オブジェクト指向プログラミング

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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、: object-oriented programming、略語:OOP)とは、互いに密接な関連性を持つデータ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[編集]

現行のオブジェクト指向プログラミングは、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。

  1. カプセル化encapsulation
  2. 継承inheritance
  3. 多態性polymorphism
  4. メッセージパッシングmessage passing
  5. 遅延バインディングlate binding

カプセル化[編集]

一定の関連性を持つデータ(変数、プロパティ、フィールド)と、それらを操作するメソッド(関数)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メソッドのみを公開し、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。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、これは情報隠蔽英語版と呼ばれる。メソッドを通してデータを参照ないし変更する仕組みはデータの抽象化を表現する。データを参照するメソッドはゲッターまたはアクセッサ、データを変更するメソッドはセッターまたはミューテイタと呼ばれる。

継承[編集]

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も呼ばれる。クラスベースでは、親をスーパークラス、子をサブクラスと呼ぶ。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、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、プロトコルなどと呼ばれる。

多態性[編集]

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が実行時に決定されるという機構を意味するサブタイプ多相英語版を指す。サブタイプ多相は仮想関数英語版多重ディスパッチ動的ディスパッチ英語版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、それをオーバーライドしたサブクラス実装メソッドに分岐させる機能を指す。その際は各メソッドへのポインタを連ねた仮想呼出テーブルと呼ばれる仕組みが用いられる。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。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が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。

メッセージパッシング[編集]

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[編集]

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[編集]

1954年に初の高水準言語FORTRANが登場すると、開発効率の劇的な向上と共にソフトウェア要求度も自然と高まりを見せてプログラム規模の急速な拡大が始まった。それに対応するために肥大化したメインルーチンをサブルーチンに分割する手法と、スパゲティ化したgoto命令制御構造文に置き換える手法が編み出され、これらは1960年に公開された言語「ALGOL60」で形式化された。当時のALGOLはアルゴリズム記述の一つの模範形と見なされたが、それと並行して北欧を中心にした計算機科学者たちはより大局的な観点によるプログラム開発技法の研究を進めていた。

Simulaの開発(1962~1972年)

1962年、ノルウェー計算センターでモンテカルロ法シミュレーションを運用していた計算機科学者クリステン・ニゴールは、ALGOL60をモデルにしたプログラミング言語「Simula」を公開し、続けてその拡張にも取り組んだ。ニゴールの同僚で、1963年にSimulaを汎用機UNIVAC系統上で運用できるように実装した計算機科学者オルヨハン・ダールは、一つのローカル変数構造と複数の手続き(サブルーチン)をパッケージ化する言語仕様を考案した。程なくしてALGOL60コンパイラに準拠していての限界を悟ったニゴールとダールは、1965年からSimulaを一から再設計するように方針転換した。その過程で彼らは、計算機科学者アントニー・ホーアが考案して1962年のSIMSCRIPT(FORTRAN用のスクリプト)に実装していたRecord Classを参考にしている。Record Classはソースコード水準の抽象表現を、各汎用機に準拠したマシンコード水準の実装符号に落とし込む段階的データ構造のプログラム概念であった。これをモデルにした継承とその構造上に成り立つ仮想手続き(仮想関数)の仕組みも考案され、この両機能を備えた手続きのパッケージ化を「クラス」とし、クラスをメモリに展開したものを「オブジェクト」とする言語仕様がまとまり、1967年に「Simula67」が初公開された。オブジェクトという用語は、MITの計算機科学者アイバン・サザランドが1963年に開発したSketchpadCADGUIの源流)の設計内にあるObjectが先例であった。Simula67コンパイラはまずUNIVAC上で運用され、翌年から汎用機バロースB5500などでも稼働されて北欧、ドイツ、ソ連の各研究機関へと広まり、1972年にはIBM汎用機System/360などにも導入されて北米全土にも広まった。その主な用途は物理シミュレーションであった。

構造化プログラミングの提唱(1969~1975年)

Simulaの普及と前後して1960年代半ばになると、プログラム規模の際限ない肥大化に伴う開発現場の諸問題が顕著になり、いわゆるソフトウェア危機が計算機科学分野全般で取り沙汰されるようになった。その解決に取り組んだ計算機科学者エドガー・ダイクストラは、1969年のNATOソフトウェア工学会議で「構造化プログラミング」という論文を発表し、トップダウン設計、段階的な抽象化、階層的なモジュール化、統合詳細化といった構造化手法を提唱した。プログラムを構造化すればその規模に関わらず正当性の証明が可能になるというのが論文の主張であった。統合詳細化は抽象データ構造を専用サブルーチンを通して扱うという概念である。段階的な抽象化と階層的なモジュール化は時系列的にも、SIMSCRIPTの段階的データ構造と、Simura67の継承による階層的クラス構造を模倣したものであった。ダイクストラホーアダールの三名は1972年に『構造化プログラミング』と題した共著を上梓していることから互いの研鑽関係が証明されている。その階層的プログラム構造という章の中でダールは、Simulaの目指した設計を更に明らかにした。

1974年にMITの計算機科学者バーバラ・リスコフとステファン・ジルは「抽象データ型」というプログラム概念を提唱した。彼女らの理論は、ダイクストラが提示したモジュールの統合詳細化を、振る舞い意味によって定義される抽象データという考え方でより明解に形式化し、データ階層ないしモジュール階層の連結関係を、上位概念と下位概念置き換え原則で明確に標準化した。一方、1970年に構造化言語Pascalを開発していた計算機科学者ニクラウス・ヴィルトはダイクストラの提唱を参考にした上で、モジュール化言語Modulaを1975年に提示しモジューラプログラミングというパラダイムを生み出している。このようにいささか奇妙ではあるが、Simulaのクラスとオブジェクトというプログラム概念は、巷で言われる構造化からモジュール化へといった進化の流れとは関係なく、しかもその前段階においてさながら彗星のように生まれたパラダイムであった。

Smalltalkとオブジェクト指向の誕生(1972~1980年)

Simulaの手続き(関数)を通してクラス内の変数にアクセスするという仕組みを、抽象データ構造と統合詳細化のヒントにしたダイクストラに対して、パロアルト研究所の計算機科学者アラン・ケイは「メッセージ」というプログラム概念のヒントにした。ケイはプログラム内のあらゆる要素をオブジェクトとして扱う考え方も編み出しており、オブジェクトはメッセージの送受信でコミュニケーションするとも提唱した。メッセージとはプログラムコードとしても解釈できるデータ列のことであり、そのデータ列を評価(eval)することで新たなデータを導出できるという仕組みを意味していた。抽象データを扱うサブルーチンを更に抽象データ化したようなスタイルである。オブジェクトが受け取ったメッセージは任意のタイミングで評価できるので非同期通信、間接参照、遅延参照をも可能にした。この発想の背景にはLISPの影響があった。オブジェクトとメッセージの構想に基づいて開発された「Smalltalk」は、プログラム言語と専用開発環境を併せたものとなり、1972年にゼロックスAlto上で初稼働された。Smalltalkの設計を説明するためにケイが考案した「オブジェクト指向」という用語はここで初めて発信された。またメッセージの構想はMITの計算機科学者カール・ヒューイットに能動的なプロセス代数を意識させて、1973年発表のアクターモデルのヒントにもなっている。しかし、データ列が常にコード候補として扱われる処理系は、当時のコンピュータには負荷が大きく実用的な速度を得られないという問題にすぐ直面した。Smalltalk-74とSmalltalk-76の過程で、やむなくメッセージはセレクタ仕様の追加と共に構想通りの評価ができないほどシステム向けに最適化され、レシーバーは動的ディスパッチとメソッド仕様が中心になり、オブジェクトはクラス定義の存在感が大きくなった。

1980年公開のSmalltalk-80は、元々はメッセージを重視していたケイを自嘲させるほど同期的で単純参照的で手続き的なオブジェクト指向へと変貌していた。それでも動的ディスパッチと委譲でオブジェクトを連携させるスタイルは画期的であり、1994年に発表されるデザインパターンの模範にもされている。1981年に大手専門誌BYTE MagazineがSmalltalkとケイ提唱のオブジェクト指向を紹介して世間の注目を集める契機になったが、ケイの思惑に反して技術的関心を集めたのはクラス機構の方であった。オブジェクト指向は知名度を得るのと同時に、Simula発のクラスとそれを理論面から形式化した抽象データ型を中心に解釈されるようになり、それらの考案者がケイの構想とは無関係であったことから、オブジェクト指向の定義はケイの手を離れて独り歩きするようになった。

C++の開発(1979~1986年)

Simulaを研究対象にしていたAT&Tベルの計算機科学者ビャーネ・ストロヴストルップは、1979年からクラス付きC言語の開発に取り組み、1983年に「C++」を公開した。C++で実装されたクラスは、Simula譲りの継承と仮想関数に加えて、モジューラプログラミングのデータ隠蔽をモデルにしたアクセスコントロール(アクセス修飾子)を備えていた。C++で確立されたアクセスコントロールはカプセル化の元になったがコードスタイル上ほとんどザル化されており、その理由からストロヴストルップ自身もC++は正しくない(not just)オブジェクト指向言語であると明言している。1985年にソフトウェア技術者バートランド・メイヤーが開発した「Eiffel」の方は、正当なオブジェクト指向を標榜してクラスのカプセル化を遵守させるコードスタイルが導入されていた。クラスメンバは属性、手続き、関数の三種構成で、手続きで属性を変更し関数で属性を加工参照するという形式に限定されており、これは抽象データ型の振る舞い意味論に沿った実装であった。アクセスコントロールはC++のスコープ定義に対して自身のクライアントクラスを定義する書式になり、また契約による設計に沿ったきめ細かなアサーション機能が備えられていた。前者は結合度、後者は凝集度の面からカプセル化を補強した。C++の仮想関数は延期関数の名で実装された。

1986年にACMは第一回オブジェクト指向評議会(Conference of OOPSLA)を開催し、そのプログラミング言語パートではクラス・パラダイムのオブジェクト指向の意見交換が中心になされ、Eiffelを現行の模範形とする声が多く上がった。しかし世間のプログラマの間では厳格なEiffelよりも、柔軟で融通の利くC++の人気の方が高まっていた。この頃に専用サブルーチンを通したデータ抽象とアクセスコントロールの概念はカプセル化という用語に一般化され、仮想関数ないし延期関数は多態性という用語に包括された。こうして元からの継承と合わせていわゆるオブジェクト指向の三大要素が確立された。また、Smalltalkが標榜するメッセージ・パラダイムも単にオブジェクト指向の発案元であるという理由から一目置かれており、クラスのメソッドの呼び出しにこれを当てはめようとする考え方が一般化した。他方でSmalltalkの仕様に忠実であろうとする動きもあり、1984年に計算機科学者ブラッド・コックスが開発した「Objective-C」はSmalltalkをモデルにしてそれを平易化した言語であった。そのメッセージレシーバーはメソッドリストにないセレクタを受け取った場合のみに動的ディスパッチ機構に移るというスタイルで形式化された。程なくしてこのメッセージレシーバー実装の必要性には疑問符が付けられるようになったが、遠隔手続き呼出しのスタイルには合致していたのでメッセージにある種の理想を抱く考え方はいつまでも残った。

オブジェクト指向の普及(1987年~)

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[編集]

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。

History of object-oriented programming languages.svg
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、サブルーチンに専用変数と補助プロシージャ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仮想実行システムと呼ばれるものになる。
C++ 1983年
C言語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。継承は多重継承可能であり継承の可視性も存在し菱形継承問題解決用の仮想継承も導入されている。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
C++の柔軟性と融通性とは正反対のオブジェクト指向言語。クラスベース静的型付け重視である。契約プログラミングを理念にしており、アサーションの挿入でクラスの状態とメソッド引数&返り値を細かくチェックできる。クラスメンバ(フィーチャー)は属性、アクセッサ、ミューテイタの三種限定でオーバーロードはできない。カプセル化の可視性は自身に依存するクラス(クライアント)を定義するという形で決められる。多重継承可能であり、クラス間の繋がりを仮想継承機能、各種オーバーライド指定子、名前衝突を解決するリネーミング機能などで綿密に設定できる。仮想関数、ジェネリッククラスも導入されている。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。構文と書式を比較的簡素化し、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。Smalltalkを一つの理想にして動的型付けを重視している。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。LISPとSmalltalkのメタプログラミング的なオブジェクト指向から、PythonとJavaScriptのプロトタイプベースなオブジェクト指向までのスタイルを幅広く取り入れており、様々な有用なプログラミング手法を採用している技のデパートのような言語である。構文と書式は平易性を旨としている。
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で結ばれた、ミックスインに分類されるトレイトの実装によって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。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。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 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。オブジェクトのイミュータブル性が重視されている。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並びの継承は軽視されており、プロトコルの横並びの多重実装を重視している。プロトコルはインターフェースミックスインの中間的機能であり、双方の短所を解決する様々な仕組みが導入されている。インスタンスはプロトコルを基準にして型分類され、また抽象化される。プロトコルとジェネリクスの連携による動的束縛型(Opaque型)の存在感が高められており、それと静的型付けのクラスを併用する漸進的型付けの言語と言える。

用語と解説[編集]

クラス[編集]

クラスclass)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[編集]

プロトタイプ(prototype)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。

メッセージ[編集]

オブジェクト指向で言われるメッセージmessage)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手段と標榜されているが、その忠実な実装内容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現行の実装スタイルではそれほど共通していない。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。具体的な機能例としては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などがあるが、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。

インスタンス[編集]

instance)は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。

データメンバ[編集]

data member)は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、属性と呼ばれる。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。

メソッド[編集]

method)は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。データメンバの参照に特化したものはゲッター(getter)アクセッサ(accessor)と呼ばれる。データメンバの変更に特化したものはセッター(setter)ミューテイタ(mutator)と呼ばれる。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。

コンストラクタ[編集]

constructor)は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。

デストラクタ[編集]

destructor)は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[編集]

access control)は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。

インターフェース[編集]

interface)は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、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。記名的型付け英語版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。

ミックスイン[編集]

mixin)は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。構造的型付け英語版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。

メタクラス[編集]

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。

リフレクション[編集]

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。

遅延バインディング[編集]

late binding)は、識別子が参照するオブジェクトをコンパイル時に決める事前バインディング(early binding)の対義語であり、この場合は識別子の参照先を実行時に決める動的バインディングとほぼ同じ意味で用いられる。一方で、特にリフレクション機能を通して実装される方を遅延バインディングとする考え方もある。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仕組みなどである。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[編集]

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。

動的バインディング[編集]

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。

脚注[編集]

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関連項目[編集]