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「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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{{翻訳中途|[[:en:Object-oriented programming]](13:57, 15 November 2021 UTC)の翻訳|date=2021年11月}}
{{複数の問題
{{プログラミング・パラダイム}}
|独自研究=2018年2月

|出典の明記=2019年2月
'''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}}, OOP)とは、「[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]」という概念に基づいた[[プログラミングパラダイム]]の一つである。

OOPでは、相互に作用するオブジェクトを組み合わせてプログラムを設計する{{sfn|Kindler|Krivy|2011}}{{sfn|Lewis|Loftus|2008|loc=§1.6 "Object-Oriented Programming"}}。

OOPの方法として、[[クラスベース]]OOPと[[プロトタイプベース]]OOPがある。
クラスベースOOPでは、オブジェクトが属する集合として[[クラス (コンピュータ)|クラス]]を定義し、クラス定義からその[[インスタンス]]としてオブジェクトを生成する。
プロトタイプベースOOPでは既存のオブジェクト(プロトタイプ)を複製し、プロトタイプの複製に変更を加えることで様々な対象を表すオブジェクトを生成する。

広く使われているプログラミング言語の多く、例えば[[C++]]や[[Java]]や[[Python]]などは、[[マルチパラダイムプログラミング言語|マルチパラダイム]]であるが、程度の差はあれ、オブジェクト指向プログラミングをサポートしており、大抵は[[命令型プログラミング|命令型]]や[[手続き型プログラミング]]との組み合わせで用いられる。

== 歴史 ==
[[File:oop-uml-class-example.png|frame|right|[[統一モデリング言語|UML]]による[[クラス (コンピュータ)|クラス]]の表記法。この {{code|Button}} クラスは、データを表す[[変数 (プログラミング)|変数]](図中 {{code|xsize}} など)と[[メソッド (計算機科学)|関数]](図中 {{code|draw()}} など)を持つ。一般的なクラスは[[継承 (プログラミング)|継承]]により[[サブクラス (計算機科学)|サブクラス]]を持つことができる。また、オブジェクトはクラスの[[インスタンス]]である。]]
<!-- 以上、[[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 -->
[[アラン・ケイ]]によれば “{{en|object-oriented}}”([[オブジェクト指向]])という言葉は、1967年ごろケイ自身が考案したものであるという{{sfn|Meaning|2003}}。しかし、現在のオブジェクト指向プログラミングという文脈における「オブジェクト」や「指向」を表す用語が初めて登場したのは、1950年代後半から1960年代前半にかけての[[マサチューセッツ工科大学|マサチューセッツ工科大学(MIT)]]においてである。
1960年代初頭の[[人工知能]]グループ界隈では、「オブジェクト」はプロパティ(属性)を持つ個体識別可能なアイテム([[LISP]]の atom)を意味していた{{sfn|LISP 1 Programmers Manual|1960|p=88f}}{{sfn|LISP 1.5 Programmers Manual|1962|p=105}}。
後にケイは、1966年にLISPの内部構造を詳細に理解したことが彼の考え方に強い影響を与えたと述べている{{sfn|Meaning|2003}}。

{{Quote box
|quote = 私は、オブジェクトとは、生物の細胞やネットワーク上の個々のコンピュータのようもの、そしてそれらのコミュニケーションは専らメッセージによって行なわれるもの、と考えていました (つまり、メッセージングは最初から存在していたのですが、プログラミング言語でメッセージングを実用的かつ効率的に行う方法を見つけるまでには時間がかかりました)。
|author = アラン・ケイ
|source = {{harv|Meaning|2003}}
|width = 50%
}}
}}
[[ファイル:Object oriented design object.jpg|境界|右|フレームなし]]
{{Template:プログラミング・パラダイム}}


MITにおける初期の例としては、この他にも、1960年から1961年にかけて[[アイバン・サザランド]]が作成した[[Sketchpad]]が挙げられる。サザランドは、1963年の技術レポートの用語集 (Sketchpadに関する自身の博士論文をもとにしたもの)で、グラフィカルなインタラクションに特化しているとはいえ「オブジェクト」と「インスタンス」の概念を定義している (クラスの概念は"master"または"definition"として把握されている)。{{sfn|Sutherland|1963}}
'''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。
また、MIT版の[[ALGOL]]であるAED-0では、データ構造 (この言語の方言では"plexes"と呼称)と手続きを直接結びつけ、後に「メッセージ」、「メソッド」、「メンバ関数」と呼ばれるようなものの萌芽がみられる。{{sfn|Nygaard|Dahl|1978}}


1962年、[[クリステン・ニゴール]]は{{仮リンク|ノルウェー計算センター|en|Norwegian Computing Center}}でシミュレーション言語のプロジェクトを開始した。これは彼が以前に用いた[[モンテカルロ法]]と実世界のシステムを概念化する仕事に基づくものであった。[[オーレ=ヨハン・ダール]]が正式にプロジェクトに参加し、[[UNIVAC I]] (UNIVAC 1107) 上で動作する[[Simula]]プログラミング言語が設計された。Simulaは、[[クラス (コンピュータ)|クラス]]や[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]、継承、[[ダイナミックバインディング]]など、今日のオブジェクト指向プログラミングには不可欠である重要な概念を導入した。{{sfn|Holmevik|1994}}
'''[[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。
Simulaはまた、プログラミングにおける{{仮リンク|データ保全|en|data security}}を考慮して設計されたものでもあった。プログラミングのデータ保全のために[[参照カウント]]による検出プロセスが実装されたのに加え、最終手段として[[ガベージコレクション|ガベージコレクタ]]が[[主記憶装置]](メモリ)内の使用されていないオブジェクトを削除するようになっていた。しかし、データオブジェクトの概念は1965年には既に確立されていたものの、プライベートやパブリックといった[[変数 (プログラミング)|変数]]の[[スコープ (プログラミング)|スコープ]]のレベルによるデータのカプセル化については、アクセスする手続きもまた隠蔽できなければならなかったため、Simulaでは実装されなかった。{{sfn|Dahl|2004}}


初期の段階では、Simulaはプログラミング言語[[ALGOL]] 60のための手続きパッケージとされていた。しかし、ALGOLによる制約に不満を感じた研究者たちは、UNIVAC ALGOL 60コンパイラを使用した本格的なプログラミング言語としてSimulaを開発することにした。ダールとニゴールは1965年から1966年にかけてSimulaの普及に尽力し、スウェーデン、ドイツ、[[ソビエト連邦]]などでSimulaの使用が増加した。1968年には、[[バロース B5000]]上で広く利用されるようになり、後には[[ウラル・コンピュータ|URAL-16コンピュータ]]上にも実装された。1966年、ダールとニゴールはSimulaの[[コンパイラ]]を書いた。彼らは、{{仮リンク|SIMSCRIPT|en|SIMSCRIPT}} (自由形式の英語的な汎用シミュレーション言語)を実装に用いて、[[アントニー・ホーア]]のレコード・クラス概念を取り入れることに熱心に取り組んだが、彼らは、一般化されたプロセスの概念として、レコード・クラスの属性を保持する層と、接頭辞 (prefix) の系列を保持する層の二層構造とする方式に辿り着いた。
== 特徴 ==
接頭辞の系列を通じて、プロセスは先行する定義を参照し、それらの属性を追加することができる。このようにしてSimulaは、クラスとサブクラスの階層を導入し、これらのクラスからオブジェクトを生成することを可能にする方法を導入することとなった。{{sfn|Nygaard|Dahl|1978}}
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。


1972年には[[System/360|IBM System/360]]および[[System/370|IBM System/370]]の[[IBMメインフレーム]]用にSimula 67コンパイラが完成{{sfn|Holmevik|1994}}。同年、フランスの[[CII 10070]]および[[CII Iris]] 80[[メインフレーム]]用のSimula 67コンパイラが無償で提供された。1974年には、Simulaユーザー会は23カ国のメンバーを有するまでになっていた。1975年初頭、[[PDP-10|DECsystem-10]]メインフレームファミリー用のSimula 67コンパイラが無償でリリースされ、同年8月までにDECsystem-10のSimula 67コンパイラは28サイトにインストールされた (そのうちの22サイトは北米)。オブジェクト指向のプログラミング言語としてSimulaは、貨物港における船舶と積載貨物の動きを調査・改善するための研究のような、物理モデリングの研究に携わる研究者に主に利用されていた{{sfn|Holmevik|1994}}。
#[[カプセル化]](''encapsulation'')
#[[継承 (プログラミング)|継承]](''inheritance'')
#[[ポリモーフィズム|多態性]](''polymorphism'')
#[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージパッシング]](''message passing'')
#[[ダイナミックバインディング|遅延バインディング]](''late binding'')


1970年代、[[パロアルト研究所|Xerox パロアルト研究所(PARC)]]において、[[アラン・ケイ]]、[[ダン・インガルス]]、[[アデル・ゴールドバーグ]]らによって、プログラミング言語[[Smalltalk]]の最初のバージョンが開発された。Smaltalk-72はプログラミング環境を含み、[[動的型付け]]であり、当初は[[コンパイラ|コンパイル]]してからの実行ではなく[[インタプリタ]]実行であった。Smalltalkは、言語レベルでのオブジェクト指向の適用と、グラフィカルな開発環境で注目されたが、Smalltalkが様々なバージョンを経て成長するにつれ、この言語への関心も高まっていった{{sfn|Meyer|2009}}。
=== カプセル化 ===
SmalltalkはSimula 67で導入されたアイデアの影響を受けてはいるものの、クラスを動的に生成・変更できるなど、完全に動的なシステムとして設計された{{sfn|Kay|1993}}。
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。


1970年代、Smalltalkは[[LISP#LISPの歴史|Lispコミュニティ]]に影響を与え、Lispコミュニティは、[[Lispマシン]]を通じて開発者に紹介されたオブジェクトベースの技術を取り入れた。Lispの様々な拡張機能(LOOPS や{{仮リンク|Flavors|en|Flavors (programming language)}}などが導入した[[多重継承]]や[[Mixin]])の試みは、最終的に[[関数型プログラミング]]とオブジェクト指向プログラミングを統合し、{{仮リンク|メタオブジェクト・プロトコル|en|Metaobject protocol}}による拡張を可能にした[[Common Lisp Object System|Common Lispのオブジェクト指向システム]] (CLOS) へとつながった。
=== 継承 ===
1980年代には、メモリ上のオブジェクトをハードウェアでサポートするプロセッサ・アーキテクチャを設計する試みがいくつか行われたが、[[Intel iAPX 432]]や[[リン (企業)|Linn Smart]]、{{仮リンク|Rekursiv|en|Rekursiv}}など、いずれも商業的に成功しなかった。
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]]、プロトコルなどと呼ばれる。


1981年、ゴールドバーグは[[バイト (雑誌)|Byte Magazine]] 8月号のSmalltalk特集号で、Smalltalkとオブジェクト指向プログラミングをより多くの人々に紹介した。
=== 多態性 ===
1986年、[[Association for Computing Machinery|ACM]]が主催する第一回[[OOPSLA]]が開催され、予想に反して1,000人が参加した。1980年代半ばには、[[ITT (企業)|ITT]]でSmalltalkを使っていた[[ブラッド・コックス]]によって[[Objective-C]]が開発され、博士論文でSimulaを扱っていた[[ビャーネ・ストロヴストルップ]]よってオブジェクト指向の[[C++]]が作られた{{sfn|Meyer|2009}}。
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、コンパイル時のメソッド名から呼び出されるプロセス内容は実行時に決定されるという機構を意味する{{仮リンク|サブタイプ多相|en|subtyping|label=}}を指す。サブタイプ多相は{{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[[関数へのポインタ|各メソッドへのポインタ]]を連ねた[[Vtable|仮想呼出テーブル]]と呼ばれる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。サブタイプ多相における'''動的ディスパッチ'''は、[[プロトタイプベース]]のオブジェクトのメソッド名スロットに差し込まれる実体メソッド参照が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定されるという仕組みを指す。[[クラスベース]]の方では[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]機能によって同様に、メソッド名から呼び出されるプロセス内容が実行時に決まるという仕組みが実装される。
1985年には、[[バートランド・メイヤー]]も[[Eiffel]]の最初の設計を行った。ソフトウェアの品質に焦点を当てたEiffelは、純粋なオブジェクト指向プログラミング言語であり、ソフトウェアのライフサイクル全体をサポートする記法をもつ。メイヤーは、ソフトウェア工学とコンピュータサイエンスの少数の重要なアイデアに基づいたEiffelでのソフトウェア開発手法を{{仮リンク|オブジェクト指向入門|en|Object-Oriented Software Construction}}で解説している。Eiffelでは、メイヤーが開発した信頼性担保の機構である[[契約プログラミング]]が、開発手法と言語の双方に不可欠な要素となっている。


[[File:Tiobeindex.png|thumb|350px|[[:en:TIOBE index|TIOBE]] [[:en:Measuring programming language popularity|プログラミング言語の人気ランキング]]の2002年から2018年のグラフ。2000年代のオブジェクト指向言語[[Java]] (青)と[[手続き型プログラミング]]言語[[C言語|C]] (黒)の首位争いの様子]]
=== メッセージパッシング ===
1990年代前半から半ばにかけて、オブジェクト指向プログラミングは、その技術をサポートするプログラミング言語が広く普及したことにより、[[プログラミングパラダイム]]として主要なものとなった。その中には、[[Microsoft Visual FoxPro|Visual FoxPro]] 3.0<ref group="注">1995年6月 Visual FoxPro 3.0, FoxPro は手続き型言語からオブジェクト指向言語へと進化した。Visual [[FoxPro]] 3.0では、データベースコンテナ、シームレスなクライアント/サーバー機能、ActiveXのサポート、OLEオートメーションとヌルのサポートが導入された。[http://www.foxprohistory.org/foxprotimeline.htm#summary_of_fox_releases Summary of Fox releases]</ref><ref>FoxProの歴史: [http://www.foxprohistory.org/tableofcontents.htm Foxprohistory.org]</ref><ref>1995年のVisual FoxPro 3.0 レビュー/ガイド: [http://www.dfpug.de/loseblattsammlung/migration/whitepapers/vfp_rg.htm DFpug.de]</ref>、[[C++]]<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=MHmqfSBTXsAC&pg=PA16|title=Object Oriented Programming with C++, 1E|isbn=978-81-259-2532-3|last1=Khurana|first1=Rohit|date=1 November 2009}}</ref>、[[Delphi]]<ref>マイナビTECH+: Delphiがトップ20位から脱落: 「Delphiは2001年6月にトップ20位入りを果たし、2000年代初頭には最も人気のある統合開発環境として広く使用されていた。」[https://news.mynavi.jp/techplus/article/20200306-988782/]</ref>などがある。
{{Quotation|''I thought of objects being like biological cells and/or individual computers on a network, only able to communicate with messages.''
その勢力は、オブジェクト指向プログラミング技術に支えられた[[グラフィカルユーザインタフェース]]の人気向上と共に高まった。動的なGUIライブラリとOOP言語が密接に連携している例としては、Smalltalkを規範にしたCのオブジェクト指向の動的メッセージング拡張である[[Objective-C]]で書かれた[[macOS]]の[[Cocoa (API)|Cocoa]]フレームワークなどが挙げられる。また、OOPツールキットの存在は、[[イベント駆動型プログラミング]]の人気を高めることにも繋がった(ただし、この概念はOOPに限定されるものではない)。
[[チューリッヒ工科大学]]では、[[ニクラウス・ヴィルト]]らが、[[抽象化_(計算機科学)#データ抽象化|データ抽象化]]や{{仮リンク|モジュール化プログラミング|en|Modular programming}}などの研究を行っていた (ただし、これらは1960年代以前にも一般的に使われてはいた)。
1978年に発表された[[Modula-2]]にはこの2つが盛り込まれており、その後に発表された[[Oberon]]では、オブジェクト指向やクラスなどに対する独自のアプローチが盛り込まれている<ref name=ETH>{{Cite report |last=Wirth |first=Niklaus |title=From Modula to Oberon and the programming language Oberon |series=ETH Technical Reports D-INFK |volume=Band 82 |publisher=Wiley |url=https://doi.org/10.3929/ethz-a-005363226}}</ref>。


オブジェクト指向の機能は、[[Ada]]、[[BASIC]]、[[Fortran]]、[[Pascal]]、[[COBOL]]など、既存の多くの言語に追加されていったが、しかし、設計当初にこれらの機能を想定していなかった言語に追加した場合、コードの互換性や保守性には問題が生じることが多かった。
(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}}{{Quotation|''... each object could have several algebras associated with it, and there could be families of these, and that these would be very very useful.''


最近では、主としてオブジェクト指向でありながら、手続き型プログラミングの方法論にも対応した言語が数多く登場している。そのような言語としては、[[Python]]や[[Ruby]]がある。最近の商業的なオブジェクト指向言語で最も重要なものには、[[サン・マイクロシステムズ]]社が開発した[[Java]]や、Microsoftの[[.NET Framework|.NET]]プラットフォーム用に設計された[[C Sharp|C#]]、[[Visual Basic .NET]] (VB.NET) が挙げられる。
(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}}{{Quotation|''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.''
これら二つのフレームワークは、実装を抽象化することによるOOP使用の利点をそれぞれの方法で示している。VB.NETとC#間では言語間継承をサポートしており、一方の言語で定義されたクラスが他方の言語で定義されたクラスをサブクラス化することができる<ref>共通型システム|Microsoft Docs [https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/standard/base-types/common-type-system]</ref>。


== OOPLの特徴 ==
(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}}
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->オブジェクト指向プログラミング言語 ('''OOPL''') では、オブジェクトを使用するが、言語仕様でOOP対応を謳っていても、関連する技術や構造のすべてが言語機能により直接サポートされているわけではない。以下に挙げる特徴は、特に言及されている例外を除いて、クラス指向やオブジェクト指向の傾向が強いとされる言語 (あるいはOOPをサポートする[[マルチパラダイムプログラミング言語]])に共通すると考えられるものである。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->


=== 非OOPLとの共通点 ===<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
=== 遅延バインディング ===
; [[変数 (プログラミング)|変数]]: [[整数型]]や英数字の[[キャラクタ (コンピュータ)|文字]]のような形式化された少数の組み込み[[データ型]]の情報、または、[[文字列]]、[[リスト (抽象データ型)|リスト]]、[[ハッシュテーブル]]などの[[データ構造]]に、組み込み型もしくは、[[ポインタ (プログラミング)|ポインタ]]が格納されたものを結果として格納することができる。
{{Quotation|''I realized that the cell/whole-computer metaphor would get rid of data,'' ...
; 手続き(関数、メソッド、[[サブルーチン]]とも呼ばれる): 入力を受け取り、出力を生成し、データを操作する。近年の言語には、[[制御構造#ループ|ループ]]や[[if文|条件構文]]のような[[構造化プログラミング]]の構成要素が含まれる。


[[:en:Modular programming|モジュラープログラミング]]サポートでは、手続きをファイルやモジュールにまとめて整理する機能がある。モジュールは[[名前空間]]を持つため、あるモジュールの識別子が、他のモジュールの同名の手続きや変数と衝突することを避けることができる。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
(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}}{{Quotation|''... 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.''


=== クラスとオブジェクト ===
(''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}}
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->オブジェクト指向プログラミング(OOP)をサポートする言語は、コードの再利用と拡張性のために、典型的には、[[クラスベース|クラス]]または[[プロトタイプベース|プロトタイプ]]の形で[[継承 (プログラミング)|継承]]を使用する。クラスを使用するものは、主に二つの概念をサポートする。
; [[クラス (コンピュータ)|クラス]]
: 与えられた型やクラスのオブジェクトのデータ形式やそれらを利用可能な手続きの定義であり、また、データや手続き (クラスメソッドとも呼ばれる)そのものを含む場合もある。つまり、クラスは、メンバーとなるデータや手続きを含むものである。
; [[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]
: クラスのインスタンス
<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->


<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->オブジェクトは、システムが扱おうとする(多くは現実世界の)対象を表現したものである。例えば、描画アプリケーションにおける「円」・「四角」・「メニュー」などのオブジェクトや、オンラインショッピングシステムにおける「ショッピングカート」・「顧客」・「商品」などのオブジェクトがある<ref>{{cite book|last=Booch|first=Grady|title=Software Engineering with Ada|year=1986|publisher=Addison Wesley|isbn=978-0-8053-0608-8|page=220|url=https://en.wikiquote.org/wiki/Grady_Booch|quote=Perhaps the greatest strength of an object-oriented approach to development is that it offers a mechanism that captures a model of the real world.}}</ref>。
== 歴史 ==
オブジェクトは、ファイルのオープンを表すオブジェクトや、[[米国慣用単位]]から[[メートル法]]に変換するサービスを提供するオブジェクトのように、より抽象的なエンティティを表すこともある。
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]] ({{Lang|en|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 (プログラミング)|再利用]]、[[部品化 (プログラミング)|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]]''' ({{Lang|en|software engineering}}) の誕生)などが行われるようになった。


{{Quote box
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[[プロシージャ|手続き]]や[[関数 (プログラミング)|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]]''' ({{Lang|en|structured programming}}) として{{要出典範囲|date=2019年2月|[[1967年]]}}に[[エドガー・ダイクストラ]] ({{Lang|en|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。
|quote = オブジェクト指向プログラミングとは、単なるクラスやオブジェクトではなく、データフィールドやメソッドを含んだオブジェクト (データ構造)を中心としたプログラミングパラダイム全般のことです。クラスを使って、関係のないメソッドをまとめて整理する——これがオブジェクト指向の本質ではないことを理解しましょう。
|author = Junade Ali
|source = ''Mastering PHP Design Patterns''{{harv|Ali|2016|p=11}}
|width = 50%
|align = right
}}


各々のオブジェクトは、特定のクラスの[[インスタンス]]と呼ばれる (例えば、<code>name</code>フィールドに <code>"Mary"</code>が設定されているオブジェクトは、クラス<code>Employee</code>のインスタンスとなる)。OOPの手続きは[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]と呼ばれ、変数は、[[フィールド (計算機科学)|フィールド]]、メンバー、属性、プロパティとも呼ばれる。関連して、以下のような用語がある
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]]''' ({{Lang|en|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 (コンピュータ)|クラス]]とその[[継承 (プログラミング)|継承]]など)まで考慮して生まれたのが[[オブジェクト (プログラミング)|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|Simula 67]]<!--言語機能としての「クラス」はSimula 67から-->)。
; [[クラス変数]]
: クラス自体に属する。変数をクラス全体に唯一のものとして所有する。
; [[インスタンス変数]]または属性
: 各々のオブジェクトに属する。データはオブジェクトごとに所有する。
; [[メンバ変数]]
: 特定のクラスで定義されるクラス変数とインスタンス変数の両方を指す。
; [[クラスメソッド]]
: クラス自体に属する。クラス変数へのアクセスのみ有し、手続き呼び出しからの入力のみ受け付ける。
; [[インスタンスメソッド]]
: 各々のオブジェクトに対して、呼び出された特定のオブジェクトのインスタンス変数、入力、およびクラス変数にアクセスできる。


オブジェクトは、複雑な内部構造を持った変数のようにアクセスされるが、多くの言語で実質的には[[ポインタ (プログラミング)|ポインタ]]でありインスタンス (ヒープやスタック内のメモリ上オブジェクト)への参照として機能する。オブジェクトは、内部コードと外部コードを分離を可能とする[[抽象化 (計算機科学)|抽象化]]の層を提供する。外部のコードは、特定の入力引数の組み合わせで特定のインスタンスメソッドを呼び出したり、インスタンス変数を読み込んだり、インスタンス変数に書き込んだりすることで、オブジェクトを使用することができる。オブジェクトは、[[コンストラクタ]]と呼ばれるクラス内の特定メソッドを呼び出すことで生成される。プログラムは実行中に、それぞれ独立して操作することが可能な同じクラスのインスタンスを多数作成することができる。これは、同じ手続きを異なるデータセットで簡便に利用する方法となる。
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――[[ポリモーフィズム|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 (計算機科学)|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。


クラスを使用するOOPを[[クラスベース]]・プログラミングと呼ぶことがあるが、[[プロトタイプベース]]・プログラミングではクラスを使用しないのが一般的である。そのため、'''オブジェクト'''と'''インスタンス'''という概念の定義は、それぞれで大きく異なるが類似した用語が用いられている。
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]]、[[メソッド (計算機科学)#仮想関数|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[[メソッド (計算機科学)|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。


言語によっては、[[トレイト]]や[[mixin]]のような概念を用いてクラスやオブジェクトを構成することが可能である。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
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、[[ガベージコレクション|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。


=== クラスベース対プロトタイプベース ===
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。
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->[[クラスベース|クラスベースの言語]]では、予め''クラス''が定義され、そのクラスに基づいて''オブジェクト''がインスタンス化される。例えば、''apple''と''orange''という2つのオブジェクトが、''Fruit''というクラスからインスタンス化された場合、それらは本質的には果物であり、同じように取り扱えることの保証がされる。


[[プロトタイプベース|プロトタイプベースの言語]]では、''オブジェクト''が主要な実体である。''クラス''は存在しない。オブジェクトの''プロトタイプ''とは、あるオブジェクトからリンクされている別のオブジェクトに過ぎない。すべてのオブジェクトは一つの''プロトタイプ''リンクを持つ (一つのみ)。新しいオブジェクトは、プロトタイプとして選ばれた既存のオブジェクトに基づいて作成することができる。''fruit''オブジェクトが存在し、''apple''と''orange''の両方が''fruit''をプロトタイプとしている場合、2つの異なるオブジェクト''apple''と''orange''を果物と考えることができる。''fruit''「クラス」という概念は明示的には存在しないが、同じプロトタイプを共有するオブジェクトの[[同値類|同値クラス]]としては存在する。''プロトタイプ''の属性やメソッドは、このプロトタイプで定義された同値クラスのすべてのオブジェクトから[[委譲]]先とされる。オブジェクト固有の属性やメソッドは、同値クラスの他のオブジェクトに共有されない場合がある。例えば、属性''sugar_content''は''apple''には予期せず存在しない場合がある。プロトタイプで実装できるのは[[:en:Multiple_inheritance#Single_inheritance|単一継承]]のみである。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
[[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[[仮想機械|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。


=== 動的ディスパッチとメッセージパッシング ===
== 代表的なオブジェクト指向言語 ==
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
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。
メソッドの呼び出しに応じて実行する手続きのコードを選択するのは、外在するコードではなく、オブジェクトの責任である。典型的には、オブジェクトに関連付けられたテーブルから実行時にメソッドを検索するが、この機能は[[:en:Dynamic dispatch|動的ディスパッチ]]として知られており、[[抽象データ型]] (またはモジュール)において、すべてのインスタンスの操作が静的に実装されているのとは対照的である。呼び出しの変化が、呼び出されたオブジェクトの単一の型にのみには依らない場合 (つまり複数のオブジェクトがメソッド選択に関与する場合)、[[多重ディスパッチ]]と呼ばれる。
[[ファイル:History of object-oriented programming languages.svg|境界|中央|フレームなし]]
;[[Simula|Simula 67]] 1967年
: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。
;[[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。
;[[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 (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]]によるサブタイプ多相、[[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。
;[[Objective-C]] 1984年
:[[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。
;[[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。
;[[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、[[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。多重継承を採用しているが、継承間で名前衝突する全メンバはオーバーライドとリネーミングによる事前解決が求められる。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。
;[[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[[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。
;[[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 (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。
;[[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。
;[[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[[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。
;[[C Sharp|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 (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。サブタイプ多相は、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。
;[[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プ多相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。
;[[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プ多相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 (プログラミング言語)|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。


メソッド呼び出しは、[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージパッシング]]とも呼ばれる。これは、メソッド呼び出しを、ディスパッチのためにオブジェクトに渡されるメッセージ (メソッドの名前とその入力引数)として概念化したものである。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
== 用語と解説 ==


=== カプセル化 ===
==== [[クラス (コンピュータ)|クラス]] ====
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->[[カプセル化]]とは、オブジェクト指向プログラミングにおいて、データとそのデータを操作する関数を結び付け、両者を外部からの干渉や誤用から守ることである。データのカプセル化は、OOPの重要な概念である{{仮リンク|情報隠蔽|en|Information hiding|redirect=1}}にも通じる。
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。


クラスがメソッドを通じてのみオブジェクトの内部データへのアクセスを許可し、それ以外の呼び出しコードにアクセスを許可しない場合、これはカプセル化として知られる強力な抽象化、または情報隠蔽の形態である。いくつかの言語 (Javaなど)では、クラスがアクセス制限を明示的に行うことができる。例えば、内部データであることを<code>private</code>というキーワードで指定し、クラス外のコードが使用することを意図したメソッドを<code>public</code>というキーワードで指定することができる。また、メソッドはpublic、private、または<code>protected</code> (同クラスとそのサブクラスからのアクセスは許可するが、異なるクラスのオブジェクトからのアクセスは許可しない)のように中間のアクセスレベルとすることもできる。また他の言語 (Pythonなど)では、アクセス制限は、命名法などの慣例によってのみ強制される (例えば、<code>private</code>のメソッドは[[アンダースコア]]で始まる名前を持つ、など)。カプセル化することで、外部のコードがオブジェクトの内部動作に関与してしまうことを防ぐことができ、[[リファクタリング (プログラミング)|リファクタリング]]を容易にする。例えば、クラスの設計者は、外部のコードは変更することなく、そのクラスのオブジェクト内部のデータ表現を変更することができる (公開されているメソッドの呼び出しが同じように動作する限りにおいて)。また、特定のデータに関連するすべてのコードを同じクラスに配置することで、他のプログラマが理解しやすいように整理することもできる。カプセル化は、[[結合度|疎結合]]を促進する技術である。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
==== 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。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。


=== コンポジション、継承、委譲 ===
==== [[メッセージ (コンピュータ)|メッセージ]] ====
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->オブジェクトは、そのインスタンス変数に他のオブジェクトを含めることができ、これを[[:en:object composition|オブジェクトコンポジション]]と呼ぶ。例えば、"従業員"クラスのオブジェクトは、"名前" や "役職"といった自身のインスタンス変数に加えて、"住所"クラスのオブジェクトを (直接またはポインタを介して)含むことができる。
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[[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。
オブジェクトコンポジションは、"has-a" の関係を表現するために使用できる。例えば、すべての従業員は住所を持っているので、すべての"従業員"オブジェクトは、"住所"オブジェクトを格納する場所 (オブジェクトに直接埋め込まれていることも、ポインターで指定された別の場所に格納されることもある)にアクセスできる。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->


<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->クラスをサポートする言語は、大抵は[[継承 (プログラミング)|継承]]をサポートしている。継承とは、クラスを「○○は△△である」という関係("is-a-type-of")の階層に配置することであるが、例えば、<code>Employee</code> クラスは <code>Person</code> クラスを継承する場合、親クラスで利用できるデータやメソッドは、子クラスでも同じ名前で利用可能である。また、<code>Person</code> クラスは、<code>first_name</code> と <code>last_name</code> という変数を <code>make_full_name()</code> というメソッドで定義した場合、これらの定義は<code>Employee</code>クラスでも利用可能である。加えて、<code>Employee</code>クラスには変数 <code>position</code> と <code>salary</code> を追加することもできる。この手法では、同じ手続きやデータ定義を簡単に再利用できるだけでなく、現実世界の関係を直感的に反映できる可能性を広げる。開発者は、データベースのテーブルやプログラミングのサブルーチンを扱うのではなく、開発アプリケーションのユーザーがより精通しているドメインのオブジェクトを扱うことができる<ref>{{cite book|last=Jacobsen|first=Ivar|title=Object Oriented Software Engineering|year=1992|publisher=Addison-Wesley ACM Press|isbn=978-0-201-54435-0|pages=[https://archive.org/details/objectorientedso00jaco/page/43 43–69]|author2=Magnus Christerson|author3=Patrik Jonsson|author4=Gunnar Overgaard|url=https://archive.org/details/objectorientedso00jaco/page/43}}</ref>。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
==== [[インスタンス]] ====
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。


<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->サブクラスはスーパークラスで定義されたメソッドをオーバーライドできる。言語よっては[[:en:Multiple inheritance|多重継承]]が可能だが、多重継承ではオーバーライドの解決は複雑になる可能性がある。また、言語によっては[[mixin]]を特別にサポートしているものもあるが、多重継承をサポートする言語では、mixinは単に ''is-a-type-of'' の関係を表すことのないクラスの一つである。mixinは典型的には、同一のメソッドを複数のクラスに追加するために使われる。例えば、共通の親クラスを持たない<code>FileReader</code>クラスと<code>WebPageScraper</code>クラスに、<code>unicode_to_ascii()</code>というメソッドを持つ<code>UnicodeConversionMixin</code>クラスを含ませる(mixinする)ことにより共通のメソッドを提供することができる。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
==== [[フィールド (計算機科学)|データメンバ]] ====
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。


<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1055370410 の翻訳 -->[[抽象型|抽象クラス]]は、オブジェクトへインスタンス化することはできない。インスタンス化できる他の具象クラスが継承するためにのみ存在する。Javaでは、<code>[[final (Java)|final]]</code>キーワードを用いて、クラスがサブクラス化されるのを防止できる。
==== [[メソッド (計算機科学)|メソッド]] ====
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。


[[:en:Composition over inheritance|Composition over inheritance]]の方針は、継承の代わりに合成を使って has-a 関係を実装することを提唱している。例えば、EmployeeクラスはPersonクラスを継承する代わりに、各Employeeオブジェクトの内部にPersonオブジェクトを含めることで、仮にPersonクラスが公開された属性やメソッドを多数持っていても、外部のコードからは隠せるようにする。また、[[Go (プログラミング言語)|Go]]のように、継承を全くサポートしていない言語も存在する。
==== [[コンストラクタ]] ====
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。


[[開放/閉鎖原則]]は、クラスやメソッドは「拡張に対しては開放的であるが、変更に対しては閉鎖的であるべき」という原則を提唱している。
==== [[デストラクタ]] ====
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。


[[委譲]]もまた、継承の代わりに利用できる言語機能である。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1055370410 の翻訳 -->
==== 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。


=== ポリモーフィズム ===
==== [[インタフェース (抽象型)|インターフェース]] ====
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->[[サブタイピング (計算機科学)|サブタイピング]] ([[ポリモーフィズム]]の一形態)では、呼び出すコードが、サポートされている階層のどのクラスを操作しているのか (親クラスなのかその子孫なのか)という詳細には関知しないことが可能である。一方、継承階層内のオブジェクト間では、同じ操作名でも挙動が異なる場合がある。
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)で構成される純粋抽象~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|記名的型付け|en|Nominal type system|label=}}に準拠しているのでインターフェースの実装の明記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。


例えば、Circle型とSquare型のオブジェクトが、Shapeという共通のクラスから派生している場合、Shapeの各型のDraw関数は、それぞれの描画に必要な機能を実装しているが、呼び出しのコードは、描画されるShapeが特定の型であるかどうかには無関心でいられる。
==== [[ミックスイン]] ====
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。


これもまた、クラス階層からコードを引き離して単純化し、強力な[[関心の分離]]を可能にする抽象化の一種である。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
==== [[メタクラス]] ====
(''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。


=== オープンな再帰 === <!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
==== [[リフレクション (情報工学)|リフレクション]] ====
[[:en:This_(computer_programming)#Open_recursion|オープンな再帰]]<ref>{{Cite book|和書|title=型システム入門 |publisher=オーム社 |year=2013 |page=185}} 18.10 selfを介したオープンな再帰</ref>をサポートする言語では、オブジェクトのメソッドは同じオブジェクト上の他のメソッドや自分自身を呼び出すことができる。通常は<code>this</code>や<code>self</code>と呼ばれる特別な変数やキーワードを使用して呼び出しをするのが一般的であるが、この変数は「[[束縛_(コンピュータ)#名前束縛|遅延結合]]」であり、あるクラスで定義されたメソッドが、そのサブクラスで後から定義された別のメソッドを呼び出すことができる。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 -->
(''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内部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 ====
== デザインパターン ==
遅延バインディング(''late binding'')と動的バインディングはほぼ同じ意味で用いられているが、前者は特にリフレクション機能を通して実装される方を指す。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仕組みなどである。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。


==== 動的ディスパッチ ====
=== 継承とBehavioral subtyping ===
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1057169575 の翻訳 -->継承は[[プログラム意味論|意味論]]的には [[is-a]] の関係を作るため、サブクラスからインスタンス化されたオブジェクトは、スーパークラスからインスタンス化されたオブジェクトの代わりに、常に''安全に''使用できる、と推測するのは直感的ではあるが、この直観は、ほとんどのOOPL、特に[[イミュータブル|ミュータブル]]なオブジェクトを許可している言語では誤りである。 (ミュータブルなオブジェクトを持つ)OOPLの型検査器によって強制される[[ポリモーフィズム|部分型付け (部分型多相/サブタイピング多相)]]では、いかなる状況でも、振る舞いにおける部分型付け ([[:en:Behavioral subtyping|Behavioral subtyping]]) は保証することはできない。 Behavioral subtyping は一般に決定不能であり、プログラム (コンパイラ)では実装できない。クラスやオブジェクトの階層は、文法間違いでは検出できない使い方がされる可能性を考慮に入れて、慎重に設計する必要がある。この問題は[[リスコフの置換原則]]としても知られている。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1057169575 の翻訳 -->
(''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、メソッド識別子にマッピングされている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ではなく実行時のその都度に確定されることになる。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。


==== [[動的束縛|動的バインディグ]] ====
=== GoFデザインパターン ===
{{Main|デザインパターン (ソフトウェア)}}
(''dynamic binding'')は特定の識別子から呼び出されるメソッドないし参照されるデータメンバが、コンパイル時ではなく実行時に決められる仕組み全般を指す用語である。プロトタイプベースのオブジェクトからメソッドとデータメンバが参照される機構、仮想関数メソッドから派生クラスのメソッドが呼び出されるシングルディスパッチ機構、メソッドに渡された実引数を実行時型チェックしてその結果に従いプロセスを分岐させるシングルディスパッチ~多重ディスパッチ機構などが例である。

=== オブジェクト指向とデータベース ===
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1057169575 の翻訳 -->
{{Main|[[インピーダンスミスマッチ|オブジェクト-リレーションインピーダンスミスマッチ]]|オブジェクト関係マッピング|オブジェクトデータベース}}

OOPL と[[関係データベース管理システム]] (RDBMS) は、どちらも{{As of|2021|alt=今日}}のソフトウェアとして非常に一般的であるが、双方を接続する場合、[[関係データベース]]は、オブジェクトを直接格納しないため (ただし、今日ではこれに近しい拡張機能を持つ RDBMS も存在する)、この二つの世界を橋渡しすることが一般的な需要として擡頭した。アクセス方法やデータパターンを OOPL と RDB との間で橋渡しする際の問題は、オブジェクト-リレーションの[[インピーダンスミスマッチ]]と呼ばれている。
この問題に対処するためのアプローチはいくつかある。欠点のない一般的な解決策といえるものはない<ref name="RDMDBobjectmis">{{Cite web| first = Ted| last = Neward| title = The Vietnam of Computer Science| date = 26 June 2006| access-date = 2 June 2010| publisher = Interoperability Happens| url = http://blogs.tedneward.com/2006/06/26/The+Vietnam+Of+Computer+Science.aspx| archive-url = https://web.archive.org/web/20060704030226/http://blogs.tedneward.com/2006/06/26/The+Vietnam+Of+Computer+Science.aspx| archive-date = 4 July 2006| url-status = dead| df = dmy-all}}</ref>が、代表的なものとして、[[オブジェクト関係マッピング]](ORM)があり、[[Microsoft Visual FoxPro|Visual FoxPro]]などの[[統合開発環境|IDE]]言語や、Java Data Objects、[[Ruby on Rails]]の[[Active Record]]などのライブラリが存在する。

また、RDBMS を代替する[[オブジェクトデータベース]]も存在するが、技術的にも商業的にも RDBMS ほど広く成功は収めていない。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1057169575 の翻訳 -->

=== OOPと制御構造 ===
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1055370410 の翻訳 -->OOPは、ソースコードの[[コードの再利用|コードの再利用性]]や[[ソフトウェア保守|ソフトウェアの保守性]]を高めるよう発展してきたが<ref name="realisticcodereuse">{{Cite web| first = Scott| last= Ambler| title = A Realistic Look at Object-Oriented Reuse| date=1 January 1998| access-date=4 July 2010| publisher = drdobbs.com| url=http://www.drdobbs.com/184415594}}</ref> 、ある時期までは[[制御構造|制御フロー]]の透過的な表現については、あまり省みられることもなく、コンパイラが任意に処理すれば良いと考えられてきた。しかし、OOPでの実現にはある種の困難を伴うものの、並列ハードウェアや[[スレッド (コンピュータ)|マルチスレッドコーディング]]の重要性が増すにつれ透過的な制御フローの開発は重要になってきている<ref name="flaws">{{Cite web| first = Asaf| last= Shelly |title = Flaws of Object Oriented Modeling| date=22 August 2008|access-date=4 July 2010| publisher = Intel Software Network| url=http://software.intel.com/en-us/blogs/2008/08/22/flaws-of-object-oriented-modeling/}}</ref><ref name="multithreadingisaverb">{{Cite web| first = Justin| last = James| title = Multithreading is a verb not a noun| date = 1 October 2007| access-date = 4 July 2010| publisher = techrepublic.com| url = http://blogs.techrepublic.com.com/programming-and-development/?p=518| archive-url = https://web.archive.org/web/20071010105117/http://blogs.techrepublic.com.com/programming-and-development/?p=518| archive-date = 10 October 2007| url-status = dead| df = dmy-all}}</ref><ref name="multicore">{{Cite web| first = Asaf| last= Shelly| title = HOW TO: Multicore Programming (Multiprocessing) Visual C++ Class Design Guidelines, Member Functions| date=22 August 2008| access-date=4 July 2010| publisher = support.microsoft.com| url=http://support.microsoft.com/?scid=kb%3Ben-us%3B558117}}</ref><ref>{{cite web|url=http://existentialtype.wordpress.com/2011/04/17/some-advice-on-teaching-fp/|title=Some thoughts on teaching FP|author=Robert Harper |publisher=Existential Type Blog|access-date=5 December 2011|date=17 April 2011|author-link=Robert Harper (computer scientist)}}</ref>。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1055370410 の翻訳 -->

=== 責任駆動設計 対 データ駆動設計 ===
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1057169575 の翻訳 -->[[:en:Responsibility-driven design|責任駆動設計]]では、クラスは、共有する情報とそれを扱う責務という観点から定義されるべきであるとし、クラス定義 (とその利用者)の契約として設計する。Wirfs-BrockとWilkersonは、責任駆動設計と対比して、[[:en:Data-driven programming|データ駆動設計]]は、クラスが保持すべきデータ構造のみを中心に定義されるとし、責任駆動型の設計が望ましいとしている<ref name="Wirfs-Brock1989">{{cite journal|last1=Wirfs-Brock|first1=Rebecca|last2=Wilkerson|first2=Brian|title=Object-Oriented Design: A Responsibility-Driven Approach|journal=ACM SIGPLAN Notices|date=1989|volume=24|issue=10|page=74|doi=10.1145/74878.74885}}</ref>。<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1057169575 の翻訳 -->

=== <!-- 以下、[[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 -->SOLID、GRASPのガイドライン ===

[[SOLID]]のガイドラインは、プログラミングにおける五つの実践の頭文字をとった語呂合わせであり、マイケル・C・フェザーズ<ref>https://wiki.c2.com/?MichaelFeathers</ref>が考案し提唱したものである
* '''S''' : [[:en:Single responsibility principle|単一責任の原則(英語版)]]
* '''O''' : [[開放/閉鎖原則]]
* '''L''' : [[リスコフの置換原則]]
* '''I''' : [[:en:Interface segregation principle|インターフェイス分離の原則(英語版)]]
* '''D''' : [[依存性逆転の原則]]

[[GRASP]](General Responsibility Assignment Software Patterns)は、[[:en:Craig Larman|クレーグ・ラーマン]]が提唱したもう一つガイドラインである。
<!-- 以上、[[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 -->

== 形式意味論 ==
{{see also|プログラム意味論}}


== 脚注 ==
== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
{{Notelist2}}
=== 出典 ===
{{Reflist}}
{{Reflist}}

== 出典 ==
* {{Cite journal
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* {{cite web2
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|last2=Ram
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|title=Dr. Alan Kay on the Meaning of “Object-Oriented Programming”
|url=https://www.purl.org/stefan_ram/pub/doc_kay_oop_en
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|date=March 1960
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|quote=In the local M.I.T. patois, association lists [of atomic symbols] are also referred to as "property lists", and atomic symbols are sometimes called "objects".
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* {{Cite book
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|quote=Object&nbsp;— a synonym for atomic symbol
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|author3-link=:en:Daniel Edwards (programmer)
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|ref={{sfnref|LISP 1.5 Programmers Manual|1962}}
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* {{cite book
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|date=1978-08-01
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* {{Cite journal
|last = Dahl
|first = Ole Johan
|year = 2004
|chapter-url = http://www.mn.uio.no/ifi/english/about/ole-johan-dahl/bibliography/the-birth-of-object-orientation-the-simula-languages.pdf
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|bibcode=2009tclp.book.....M
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}}


== 関連項目 ==
== 関連項目 ==
<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1055370410 の翻訳 -->
{{Wikibooks|オブジェクト指向|オブジェクト指向}}
<!-- * [[Comparison of programming languages (object-oriented programming)]] -->
* [[オブジェクト指向]]
<!-- * [[Comparison of programming paradigms]] -->
* [[クラス (コンピュータ)]]
<!-- * [[Component-based software engineering]] -->
* [[メッセージ (コンピュータ)]]
* [[スタンス]]
* [[契約プログラミ]]
<!-- * [[Object association]] -->
* [[フィールド (計算機科学)]]
* [[オブジェクトデータベース]]
* [[メソッド (計算機科学)]]
<!-- * [[Object model reference]] -->
* [[インスタンス変数]]
<!-- * [[Object modeling language]] -->
* [[クラス変数]]
* [[オブジェクト指向分析設計]]
* [[カプセル化]]
<!-- * [[Object-relational impedance mismatch]] (and [[The Third Manifesto]]) -->
* [[継承 (プログラミング)|継承]]
* [[オブジェクト関係マッピング]]
* [[多態性]]

* [[委譲]]
=== システム ===
* [[:en:CADES|CADES]]
* [[Common Object Request Broker Architecture]] (CORBA)
* [[Distributed Component Object Model]]
* [[:en:Distributed Data Management Architecture|Distributed Data Management Architecture]]
* [[:en:Jeroo|Jeroo]]

=== モデリング言語 ===
* [[:en:IDEF4|IDEF4]]
* [[インタフェース記述言語]]
* [[:en:Lepus3|Lepus3]]
* [[統一モデリング言語|UML]]
<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1055370410 の翻訳 -->


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2024年8月3日 (土) 12:42時点における最新版

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、: object-oriented programming, OOP)とは、「オブジェクト」という概念に基づいたプログラミングパラダイムの一つである。

OOPでは、相互に作用するオブジェクトを組み合わせてプログラムを設計する[1][2]

OOPの方法として、クラスベースOOPとプロトタイプベースOOPがある。 クラスベースOOPでは、オブジェクトが属する集合としてクラスを定義し、クラス定義からそのインスタンスとしてオブジェクトを生成する。 プロトタイプベースOOPでは既存のオブジェクト(プロトタイプ)を複製し、プロトタイプの複製に変更を加えることで様々な対象を表すオブジェクトを生成する。

広く使われているプログラミング言語の多く、例えばC++JavaPythonなどは、マルチパラダイムであるが、程度の差はあれ、オブジェクト指向プログラミングをサポートしており、大抵は命令型手続き型プログラミングとの組み合わせで用いられる。

歴史

[編集]
UMLによるクラスの表記法。この Button クラスは、データを表す変数(図中 xsize など)と関数(図中 draw() など)を持つ。一般的なクラスは継承によりサブクラスを持つことができる。また、オブジェクトはクラスのインスタンスである。

アラン・ケイによれば “object-oriented”(オブジェクト指向)という言葉は、1967年ごろケイ自身が考案したものであるという[3]。しかし、現在のオブジェクト指向プログラミングという文脈における「オブジェクト」や「指向」を表す用語が初めて登場したのは、1950年代後半から1960年代前半にかけてのマサチューセッツ工科大学(MIT)においてである。 1960年代初頭の人工知能グループ界隈では、「オブジェクト」はプロパティ(属性)を持つ個体識別可能なアイテム(LISPの atom)を意味していた[4][5]。 後にケイは、1966年にLISPの内部構造を詳細に理解したことが彼の考え方に強い影響を与えたと述べている[3]

私は、オブジェクトとは、生物の細胞やネットワーク上の個々のコンピュータのようもの、そしてそれらのコミュニケーションは専らメッセージによって行なわれるもの、と考えていました (つまり、メッセージングは最初から存在していたのですが、プログラミング言語でメッセージングを実用的かつ効率的に行う方法を見つけるまでには時間がかかりました)。
アラン・ケイ, (Meaning 2003)

MITにおける初期の例としては、この他にも、1960年から1961年にかけてアイバン・サザランドが作成したSketchpadが挙げられる。サザランドは、1963年の技術レポートの用語集 (Sketchpadに関する自身の博士論文をもとにしたもの)で、グラフィカルなインタラクションに特化しているとはいえ「オブジェクト」と「インスタンス」の概念を定義している (クラスの概念は"master"または"definition"として把握されている)。[6] また、MIT版のALGOLであるAED-0では、データ構造 (この言語の方言では"plexes"と呼称)と手続きを直接結びつけ、後に「メッセージ」、「メソッド」、「メンバ関数」と呼ばれるようなものの萌芽がみられる。[7]

1962年、クリステン・ニゴールノルウェー計算センター英語版でシミュレーション言語のプロジェクトを開始した。これは彼が以前に用いたモンテカルロ法と実世界のシステムを概念化する仕事に基づくものであった。オーレ=ヨハン・ダールが正式にプロジェクトに参加し、UNIVAC I (UNIVAC 1107) 上で動作するSimulaプログラミング言語が設計された。Simulaは、クラスオブジェクト、継承、ダイナミックバインディングなど、今日のオブジェクト指向プログラミングには不可欠である重要な概念を導入した。[8] Simulaはまた、プログラミングにおけるデータ保全英語版を考慮して設計されたものでもあった。プログラミングのデータ保全のために参照カウントによる検出プロセスが実装されたのに加え、最終手段としてガベージコレクタ主記憶装置(メモリ)内の使用されていないオブジェクトを削除するようになっていた。しかし、データオブジェクトの概念は1965年には既に確立されていたものの、プライベートやパブリックといった変数スコープのレベルによるデータのカプセル化については、アクセスする手続きもまた隠蔽できなければならなかったため、Simulaでは実装されなかった。[9]

初期の段階では、Simulaはプログラミング言語ALGOL 60のための手続きパッケージとされていた。しかし、ALGOLによる制約に不満を感じた研究者たちは、UNIVAC ALGOL 60コンパイラを使用した本格的なプログラミング言語としてSimulaを開発することにした。ダールとニゴールは1965年から1966年にかけてSimulaの普及に尽力し、スウェーデン、ドイツ、ソビエト連邦などでSimulaの使用が増加した。1968年には、バロース B5000上で広く利用されるようになり、後にはURAL-16コンピュータ上にも実装された。1966年、ダールとニゴールはSimulaのコンパイラを書いた。彼らは、SIMSCRIPT英語版 (自由形式の英語的な汎用シミュレーション言語)を実装に用いて、アントニー・ホーアのレコード・クラス概念を取り入れることに熱心に取り組んだが、彼らは、一般化されたプロセスの概念として、レコード・クラスの属性を保持する層と、接頭辞 (prefix) の系列を保持する層の二層構造とする方式に辿り着いた。 接頭辞の系列を通じて、プロセスは先行する定義を参照し、それらの属性を追加することができる。このようにしてSimulaは、クラスとサブクラスの階層を導入し、これらのクラスからオブジェクトを生成することを可能にする方法を導入することとなった。[7]

1972年にはIBM System/360およびIBM System/370IBMメインフレーム用にSimula 67コンパイラが完成[8]。同年、フランスのCII 10070およびCII Iris 80メインフレーム用のSimula 67コンパイラが無償で提供された。1974年には、Simulaユーザー会は23カ国のメンバーを有するまでになっていた。1975年初頭、DECsystem-10メインフレームファミリー用のSimula 67コンパイラが無償でリリースされ、同年8月までにDECsystem-10のSimula 67コンパイラは28サイトにインストールされた (そのうちの22サイトは北米)。オブジェクト指向のプログラミング言語としてSimulaは、貨物港における船舶と積載貨物の動きを調査・改善するための研究のような、物理モデリングの研究に携わる研究者に主に利用されていた[8]

1970年代、Xerox パロアルト研究所(PARC)において、アラン・ケイダン・インガルスアデル・ゴールドバーグらによって、プログラミング言語Smalltalkの最初のバージョンが開発された。Smaltalk-72はプログラミング環境を含み、動的型付けであり、当初はコンパイルしてからの実行ではなくインタプリタ実行であった。Smalltalkは、言語レベルでのオブジェクト指向の適用と、グラフィカルな開発環境で注目されたが、Smalltalkが様々なバージョンを経て成長するにつれ、この言語への関心も高まっていった[10]。 SmalltalkはSimula 67で導入されたアイデアの影響を受けてはいるものの、クラスを動的に生成・変更できるなど、完全に動的なシステムとして設計された[11]

1970年代、SmalltalkはLispコミュニティに影響を与え、Lispコミュニティは、Lispマシンを通じて開発者に紹介されたオブジェクトベースの技術を取り入れた。Lispの様々な拡張機能(LOOPS やFlavors英語版などが導入した多重継承Mixin)の試みは、最終的に関数型プログラミングとオブジェクト指向プログラミングを統合し、メタオブジェクト・プロトコル英語版による拡張を可能にしたCommon Lispのオブジェクト指向システム (CLOS) へとつながった。 1980年代には、メモリ上のオブジェクトをハードウェアでサポートするプロセッサ・アーキテクチャを設計する試みがいくつか行われたが、Intel iAPX 432Linn SmartRekursiv英語版など、いずれも商業的に成功しなかった。

1981年、ゴールドバーグはByte Magazine 8月号のSmalltalk特集号で、Smalltalkとオブジェクト指向プログラミングをより多くの人々に紹介した。 1986年、ACMが主催する第一回OOPSLAが開催され、予想に反して1,000人が参加した。1980年代半ばには、ITTでSmalltalkを使っていたブラッド・コックスによってObjective-Cが開発され、博士論文でSimulaを扱っていたビャーネ・ストロヴストルップよってオブジェクト指向のC++が作られた[10]。 1985年には、バートランド・メイヤーEiffelの最初の設計を行った。ソフトウェアの品質に焦点を当てたEiffelは、純粋なオブジェクト指向プログラミング言語であり、ソフトウェアのライフサイクル全体をサポートする記法をもつ。メイヤーは、ソフトウェア工学とコンピュータサイエンスの少数の重要なアイデアに基づいたEiffelでのソフトウェア開発手法をオブジェクト指向入門英語版で解説している。Eiffelでは、メイヤーが開発した信頼性担保の機構である契約プログラミングが、開発手法と言語の双方に不可欠な要素となっている。

TIOBE プログラミング言語の人気ランキングの2002年から2018年のグラフ。2000年代のオブジェクト指向言語Java (青)と手続き型プログラミング言語C (黒)の首位争いの様子

1990年代前半から半ばにかけて、オブジェクト指向プログラミングは、その技術をサポートするプログラミング言語が広く普及したことにより、プログラミングパラダイムとして主要なものとなった。その中には、Visual FoxPro 3.0[注 1][12][13]C++[14]Delphi[15]などがある。 その勢力は、オブジェクト指向プログラミング技術に支えられたグラフィカルユーザインタフェースの人気向上と共に高まった。動的なGUIライブラリとOOP言語が密接に連携している例としては、Smalltalkを規範にしたCのオブジェクト指向の動的メッセージング拡張であるObjective-Cで書かれたmacOSCocoaフレームワークなどが挙げられる。また、OOPツールキットの存在は、イベント駆動型プログラミングの人気を高めることにも繋がった(ただし、この概念はOOPに限定されるものではない)。 チューリッヒ工科大学では、ニクラウス・ヴィルトらが、データ抽象化モジュール化プログラミング英語版などの研究を行っていた (ただし、これらは1960年代以前にも一般的に使われてはいた)。 1978年に発表されたModula-2にはこの2つが盛り込まれており、その後に発表されたOberonでは、オブジェクト指向やクラスなどに対する独自のアプローチが盛り込まれている[16]

オブジェクト指向の機能は、AdaBASICFortranPascalCOBOLなど、既存の多くの言語に追加されていったが、しかし、設計当初にこれらの機能を想定していなかった言語に追加した場合、コードの互換性や保守性には問題が生じることが多かった。

最近では、主としてオブジェクト指向でありながら、手続き型プログラミングの方法論にも対応した言語が数多く登場している。そのような言語としては、PythonRubyがある。最近の商業的なオブジェクト指向言語で最も重要なものには、サン・マイクロシステムズ社が開発したJavaや、Microsoftの.NETプラットフォーム用に設計されたC#Visual Basic .NET (VB.NET) が挙げられる。 これら二つのフレームワークは、実装を抽象化することによるOOP使用の利点をそれぞれの方法で示している。VB.NETとC#間では言語間継承をサポートしており、一方の言語で定義されたクラスが他方の言語で定義されたクラスをサブクラス化することができる[17]

OOPLの特徴

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オブジェクト指向プログラミング言語 (OOPL) では、オブジェクトを使用するが、言語仕様でOOP対応を謳っていても、関連する技術や構造のすべてが言語機能により直接サポートされているわけではない。以下に挙げる特徴は、特に言及されている例外を除いて、クラス指向やオブジェクト指向の傾向が強いとされる言語 (あるいはOOPをサポートするマルチパラダイムプログラミング言語)に共通すると考えられるものである。

非OOPLとの共通点

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変数
整数型や英数字の文字のような形式化された少数の組み込みデータ型の情報、または、文字列リストハッシュテーブルなどのデータ構造に、組み込み型もしくは、ポインタが格納されたものを結果として格納することができる。
手続き(関数、メソッド、サブルーチンとも呼ばれる)
入力を受け取り、出力を生成し、データを操作する。近年の言語には、ループ条件構文のような構造化プログラミングの構成要素が含まれる。

モジュラープログラミングサポートでは、手続きをファイルやモジュールにまとめて整理する機能がある。モジュールは名前空間を持つため、あるモジュールの識別子が、他のモジュールの同名の手続きや変数と衝突することを避けることができる。

クラスとオブジェクト

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オブジェクト指向プログラミング(OOP)をサポートする言語は、コードの再利用と拡張性のために、典型的には、クラスまたはプロトタイプの形で継承を使用する。クラスを使用するものは、主に二つの概念をサポートする。

クラス
与えられた型やクラスのオブジェクトのデータ形式やそれらを利用可能な手続きの定義であり、また、データや手続き (クラスメソッドとも呼ばれる)そのものを含む場合もある。つまり、クラスは、メンバーとなるデータや手続きを含むものである。
オブジェクト
クラスのインスタンス

オブジェクトは、システムが扱おうとする(多くは現実世界の)対象を表現したものである。例えば、描画アプリケーションにおける「円」・「四角」・「メニュー」などのオブジェクトや、オンラインショッピングシステムにおける「ショッピングカート」・「顧客」・「商品」などのオブジェクトがある[18]。 オブジェクトは、ファイルのオープンを表すオブジェクトや、米国慣用単位からメートル法に変換するサービスを提供するオブジェクトのように、より抽象的なエンティティを表すこともある。

オブジェクト指向プログラミングとは、単なるクラスやオブジェクトではなく、データフィールドやメソッドを含んだオブジェクト (データ構造)を中心としたプログラミングパラダイム全般のことです。クラスを使って、関係のないメソッドをまとめて整理する——これがオブジェクト指向の本質ではないことを理解しましょう。
Junade Ali, Mastering PHP Design Patterns(Ali 2016, p. 11)

各々のオブジェクトは、特定のクラスのインスタンスと呼ばれる (例えば、nameフィールドに "Mary"が設定されているオブジェクトは、クラスEmployeeのインスタンスとなる)。OOPの手続きはメソッドと呼ばれ、変数は、フィールド、メンバー、属性、プロパティとも呼ばれる。関連して、以下のような用語がある

クラス変数
クラス自体に属する。変数をクラス全体に唯一のものとして所有する。
インスタンス変数または属性
各々のオブジェクトに属する。データはオブジェクトごとに所有する。
メンバ変数
特定のクラスで定義されるクラス変数とインスタンス変数の両方を指す。
クラスメソッド
クラス自体に属する。クラス変数へのアクセスのみ有し、手続き呼び出しからの入力のみ受け付ける。
インスタンスメソッド
各々のオブジェクトに対して、呼び出された特定のオブジェクトのインスタンス変数、入力、およびクラス変数にアクセスできる。

オブジェクトは、複雑な内部構造を持った変数のようにアクセスされるが、多くの言語で実質的にはポインタでありインスタンス (ヒープやスタック内のメモリ上オブジェクト)への参照として機能する。オブジェクトは、内部コードと外部コードを分離を可能とする抽象化の層を提供する。外部のコードは、特定の入力引数の組み合わせで特定のインスタンスメソッドを呼び出したり、インスタンス変数を読み込んだり、インスタンス変数に書き込んだりすることで、オブジェクトを使用することができる。オブジェクトは、コンストラクタと呼ばれるクラス内の特定メソッドを呼び出すことで生成される。プログラムは実行中に、それぞれ独立して操作することが可能な同じクラスのインスタンスを多数作成することができる。これは、同じ手続きを異なるデータセットで簡便に利用する方法となる。

クラスを使用するOOPをクラスベース・プログラミングと呼ぶことがあるが、プロトタイプベース・プログラミングではクラスを使用しないのが一般的である。そのため、オブジェクトインスタンスという概念の定義は、それぞれで大きく異なるが類似した用語が用いられている。

言語によっては、トレイトmixinのような概念を用いてクラスやオブジェクトを構成することが可能である。

クラスベース対プロトタイプベース

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クラスベースの言語では、予めクラスが定義され、そのクラスに基づいてオブジェクトがインスタンス化される。例えば、appleorangeという2つのオブジェクトが、Fruitというクラスからインスタンス化された場合、それらは本質的には果物であり、同じように取り扱えることの保証がされる。

プロトタイプベースの言語では、オブジェクトが主要な実体である。クラスは存在しない。オブジェクトのプロトタイプとは、あるオブジェクトからリンクされている別のオブジェクトに過ぎない。すべてのオブジェクトは一つのプロトタイプリンクを持つ (一つのみ)。新しいオブジェクトは、プロトタイプとして選ばれた既存のオブジェクトに基づいて作成することができる。fruitオブジェクトが存在し、appleorangeの両方がfruitをプロトタイプとしている場合、2つの異なるオブジェクトappleorangeを果物と考えることができる。fruit「クラス」という概念は明示的には存在しないが、同じプロトタイプを共有するオブジェクトの同値クラスとしては存在する。プロトタイプの属性やメソッドは、このプロトタイプで定義された同値クラスのすべてのオブジェクトから委譲先とされる。オブジェクト固有の属性やメソッドは、同値クラスの他のオブジェクトに共有されない場合がある。例えば、属性sugar_contentappleには予期せず存在しない場合がある。プロトタイプで実装できるのは単一継承のみである。

動的ディスパッチとメッセージパッシング

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メソッドの呼び出しに応じて実行する手続きのコードを選択するのは、外在するコードではなく、オブジェクトの責任である。典型的には、オブジェクトに関連付けられたテーブルから実行時にメソッドを検索するが、この機能は動的ディスパッチとして知られており、抽象データ型 (またはモジュール)において、すべてのインスタンスの操作が静的に実装されているのとは対照的である。呼び出しの変化が、呼び出されたオブジェクトの単一の型にのみには依らない場合 (つまり複数のオブジェクトがメソッド選択に関与する場合)、多重ディスパッチと呼ばれる。

メソッド呼び出しは、メッセージパッシングとも呼ばれる。これは、メソッド呼び出しを、ディスパッチのためにオブジェクトに渡されるメッセージ (メソッドの名前とその入力引数)として概念化したものである。

カプセル化

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カプセル化とは、オブジェクト指向プログラミングにおいて、データとそのデータを操作する関数を結び付け、両者を外部からの干渉や誤用から守ることである。データのカプセル化は、OOPの重要な概念である情報隠蔽英語版にも通じる。

クラスがメソッドを通じてのみオブジェクトの内部データへのアクセスを許可し、それ以外の呼び出しコードにアクセスを許可しない場合、これはカプセル化として知られる強力な抽象化、または情報隠蔽の形態である。いくつかの言語 (Javaなど)では、クラスがアクセス制限を明示的に行うことができる。例えば、内部データであることをprivateというキーワードで指定し、クラス外のコードが使用することを意図したメソッドをpublicというキーワードで指定することができる。また、メソッドはpublic、private、またはprotected (同クラスとそのサブクラスからのアクセスは許可するが、異なるクラスのオブジェクトからのアクセスは許可しない)のように中間のアクセスレベルとすることもできる。また他の言語 (Pythonなど)では、アクセス制限は、命名法などの慣例によってのみ強制される (例えば、privateのメソッドはアンダースコアで始まる名前を持つ、など)。カプセル化することで、外部のコードがオブジェクトの内部動作に関与してしまうことを防ぐことができ、リファクタリングを容易にする。例えば、クラスの設計者は、外部のコードは変更することなく、そのクラスのオブジェクト内部のデータ表現を変更することができる (公開されているメソッドの呼び出しが同じように動作する限りにおいて)。また、特定のデータに関連するすべてのコードを同じクラスに配置することで、他のプログラマが理解しやすいように整理することもできる。カプセル化は、疎結合を促進する技術である。

コンポジション、継承、委譲

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オブジェクトは、そのインスタンス変数に他のオブジェクトを含めることができ、これをオブジェクトコンポジションと呼ぶ。例えば、"従業員"クラスのオブジェクトは、"名前" や "役職"といった自身のインスタンス変数に加えて、"住所"クラスのオブジェクトを (直接またはポインタを介して)含むことができる。 オブジェクトコンポジションは、"has-a" の関係を表現するために使用できる。例えば、すべての従業員は住所を持っているので、すべての"従業員"オブジェクトは、"住所"オブジェクトを格納する場所 (オブジェクトに直接埋め込まれていることも、ポインターで指定された別の場所に格納されることもある)にアクセスできる。

クラスをサポートする言語は、大抵は継承をサポートしている。継承とは、クラスを「○○は△△である」という関係("is-a-type-of")の階層に配置することであるが、例えば、Employee クラスは Person クラスを継承する場合、親クラスで利用できるデータやメソッドは、子クラスでも同じ名前で利用可能である。また、Person クラスは、first_namelast_name という変数を make_full_name() というメソッドで定義した場合、これらの定義はEmployeeクラスでも利用可能である。加えて、Employeeクラスには変数 positionsalary を追加することもできる。この手法では、同じ手続きやデータ定義を簡単に再利用できるだけでなく、現実世界の関係を直感的に反映できる可能性を広げる。開発者は、データベースのテーブルやプログラミングのサブルーチンを扱うのではなく、開発アプリケーションのユーザーがより精通しているドメインのオブジェクトを扱うことができる[19]

サブクラスはスーパークラスで定義されたメソッドをオーバーライドできる。言語よっては多重継承が可能だが、多重継承ではオーバーライドの解決は複雑になる可能性がある。また、言語によってはmixinを特別にサポートしているものもあるが、多重継承をサポートする言語では、mixinは単に is-a-type-of の関係を表すことのないクラスの一つである。mixinは典型的には、同一のメソッドを複数のクラスに追加するために使われる。例えば、共通の親クラスを持たないFileReaderクラスとWebPageScraperクラスに、unicode_to_ascii()というメソッドを持つUnicodeConversionMixinクラスを含ませる(mixinする)ことにより共通のメソッドを提供することができる。

抽象クラスは、オブジェクトへインスタンス化することはできない。インスタンス化できる他の具象クラスが継承するためにのみ存在する。Javaでは、finalキーワードを用いて、クラスがサブクラス化されるのを防止できる。

Composition over inheritanceの方針は、継承の代わりに合成を使って has-a 関係を実装することを提唱している。例えば、EmployeeクラスはPersonクラスを継承する代わりに、各Employeeオブジェクトの内部にPersonオブジェクトを含めることで、仮にPersonクラスが公開された属性やメソッドを多数持っていても、外部のコードからは隠せるようにする。また、Goのように、継承を全くサポートしていない言語も存在する。

開放/閉鎖原則は、クラスやメソッドは「拡張に対しては開放的であるが、変更に対しては閉鎖的であるべき」という原則を提唱している。

委譲もまた、継承の代わりに利用できる言語機能である。

ポリモーフィズム

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サブタイピングポリモーフィズムの一形態)では、呼び出すコードが、サポートされている階層のどのクラスを操作しているのか (親クラスなのかその子孫なのか)という詳細には関知しないことが可能である。一方、継承階層内のオブジェクト間では、同じ操作名でも挙動が異なる場合がある。

例えば、Circle型とSquare型のオブジェクトが、Shapeという共通のクラスから派生している場合、Shapeの各型のDraw関数は、それぞれの描画に必要な機能を実装しているが、呼び出しのコードは、描画されるShapeが特定の型であるかどうかには無関心でいられる。

これもまた、クラス階層からコードを引き離して単純化し、強力な関心の分離を可能にする抽象化の一種である。

オープンな再帰

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オープンな再帰[20]をサポートする言語では、オブジェクトのメソッドは同じオブジェクト上の他のメソッドや自分自身を呼び出すことができる。通常はthisselfと呼ばれる特別な変数やキーワードを使用して呼び出しをするのが一般的であるが、この変数は「遅延結合」であり、あるクラスで定義されたメソッドが、そのサブクラスで後から定義された別のメソッドを呼び出すことができる。

デザインパターン

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継承とBehavioral subtyping

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継承は意味論的には is-a の関係を作るため、サブクラスからインスタンス化されたオブジェクトは、スーパークラスからインスタンス化されたオブジェクトの代わりに、常に安全に使用できる、と推測するのは直感的ではあるが、この直観は、ほとんどのOOPL、特にミュータブルなオブジェクトを許可している言語では誤りである。 (ミュータブルなオブジェクトを持つ)OOPLの型検査器によって強制される部分型付け (部分型多相/サブタイピング多相)では、いかなる状況でも、振る舞いにおける部分型付け (Behavioral subtyping) は保証することはできない。 Behavioral subtyping は一般に決定不能であり、プログラム (コンパイラ)では実装できない。クラスやオブジェクトの階層は、文法間違いでは検出できない使い方がされる可能性を考慮に入れて、慎重に設計する必要がある。この問題はリスコフの置換原則としても知られている。

GoFデザインパターン

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オブジェクト指向とデータベース

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OOPL と関係データベース管理システム (RDBMS) は、どちらも今日のソフトウェアとして非常に一般的であるが、双方を接続する場合、関係データベースは、オブジェクトを直接格納しないため (ただし、今日ではこれに近しい拡張機能を持つ RDBMS も存在する)、この二つの世界を橋渡しすることが一般的な需要として擡頭した。アクセス方法やデータパターンを OOPL と RDB との間で橋渡しする際の問題は、オブジェクト-リレーションのインピーダンスミスマッチと呼ばれている。 この問題に対処するためのアプローチはいくつかある。欠点のない一般的な解決策といえるものはない[21]が、代表的なものとして、オブジェクト関係マッピング(ORM)があり、Visual FoxProなどのIDE言語や、Java Data Objects、Ruby on RailsActive Recordなどのライブラリが存在する。

また、RDBMS を代替するオブジェクトデータベースも存在するが、技術的にも商業的にも RDBMS ほど広く成功は収めていない。

OOPと制御構造

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OOPは、ソースコードのコードの再利用性ソフトウェアの保守性を高めるよう発展してきたが[22] 、ある時期までは制御フローの透過的な表現については、あまり省みられることもなく、コンパイラが任意に処理すれば良いと考えられてきた。しかし、OOPでの実現にはある種の困難を伴うものの、並列ハードウェアやマルチスレッドコーディングの重要性が増すにつれ透過的な制御フローの開発は重要になってきている[23][24][25][26]

責任駆動設計 対 データ駆動設計

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責任駆動設計では、クラスは、共有する情報とそれを扱う責務という観点から定義されるべきであるとし、クラス定義 (とその利用者)の契約として設計する。Wirfs-BrockとWilkersonは、責任駆動設計と対比して、データ駆動設計は、クラスが保持すべきデータ構造のみを中心に定義されるとし、責任駆動型の設計が望ましいとしている[27]

SOLID、GRASPのガイドライン

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SOLIDのガイドラインは、プログラミングにおける五つの実践の頭文字をとった語呂合わせであり、マイケル・C・フェザーズ[28]が考案し提唱したものである

GRASP(General Responsibility Assignment Software Patterns)は、クレーグ・ラーマンが提唱したもう一つガイドラインである。

形式意味論

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脚注

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注釈

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  1. ^ 1995年6月 Visual FoxPro 3.0, FoxPro は手続き型言語からオブジェクト指向言語へと進化した。Visual FoxPro 3.0では、データベースコンテナ、シームレスなクライアント/サーバー機能、ActiveXのサポート、OLEオートメーションとヌルのサポートが導入された。Summary of Fox releases

出典

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  1. ^ Kindler & Krivy 2011.
  2. ^ Lewis & Loftus 2008, §1.6 "Object-Oriented Programming".
  3. ^ a b Meaning 2003.
  4. ^ LISP 1 Programmers Manual 1960, p. 88f.
  5. ^ LISP 1.5 Programmers Manual 1962, p. 105.
  6. ^ Sutherland 1963.
  7. ^ a b Nygaard & Dahl 1978.
  8. ^ a b c Holmevik 1994.
  9. ^ Dahl 2004.
  10. ^ a b Meyer 2009.
  11. ^ Kay 1993.
  12. ^ FoxProの歴史: Foxprohistory.org
  13. ^ 1995年のVisual FoxPro 3.0 レビュー/ガイド: DFpug.de
  14. ^ Khurana, Rohit (1 November 2009). Object Oriented Programming with C++, 1E. ISBN 978-81-259-2532-3. https://books.google.com/books?id=MHmqfSBTXsAC&pg=PA16 
  15. ^ マイナビTECH+: Delphiがトップ20位から脱落: 「Delphiは2001年6月にトップ20位入りを果たし、2000年代初頭には最も人気のある統合開発環境として広く使用されていた。」[1]
  16. ^ Wirth, Niklaus. From Modula to Oberon and the programming language Oberon (Report). ETH Technical Reports D-INFK. Vol. Band 82. Wiley.
  17. ^ 共通型システム|Microsoft Docs [2]
  18. ^ Booch, Grady (1986). Software Engineering with Ada. Addison Wesley. p. 220. ISBN 978-0-8053-0608-8. https://en.wikiquote.org/wiki/Grady_Booch. "Perhaps the greatest strength of an object-oriented approach to development is that it offers a mechanism that captures a model of the real world." 
  19. ^ Jacobsen, Ivar; Magnus Christerson; Patrik Jonsson; Gunnar Overgaard (1992). Object Oriented Software Engineering. Addison-Wesley ACM Press. pp. 43–69. ISBN 978-0-201-54435-0. https://archive.org/details/objectorientedso00jaco/page/43 
  20. ^ 『型システム入門』オーム社、2013年、185頁。  18.10 selfを介したオープンな再帰
  21. ^ Neward, Ted (26 June 2006). “The Vietnam of Computer Science”. Interoperability Happens. 4 July 2006時点のオリジナルよりアーカイブ。2 June 2010閲覧。
  22. ^ Ambler, Scott (1 January 1998). “A Realistic Look at Object-Oriented Reuse”. drdobbs.com. 4 July 2010閲覧。
  23. ^ Shelly, Asaf (22 August 2008). “Flaws of Object Oriented Modeling”. Intel Software Network. 4 July 2010閲覧。
  24. ^ James, Justin (1 October 2007). “Multithreading is a verb not a noun”. techrepublic.com. 10 October 2007時点のオリジナルよりアーカイブ。4 July 2010閲覧。
  25. ^ Shelly, Asaf (22 August 2008). “HOW TO: Multicore Programming (Multiprocessing) Visual C++ Class Design Guidelines, Member Functions”. support.microsoft.com. 4 July 2010閲覧。
  26. ^ Robert Harper (17 April 2011). “Some thoughts on teaching FP”. Existential Type Blog. 5 December 2011閲覧。
  27. ^ Wirfs-Brock, Rebecca; Wilkerson, Brian (1989). “Object-Oriented Design: A Responsibility-Driven Approach”. ACM SIGPLAN Notices 24 (10): 74. doi:10.1145/74878.74885. 
  28. ^ https://wiki.c2.com/?MichaelFeathers

出典

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関連項目

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システム

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モデリング言語

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