型の型コンストラクタの仕組みに倣ったクラスベース、レコードへの動的バインディングの仕組みに倣ったプロトタイプベース、Smalltalkをルーツにしたメッセージ構文ベースの三タイプに分類されるのが一般的である。クラスベースでは「C++」「Java」「C#」が代表的である。プロトタイプベースでは「Python」「JavaScript」「Ruby」が有名である。メッセージ構文ベースでは「Smalltalk」「Objective-C」「Self」などがある。言語仕様の中でオブジェクト指向の存在感が比較的高い代表的なプログラミング言語は以下の通りである。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/67/History_of_object-oriented_programming_languages.svg/220px-History_of_object-oriented_programming_languages.svg.png)
- Simula 67 1967年
- 1962年に公開されたSimulaの後継版であり、クラスのプログラム概念を導入した最初の言語である。現実世界の擬似モデルを観測するシミュレーション・プログラム制作用に開発されたもので、クラスをメモリに展開したオブジェクトは、その観測対象要素になった。Simulaのクラスは、プロシージャに専用変数と専用サブルーチンを付与したミニモジュールと言えるものであったが、継承と仮想関数という先進的な設計を備えていた事でオブジェクト指向言語の草分けと見なされるようになった。クラスベースの源流である。
- Smalltalk 1972年
- メッセージパッシングのプログラム概念を導入した最初の言語。数値、真偽値、文字列から変数、コードブロック、メタデータまでのあらゆる要素をオブジェクトとするアイディアを編み出した最初の言語でもある。オブジェクト指向という言葉はSmalltalkの言語設計を説明する中で生み出された。オブジェクトにメッセージを送るという書式であらゆるプロセスを表現することが目標にされている。メッセージレシーバーと委譲の仕組みは、形式化されてない動的ディスパッチと動的バインディング相当のものでありプロトタイプベースの源流になった。専用のランタイム環境上で動作させる設計は、実行時多態性とセキュリティにも繋がるモニタリングを実現した。これは後に仮想マシンや仮想実行システムと呼ばれるものになる。
- C++ 1983年
- C言語にクラスベースのオブジェクト指向を追加したもの。Simulaの影響を受けている。静的型付けのクラスが備えられて、カプセル化、継承、多態性の三仕様を実装している。カプセル化はフレンド指定で寛容化されている。継承は多重可能であり継承の可視性も指定できる。多態性は仮想関数によるサブタイピング、テンプレートクラス&関数によるパラメトリック多相、関数&演算子オーバーロードによるアドホック多相が導入されている。元がC言語であるため、オブジェクト指向から逸脱したコーディングも多用できる点が物議を醸したが、その是非はプログラマ次第であるという結論に落ち着いた。
- Objective-C 1984年
- C言語にメッセージ構文ベースのオブジェクト指向を追加したもの。こちらはSmalltalkの影響を受けており、それに準じたメッセージパッシングの書式が備えられた。メッセージを受け取るクラスの定義による静的型付けと共に、メッセージを委譲するオブジェクトの実行時決定による動的型付けも設けられている。オブジェクト指向的にはC++よりも正統と見なされた。制御構造文が追加され、メッセージを送る書式も平易化されており、Smalltalkよりも扱いやすくなった。
- Object Pascal 1986年
- Pascalにクラスベースのオブジェクト指向を追加したもの。厳格なカプセル化、単一のみの継承、仮想関数と多重実装可なインターフェースによる多態性といった基本に忠実な静的型付け重視である。関数&演算子オーバーロード(アドホック多相)とジェネリクス(パラメトリック多相)は除外された。
- Eiffel 1986年
- Pascalにクラスベースのオブジェクト指向を追加した静的型付け重視の言語。契約プログラミングを理念にしている。多重定義抑制方針を強調しており、関数&演算子オーバーロードは除外されたが、ジェネリッククラスは相反しないものとして導入されている。同方針による単一定義化ルールで多重継承が採用されている。継承間で名前衝突する全メンバは、オーバーライド、実体延期、リネーミングの各指定による事前解決が必須である。リネーミングは名前衝突するメンバを任意の名義で単一化する機能である。Eiffelではメンバ名の重複を無くすことで菱形継承問題を解決している。ガーベジコレクション機能が初めて導入されたオブジェクト指向言語でもある。
- Self 1987年
- メッセージ構文ベースのオブジェクト指向言語。標準配備のオブジェクトを複製して、そのスロットに任意のプロパティとメソッドを動的バインディングできるというプロトタイプベースを初めて導入したオブジェクト指向言語でもある。ゆえに動的型付け重視である。Smalltalkと同様に専用のランタイム環境で実行されたが、これも実用面では初となる実行時コンパイラ(just-in-time compiler)機能が備えられて速度面でも画期的なものになった。
- CLOS 1988年
- Common Lispにプロトタイプベースに似たオブジェクト指向を追加したもの。データオブジェクトとメソッドオブジェクトに分離されており、前者のスロットには任意の変数を、後者のスロットには任意の関数を動的バインディングできる動的型付け重視である。動的型付けのデータオブジェクトを引数にしたメソッドによる多重ディスパッチが重視されている。
- Python 1994年
- プロトタイプベースとクラスベースの双方を兼ねたオブジェクト指向スクリプト言語。静的型付けのクラスと動的型付けのインスタンスが併用されているが、後者の動的バインディングの比重が大きめである。ダックタイピングを重視する方針により型宣言制約が撤廃されている。多態性は動的ディスパッチを中心にし、メソッドシグネチャと関数プロトタイプを操作できるリフレクションによって更に柔軟性が図られている。これらにより動的型付け重視である。ジェネリッククラスとジェネリック関数も導入されており、動的な柔軟性と静的な多様性の双方を使い分けられる。言語仕様を比較的簡素化し、インタプリタ式動作なので堅牢性も高い。
- Java 1995年
- C++をモデルにしつつ堅牢性とセキュリティを重視したクラスベースのオブジェクト指向言語。静的型付け重視である。パッケージ中心のカプセル化、単一のみの継承、仮想関数と多重実装可なインターフェースによる多態性と、基本に忠実なクラスベースである。メソッドオーバーロードと、クラスメタデータを操作できるリフレクションは初期から採用された。データコンテナ系のクラスと関数型インターフェースなどに限ってジェネリッククラスが導入されている。C++のポインタと値型インスタンスと演算子オーバーロードは真っ先に除外され、例外処理は残された。仮想マシン上で実行される。仮想マシンとガーベジコレクションの技術は比較的高度と見なされている。
- Delphi 1995年
- Object Pascalを発展させたもの。それと同様にこちらも基本に忠実なクラスベースで静的型付け重視であった。当初はデータベース操作プログラム開発を主な用途にして公開された。クラスとレコード(構造体)に同等の比重が置かれていた。一時期Javaの対抗馬になった。
- Ruby 1995年
- Pythonを意識して開発されたオブジェクト指向スクリプト言語。日本で誕生してグローバル化したプログラミング言語である。Smalltalk流のオブジェクト指向を一つの理想にして動的型付けを重視している。様々なパラダイム、様々な言語から有用なプログラミング手法を集めた技のデパートのような言語である。
- JavaScript 1996年
- Smalltalkの思想を受け継いでデザインされたオブジェクト指向スクリプト言語。当初はWEBアプリケーション開発を主な用途にして公開された。プロトタイプベースであり、オブジェクトを純然たるスロットの集合体として定義している。スロットにはプロパティとメソッドが動的バインディングされ、ダックタイピングで型識別される。この仕組みによる動的型付けが本命にされて、プリミティブ型以外の静的型付けが放棄されている。オブジェクトはプロトタイプのクローンであり、そのプロトタイプで分類される。プロトタイプの方は継承で体系化されている。ECMAScriptとして標準化されている。2015年版からはクラスベース向けの構文もサポートするようになった。
- C# 2000年
- Javaを強く意識してマイクロソフト社が開発したクラスベースのオブジェクト指向言語。C++のクラスの性質を残しながらマルチパラダイムに発展させている。拡張メソッドや演算子オーバーロードなどのアドホック多相的なコーディングサポートが豊富である。パラメトリック多相は型変数の共変性と反変性、型引数への型制約指定を備えている。サブタイピングは、クラスは単一継承でインターフェースは多重実装と基本通りである。数々の関数型プログラミング機能も導入されている。基本は静的型付けであるが、動的束縛型(dynamic型)とダックタイピングによる動的型付けの存在感が高められているので、漸進的型付けの言語と見なされている。.NET Framework(共通言語基盤=仮想実行システム)上で実行される。
- Scala 2003年
- クラスベースのオブジェクト指向と関数型プログラミングを融合させた言語。抽象データ型と、関数型の型システムに同等の比重が置かれており静的型付け重視である。パラメトリック多相とサブタイピングを連携させたバリアンスによる多態性が重視されている。型変数の継承関係による共変性と反変性で結ばれたトレイトの実装により派生型付けされたオブジェクトは立体的に体系化される。トレイトは多重実装できる。型引数はアドホック多相に該当する型境界で制約されて静的な型チェックをサポートする。ジェネリクスとミックスインに分類されるトレイトの共存はダックタイピングによる型識別で実現されている。イミュータブルなオブジェクト生成と、オブジェクトのパターンマッチング式の導入も特徴である。
- Kotlin 2011年
- Javaバイトコードを出力し、Java仮想マシン上で動作するJavaテクノロジ互換言語である。グローバル関数、グローバル変数の使用も容認されており、オブジェクト指向プログラミングを手続き型プログラミングのスタイルに崩したかのようにデザインされている。静的型付け重視である。
- TypeScript 2012年
- JavaScriptを強く意識してマイクロソフト社が開発したオブジェクト指向スクリプト言語。JavaScriptのプログラムを静的型付けで補完した言語である。クラスベース向けの構文と、関数型プログラミングの型システムのスタイルが加えられている。特に後者の性質が強調されている事から静的型付け重視である。継承構造によるサブタイピングはほぼ除外されており、パラメトリック多相とアドホック多相で抽象データ型を扱うという静的な型注釈とジェネリクス重視の言語設計になっている。オブジェクト指向ではあるが関数型の性格が強めである。
- Swift 2014年
- Objective-Cを発展させたものであるが、メッセージ構文は破棄されており、クラスベースのオブジェクト指向になっている。単一継承が採用されているが可視性にプロテクト指定が無いので縦の継承は軽視されている。代わりにミックスインに分類されるプロトコルの多重実装を重視している。プロトコルで特徴付けられるインスタンスの性質はダックタイピングで識別され、コンパイル時と実行時双方の識別を使い分けられる。多態性では動的束縛型(Opaque型)が重視されており、静的型付けのクラスと動的型付けの動的束縛型を併用する漸進的型付けの言語と言える。ジェネリクスも導入されている。
用語と解説
クラスの仕組みを中心にしたオブジェクト指向をクラスベースと言う。クラスはデータメンバとメソッドをまとめたものであり、セマンティクスを付加された静的レコードとも解釈される。ここでのセマンティクスとはデータの用法を表わすメソッドを指す。クラスはインスタンスのひな型になる。クラスはカプセル化、継承、多態性の三機能を備えていることが求められている。カプセル化はデータメンバとメソッドの可視性を指定する機能である。継承は自身のスーパークラスを指定する機能である。多態性はメソッドの抽象化と仮想関数テーブルを処理する機能である。コンストラクタとデストラクタの実装も必要とされている。前者はインスタンス生成時に、後者はインスタンス破棄時に呼び出されるメソッドである。
プロトタイプオブジェクト
プロトタイプの仕組みを中心にしたオブジェクト指向をプロトタイプベースと言う。プロトタイプベースで言われるオブジェクトとは、中間参照ポインタの動的配列を指す。この動的配列は一般にフレームと呼ばれる。中間参照ポインタは一般にスロットと呼ばれる。スロットにはデータメンバとメソッドの参照が代入されるので、オブジェクトはクラスと同様にデータメンバとメソッドをまとめたものになる。オブジェクトはプロトタイプオブジェクトとオブジェクトに分かれる。前者はクラス、後者はインスタンスに当たるものである。前者はシステム提供プロトタイプとユーザー定義プロトタイプに分かれる。プログラマはシステム提供プロトタイプを派生させてユーザー定義プロトタイプを作成する。プロトタイプには、規定の設計に基づいたデータメンバ参照とメソッド参照が代入されており、オブジェクトのひな型になる。プロトタイプは親プロトタイプ参照用スロットを保持しており、これは継承と類似の機能になる。プロトタイプを複製する形式でオブジェクトは生成される。オブジェクトは複製元プロトタイプと同じデータメンバとメソッドを保持しているが、生成後は任意のデータメンバとメソッドを自由に付け替えできる。これは動的バインディングと呼ばれる。オブジェクトは複製元プロトタイプ参照用スロットを保持している。複製元プロトタイプからその親プロトタイプを辿れる参照のリンクによってオブジェクトは一定の体系化がなされている。
オブジェクト指向で言われるメッセージは、複数の方面の考え方が混同されている曖昧な用語になっている。元々はSmalltalkから始まったメッセージ構文ベースのオブジェクト指向の中心機構である。以前はクラスベースの方でもメソッドの呼び出しをメッセージを送るという風に考えることが推奨されていた。メッセージはオブジェクトのコミュニケーションと標榜されているが、その明確な利点はそれほど知られていないのが実情である。最も混同されているものにアクターモデルがあるが、そこで言われる非同期性とオブジェクト指向で言われる評価の遅延性は似て異なるものである。コンポーネント準拠ソフトウェア工学とオブジェクトリクエストブローカーで言われるソフトウェアコンポーネント同士の通信もメッセージパッシングと呼ばれることが多いが、その仕様と機能は動的ディスパッチに該当するものである。メッセージのオブジェクト指向的運用はメッセージングと名付けられている。その具体的な機能例は、Smalltalk、Objective-C、Selfのメッセージレシーバーと、Rubyのメソッドミッシングであるが、いずれもメッセージングの本質ではないとも言われている。
クラスベースではクラスを実体化したものであり、実装レベルで言うとデータメンバと仮想関数テーブルをメモリ上に展開したものになる。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトのクローンで生成されたオブジェクトを指す。実装レベルで言うとメモリ上に展開された中間参照ポインタの動的配列になる。
クラスまたはオブジェクトに属する変数。言語によってフィールド、プロパティ、メンバ変数と呼ばれる。データメンバは、クラスデータメンバとインスタンスデータメンバに分かれる。クラスデータメンバは静的データメンバとも呼ばれる。その中で定数化されたものはクラス定数と呼ばれる。クラスデータメンバはクラス名の名前空間でスコープされたグローバル変数と同じものであり、プログラム開始時から終了時まで確保される。インスタンスデータメンバはインスタンス生成時にメモリ上に確保されるものであり、その破棄時に消滅する。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトが保持する特定のデータメンバが静的データメンバに該当するものになる。
クラスまたはオブジェクトに属する関数。言語によってはメンバ関数とも呼ばれる。メソッドは、クラスメソッドとインスタンスメソッドに分かれる。クラスメソッドは静的メソッドとも呼ばれる。クラスメソッドはクラス名の名前空間でスコープされたグローバル関数と同じものである。インスタンスメソッドを呼び出すには、そのメソッドが属するインスタンス参照が必要になる。これはthisインスタンスと呼ばれる。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトが保持する特定のメソッドが静的メソッドに該当するものになる。
インスタンス生成時に呼び出されるそのクラスのメソッドである。インスタンスデータメンバを任意の値で初期化するためのものであるが、その他の初期化コードも記述できる。プロトタイプベースではプロトタイプオブジェクトと同名のグローバル関数として存在している。
インスタンス破棄時に呼び出されるそのクラスのメソッドである。インスタンス破棄の影響を解決する任意の後始末コードを記述できる。インスタンスの破棄は占有メモリの解放を意味する。なお、ガーベジコレクタ実装言語ではファイナライザになっている事がある。プログラマが呼び出すデストラクタの方はその終了がメモリ解放に直結してるのに対し、ガーベジコレクタが呼び出すファイナライザの方はそうではない。
アクセスコントロール
カプセル化に基づくデータメンバとメソッドの可視性を決定するものである。可視性はプライベート、プロテクト、パブリックの三種が基本である。プライベートは同クラス内のみ、プロテクトは同クラス内と派生クラス内のみ、パブリックはどこからでもアクセス可能である。
プログラム概念と機能名の双方を指す用語である。言語によってはプロトコルと言われる。抽象メソッドと具象メソッド(実装内容付き)で構成される純粋~半抽象クラスを意味する。クラスの振る舞い局面を抽出したものであり、UMLでは実現と言われる。クラスによるインターフェースの継承は実装と呼ばれる。多重実装可が普通である。ミックスインとの違いは、抽象階層に焦点が当てられている事であり、直下の実装オブジェクトを共通の振る舞い局面でまとめることがその役割である。インターフェースは自身の実装オブジェクトをグループ化できる。指名的型付けに準拠しているのでインターフェース名という文脈自体が振る舞い局面の識別基準になる。インターフェースは抽象メソッド主体なので多重継承時のメンバ名の重複はあまり問題にならない。共通の実装メソッドに集約されるからである。インターフェースはインスタンス化されない。
インターフェースに似たプログラム概念を指す用語である。機能名は言語によってトレイトまたはプロトコルと言われる。抽象&具象メソッドとデータメンバで構成される継承専用クラスを意味する。クラスを特徴付けるための装飾部品である。クラスによるトレイトの継承は実装と呼ばれる。多重実装可が普通である。インターフェースとの違いは、トレイトの実装階層に焦点が当てられている事であり、オブジェクトを所有メンバで特定してまとめることがその役割である。トレイトは自身の上位集合であるオブジェクトをグループ化できる。構造的型付けに準拠しているので所属メンバ構成自体がトレイト等価性の識別基準になる。これはトレイト実装を明記してなくても、そのトレイトが内包する全メンバを所持していれば同じトレイトと見なされることを意味する。トレイトは多重継承時のメンバ名重複の際にその参照の優先順位に注意する必要が出てくる。トレイトはインスタンス化されない。
(metaclass)とはクラスを定義しているクラスであるが、その実態はシステム側が用意している特別なシングルトンオブジェクトと考えた方が分かりやすい。システム内のクラス定義情報をクラスに見立てて、それをインスタンス化したものである。慣例的にこれをメタクラスと呼ぶ。メタクラスはクラスのデータメンバとメソッドの定義情報を指し、それを操作する機能はリフレクションと呼ばれる。クラスベースで用いられるものである。
(reflection)はクラスの定義情報を変更する機能であるが、言語ごとに変更できる定義情報の範囲は異なっている。データメンバではデータ型、識別子、可視性が変更対象になる。メソッドではリターン型、識別子、パラメータリスト、可視性、仮想指定が変更対象になる。双方の追加定義と削除もできる事がある。スーパークラスも変更できる事がある。また、実行時の文字列(char配列やString)をデータメンバとメソッドの識別子として解釈できる機能もリフレクションに当たる。これは実行時の文字列によるデータメンバの参照とメソッドの呼び出しを可能にする。
遅延バインディング
(late binding)はややランタイム環境寄りのプログラム概念であり、リフレクション機能を通して実装される。抽象化された型に対して、実行時の文字列(char配列やString)を内部識別子に解釈し、コンパイル時には認識されていなかったオブジェクトをローディングして代入する流れを指す。オブジェクトの呼び出しが、DLLやクラスライブラリの動的ローディングに繋がることが遅延バインディングと呼ばれる基準になる。ストアドプロシージャの動的ロード、代入、呼び出しもそれに当たる。ローディング基準が外される例では、プログラム内でデータとして扱われているコードブロックを関数の型に代入して呼び出すという仕組みがある。そのコードブロックは文字値と数値の混合配列であり、リフレクション機能を利用して実行する。
動的ディスパッチ
(dynamic dispatch)はメソッドの呼び出しを受けるオブジェクトの側に焦点を当てたプログラム概念である。一般的なローカルメソッドでは、識別子にマッピングされている実行時の参照が指すメソッド実体を呼び出す仕組みを意味する。参照が指す先はプログラム実行中に随時変更されるのでコンパイル時には当然特定できない。この参照の変更は動的バインディングと呼ばれる。リモートメソッドでは、受け取ったバイトデータ列を解釈しリフレクション機能でメソッドを呼び出す仕組みを意味する。受信側の実行時状態による選択が加えられる事もある。始めのアクセスで所有メソッドリストを呼び出し側に送り、無駄なエラーリクエストを無くす仕組みと併用される事が多い。