「プロトタイプベース」の版間の差分
「行なう」→「行う」。 |
HDK13-2200 (会話 | 投稿記録) m 誤字修正。 |
||
| (6人の利用者による、間の42版が非表示) | |||
| 1行目: | 1行目: | ||
{{出典の明記|date=2015年12月}} |
{{出典の明記|date=2015年12月}} |
||
'''プロトタイプベース''' ({{lang-en-short|prototype-based}}) は、[[オブジェクト指向言語]]と総称される[[プログラミング言語]]のうち、[[プロトタイプ]]を基礎（ベース）として[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]を取り扱うものをいう。'''[[インスタンス]]ベース'''とも。一方、[[クラス (コンピュータ)|クラス]]に基づいたオブジェクトインスタンスの生成を行う方式のものを[[クラスベース]]と呼ぶ。 |
|||
'''プロトタイプベース''' ({{lang-en-short|Prototype-based}}) は、[[オブジェクト指向プログラミング]]（OOP）のスタイルのひとつであり、[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]の生成に既存[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]の複製を用いるスタイルを指している。これには直後にメンバを拡充するための空オブジェクトの複製も含まれている。このスタイルは、インスタンスベース（Instance-based）とも呼ばれている。これと対比されるOOPスタイルに[[クラスベース]]がある。 |
|||
クラスベースのオブジェクト指向言語が委譲をクラスの継承関係にもとづいて行うのに対し、プロトタイプベースの[[オブジェクト指向言語]]は、委譲を「プロトタイプ」と呼ぶ既存のオブジェクトに投げる、といったようにして行う点が特徴である。そのために例えば、新しいオブジェクトを作る際には、「クラスのインスタンスを作る」のではなく、「既存のオブジェクト（プロトタイプ）のクローンを作る」というようなスタイルになる。[[Smalltalk]]を元にクラスの[[複雑性]]を排除した[[Self]]が{{要出典範囲|date=2019年2月|特に有名}}である。他に[[JavaScript]]、[[NewtonScript]]、[[Lua]]、[[Io (プログラミング言語)|Io]]などがプロトタイプベース（またはその機能を持つ）と考えられる。 |
|||
プロトタイプベースOOPの原点は[[Smalltalk]]方言の[[Self]]であり、Smalltalkのクラスベース設計を平易化する試みから1987年に誕生している。他には[[Lua]]、[[JavaScript]]、[[Etoys]]、[[ECMAScript]]、[[REBOL]]、[[Io (プログラミング言語)|Io]]、[[TypeScript]]などがある。 |
|||
なおオブジェクト指向のスタイルとして、[[ビャーネ・ストロヴストルップ]]の[[C++]]流と、[[アラン・ケイ]]の[[Smalltalk]]流という分類がなされることもある。前者は由来となった[[Simula]]のクラスを強く受け継いだものであり、C++から派生した[[Java]]や[[C Sharp|C#]]などの大多数のオブジェクト指向言語にも受け継がれている。後者は[[アラン・ケイ]]の提唱した[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージパッシング]]の概念に基づくものであり、[[Smalltalk]]の他にも、[[Objective-C]]や[[Ruby]]など、ある程度動的性を有し、かつ、コールしたメソッドが存在しない時にメソッドコール情報をメッセージとしてハンドリング可能とするフォールバック機構を有する言語にその精神が受け継がれている。 |
|||
<!--<ref>http://d.hatena.ne.jp/sumim/20040525/p1 を参照</ref>--> |
|||
<!-- 信頼性が担保されない個人のブログ記事は、単体では有効な出典になりえない。[[Wikipedia:信頼できる情報源]] --> |
|||
プロトタイプとは、複製元になった[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]を意味しており、複製先のオブジェクトから見てそう呼ばれる。プロトタイプは同時にそのオブジェクトの暗黙の[[委譲]]先になり、これはプロトタイプを複製が[[継承 (プログラミング)|継承]]していることと同じになる。 |
|||
| ⚫ | |||
クラス = 構造化されたデータ + それに所属するメソッド、という考え方はプログラムの整理に劇的な威力を発揮する。しかし、全てがクラスベースであるという前提は時に物事を複雑化してしまう。 |
|||
| ⚫ | |||
問題となるのはクラスが静的な構造と結びついているという点である。 |
|||
プロトタイプベースは、[[Smalltalk]]の[[クラスベース]]設計を平易化する試みから考案されたスタイルなので、Smalltalkの設計を知らないとそれが作られた理由も分からないものになる。ここでは[[アラン・ケイ]]が概略したSmalltalk設計の六項目を紹介して、クラスベースに関連する部分を和訳しておく<ref name="EarlyHistoryOfSmalltalk">{{Cite web|url=http://worrydream.com/EarlyHistoryOfSmalltalk/|title=The Early History Of Smalltalk|accessdate=2019-01|publisher=}}</ref>。{{Quotation|1, EverythingIsAnObject.（全てはオブジェクトである） |
|||
2, Objects communicate by sending and receiving messages (in terms of objects). |
|||
例えばメソッドが必ず何らかのクラスに所属するという前提は強すぎる場合がある。クラスベースでは[[委譲]]や代理（プロキシ）によって動作にバリエーションを与えるが、初めからバリエーションをもったインスタンスを作成できればそのような機構は必要ない。 |
|||
3, Objects have their own memory (in terms of objects).（オブジェクトは自身の記憶を持つ） |
|||
またインスタンス変数とメソッドの違いとは何か、という問題もある。[[C++]]や[[Java]]のpublicなメンバ変数（[[フィールド (計算機科学)|フィールド]]）などを別にすれば、インスタンス変数とアクセサメソッドはほとんど等価の概念である。 |
|||
4, Every object is an instance of a class (which must be an object).（全てのオブジェクトはクラスのインスタンスであり、クラスもまたオブジェクトである） |
|||
そこでプロトタイプベースでは、全てのオブジェクトをスロットなどと呼ばれる、アクセス名と結びついた汎用の変数領域の塊でできた可変構造体として捉え直し、そこに他のオブジェクトへの参照やメソッドなどを自由に定義できるようにする。つまりオブジェクトは参照とメソッドの集積体であり、いかなる静的構造とも結びつかない。 |
|||
5, The class holds the shared behavior for its instances (in the form of objects in a program list).（クラスはそのインスタンスたちが共有する振る舞いを保持する） |
|||
クラスが存在しない世界ではテンプレート処理によるインスタンス化ができないため、新しいオブジェクトは完全に空の状態か、または他のオブジェクトの複製（クローン）によって作成される。プロトタイプベースでの継承は一般にこのクローンによる特性の引き継ぎを指す。 |
|||
6, To eval a program list, control is passed to the first object and the remainder is treated as its message.}}(4)は[[数学的帰納法|数学的帰納]]な文章なので、[[インスタンス]]のひな型である[[クラス (コンピュータ)|クラス]]もまた[[メタクラス]]のインスタンス化であり、そのメタクラスもまた他のメタクラスのインスタンス化であると解釈される。これは元祖[[クラスベース]]の大きな特徴であったが、実際はもう少し複雑でメタクラスとクラスの間に中間媒体が挟まれていた。i=インスタンス/C=クラス/M=メタクラスとするとインスタンス化の流れは、M → C class → C → iとなり、C classが中間媒体である。中間媒体は不変の[[静的型付け]]用としてオリジナルを保存し、クラスは可変の[[動的型付け]]用であった。 |
|||
また、(3)で記憶（データ）はクラスとインスタンスの双方が持つが、(5)で振る舞い（メソッド）はクラスのみが保持するとされており、これも混乱を招きやすいネックになっていた。元祖クラスベース設計は理論面では美しかったが、実践面では甚だ複雑として開発陣からも不評になり、それは哲学的なインスタンス化チェーンと、クラスとインスタンスに対する振る舞いの妙に起因していた。 |
|||
その改善策としての、オブジェクトから[[クラス (コンピュータ)|クラス]]と[[インスタンス]]の概念を無くしてしまおうという案が、プロトタイプベースの原点になっている。この案は言語視点では、クラスを無くしてインスタンスに一元化するとも解釈できるので、インスタンスベース（Instance-based）と別称された。クラスのインスタンス化を、インスタンスのクローンに置き換えることでSmalltalkクラス設計の改善が図られ、[[Self]]はこの案に沿って制作されたSmalltalk方言であった。ここでは(1)の遵守が第一にされていた。 |
|||
なお、[[C++]]/[[Python]]からの静的/動的クラスベース設計では、[[クラス (コンピュータ)|クラス]]と[[インスタンス]]を、型と値の役割に固定してインスタンス化の相互再帰を無くしたことから、インスタンスのみがオブジェクトになっている。[[メタクラス]]はクラス構成操作の[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]機能になっている。これは(1)の事実上の撤廃であった。 |
|||
現在では、C++/Python発のクラスベース設計が多くの言語で採用されており、[[Self]]発のプロトタイプベースは少数派になっている。のみならずプロトタイプベースの代表格[[JavaScript]]、[[ECMAScript]]ではクラスベース構文が導入されるに到っており、[[TypeScript]]はクラスベースとプロトタイプベースの折衷にされている。プロトタイプベースはやや汎用性に欠けてオブジェクト指向の主流にはなり得なかったという結論になる。 |
|||
== 概要 == |
|||
[[Self]]とは少し別の切り口から、[[Smalltalk]][[クラスベース]]設計の平易化を図った{{仮リンク|ダグラス・クロックフォード|en|Douglas Crockford}}は、[[JavaScript]]のプロトタイプベースをこのように概略している<ref>{{cite web|last=Crockford|first=Douglas|title=Prototypal Inheritance in JavaScript|url=http://crockford.com/javascript/prototypal.html|access-date=22 June 2021}}</ref>。{{Quotation|You make prototype objects, and then … make new instances. Objects are mutable in JavaScript, so we can augment the new instances, giving them new fields and methods. These can then act as prototypes for even newer objects. We don't need classes to make lots of similar objects… Objects inherit from objects. What could be more object oriented than that?<br/>（あなたはプロトタイプ・オブジェクトと新しいインスタンスを作る。オブジェクトは可変であり、新フィールドと新メソッドを加えて拡充できる。これもまた新生オブジェクトのプロトタイプになる。クラスは必要ない。オブジェクトも同様に継承できるからだ。これ以上のオブジェクト指向があるだろうか？）}}プロトタイプベースはプログラマに、オブジェクトをどう振る舞わせるかということのみに集中させて、オブジェクトが実際に振る舞えるかどうかの疑問を後回しにできる環境を提供する<ref>{{Cite journal|last=Taivalsaari|first=Antero|last2=Noble|first2=James|date=1998|title=Thinking with prototypes|url=https://doi.org/10.1145/346852.346949|journal=Addendum to the 1998 proceedings of the conference on Object-oriented programming, systems, languages, and applications (Addendum) - OOPSLA '98 Addendum|publisher=ACM Press|location=New York, New York, USA|doi=10.1145/346852.346949}}</ref>。振る舞いとは[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]である。疑問の後回しとは[[動的型付け]]の[[ダックタイピング]]を意味している。プロトタイプベースは[[静的型付け]]の実装を排除してる訳ではないが、その特性と利点を最大限に活かすための[[動的型付け]]が好まれている。 |
|||
プロトタイプベースのオブジェクトは総じて、スロットの[[可変長配列]]として実装されている。スロットとは「シンボル＋コンテンツ」のペアデータである。シンボルは[[プロパティ (プログラミング)|プロパティ]]名や[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]名を表わし、コンテンツはプロパティ値や[[コードブロック]]参照を表わす。プロパティスロットはプロトタイプ参照や[[This (プログラミング)|this]]参照（self参照）の容器にもなる。[[Self]]ではメソッドスロットがメッセージ式で送られるセレクタの受け手になる。 |
|||
オブジェクトの構築は、クローン方式かエクスニヒロ方式で行われる。クローン（clone）は既存オブジェクトを複製する方式であり、複製後にプロパティ/メソッドの自由な取り付け取り外しもできる。エクスニヒロ（ex nihilo）はプロパティ無しメソッド無しの空オブジェクトを生成（または複製）する方式であり、生成後にプロパティ/メソッドの自由な取り付けができる。[[構造体]]に似た書式でプロパティ/メソッドを初期設定して生成する方式もエクスニヒロに分類されている。[[クラス (コンピュータ)|クラス]]概念がないのでテンプレート処理的なオブジェクト構築は不可であるが、[[クラスベース]]構文が導入された言語では代替的に可能にされており、それはエクスニヒロの方で解釈されている。 |
|||
クローンで構築されたオブジェクトのプロトタイプ-スロットには、クローン元になったオブジェクトの参照が自動代入される。プロトタイプ-スロットは再代入可能なので、エクスニヒロで構築された空オブジェクトにも、そのプロトタイプにするオブジェクト参照を自由に追加できた。プロトタイプは暗黙の[[委譲]]先になり、オブジェクトがアクセス要求されたプロパティ/メソッドを持っていない場合は、そのプロトタイプで自動サーチされる。これは[[継承 (プログラミング)|継承]]になった。 |
|||
プロトタイプベースの[[ポリモーフィズム]]は、[[クラス (コンピュータ)|クラス]]がないことから[[オーバーライド|メソッドオーバーライド]]による[[仮想関数テーブル|仮想関数]]は成立しないが、オブジェクトの{{仮リンク|構造的型付け|en|Structural type system}}解釈による[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]の[[サブタイピング]]がそれを担っている。また、[[動的型付け]]による[[動的束縛|動的バインディング]]も用いられる。 |
|||
プロトタイプベースでは、[[カプセル化]]は軽視されていることが多い。 |
|||
== 脚注 == |
== 脚注 == |
||
{{Reflist}} |
{{Reflist}} |
||
== 参考文献 == |
|||
* {{cite book|first=Martin|last=Abadi|author-link=Martin Abadi|author2=Luca Cardelli|author2-link=Luca Cardelli|title=A Theory of Objects|publisher=Springer-Verlag|year=1996|isbn=978-1-4612-6445-3}} |
|||
* [http://www.laputan.org/reflection/warfare.html Class Warfare: Classes vs. Prototypes], by Brian Foote. |
|||
* {{cite book|editor1-last=Noble|editor1-first=James|editor2-last=Taivalsaari|editor2-first=Antero |editor3-last=Moore|editor3-first=Ivan|year=1999|title=Prototype-Based Programming: Concepts, Languages and Applications|publisher=Springer-Verlag|isbn=981-4021-25-3}} |
|||
* [http://web.media.mit.edu/~lieber/Lieberary/OOP/Delegation/Delegation.html Using Prototypical Objects to Implement Shared Behavior in Object Oriented Systems], by Henry Lieberman, 1986. |
|||
== 関連項目 == |
== 関連項目 == |
||
*[[ |
*[[Self]] |
||
*[[Lua]] |
*[[Lua]] |
||
*[[ |
*[[JavaScript]] |
||
*[[Io (プログラミング言語)|Io]] |
|||
*[[REBOL]] |
*[[REBOL]] |
||
*[[Self]] |
|||
{{プログラミング言語の関連項目}} |
{{プログラミング言語の関連項目}} |
||
{{DEFAULTSORT:ふろとたいふへえす}} |
{{DEFAULTSORT:ふろとたいふへえす}} |
||
[[Category:オブジェクト指向]] |
[[Category:オブジェクト指向]] |
||
[[Category:型理論]] |
|||
{{Computer-stub}} |
|||
2022年10月23日 (日) 06:19時点における最新版
 |
プロトタイプベース (英: Prototype-based) は、オブジェクト指向プログラミング（OOP）のスタイルのひとつであり、オブジェクトの生成に既存オブジェクトの複製を用いるスタイルを指している。これには直後にメンバを拡充するための空オブジェクトの複製も含まれている。このスタイルは、インスタンスベース（Instance-based）とも呼ばれている。これと対比されるOOPスタイルにクラスベースがある。
プロトタイプベースOOPの原点はSmalltalk方言のSelfであり、Smalltalkのクラスベース設計を平易化する試みから1987年に誕生している。他にはLua、JavaScript、Etoys、ECMAScript、REBOL、Io、TypeScriptなどがある。
プロトタイプとは、複製元になったオブジェクトを意味しており、複製先のオブジェクトから見てそう呼ばれる。プロトタイプは同時にそのオブジェクトの暗黙の委譲先になり、これはプロトタイプを複製が継承していることと同じになる。
来歴
[編集]プロトタイプベースは、Smalltalkのクラスベース設計を平易化する試みから考案されたスタイルなので、Smalltalkの設計を知らないとそれが作られた理由も分からないものになる。ここではアラン・ケイが概略したSmalltalk設計の六項目を紹介して、クラスベースに関連する部分を和訳しておく[1]。
1, EverythingIsAnObject.（全てはオブジェクトである）2, Objects communicate by sending and receiving messages (in terms of objects).
3, Objects have their own memory (in terms of objects).（オブジェクトは自身の記憶を持つ）
4, Every object is an instance of a class (which must be an object).（全てのオブジェクトはクラスのインスタンスであり、クラスもまたオブジェクトである）
5, The class holds the shared behavior for its instances (in the form of objects in a program list).（クラスはそのインスタンスたちが共有する振る舞いを保持する）
6, To eval a program list, control is passed to the first object and the remainder is treated as its message.
(4)は数学的帰納な文章なので、インスタンスのひな型であるクラスもまたメタクラスのインスタンス化であり、そのメタクラスもまた他のメタクラスのインスタンス化であると解釈される。これは元祖クラスベースの大きな特徴であったが、実際はもう少し複雑でメタクラスとクラスの間に中間媒体が挟まれていた。i=インスタンス/C=クラス/M=メタクラスとするとインスタンス化の流れは、M → C class → C → iとなり、C classが中間媒体である。中間媒体は不変の静的型付け用としてオリジナルを保存し、クラスは可変の動的型付け用であった。
また、(3)で記憶（データ）はクラスとインスタンスの双方が持つが、(5)で振る舞い（メソッド）はクラスのみが保持するとされており、これも混乱を招きやすいネックになっていた。元祖クラスベース設計は理論面では美しかったが、実践面では甚だ複雑として開発陣からも不評になり、それは哲学的なインスタンス化チェーンと、クラスとインスタンスに対する振る舞いの妙に起因していた。
その改善策としての、オブジェクトからクラスとインスタンスの概念を無くしてしまおうという案が、プロトタイプベースの原点になっている。この案は言語視点では、クラスを無くしてインスタンスに一元化するとも解釈できるので、インスタンスベース（Instance-based）と別称された。クラスのインスタンス化を、インスタンスのクローンに置き換えることでSmalltalkクラス設計の改善が図られ、Selfはこの案に沿って制作されたSmalltalk方言であった。ここでは(1)の遵守が第一にされていた。
なお、C++/Pythonからの静的/動的クラスベース設計では、クラスとインスタンスを、型と値の役割に固定してインスタンス化の相互再帰を無くしたことから、インスタンスのみがオブジェクトになっている。メタクラスはクラス構成操作のリフレクション機能になっている。これは(1)の事実上の撤廃であった。
現在では、C++/Python発のクラスベース設計が多くの言語で採用されており、Self発のプロトタイプベースは少数派になっている。のみならずプロトタイプベースの代表格JavaScript、ECMAScriptではクラスベース構文が導入されるに到っており、TypeScriptはクラスベースとプロトタイプベースの折衷にされている。プロトタイプベースはやや汎用性に欠けてオブジェクト指向の主流にはなり得なかったという結論になる。
概要
[編集]Selfとは少し別の切り口から、Smalltalkクラスベース設計の平易化を図ったダグラス・クロックフォードは、JavaScriptのプロトタイプベースをこのように概略している[2]。
You make prototype objects, and then … make new instances. Objects are mutable in JavaScript, so we can augment the new instances, giving them new fields and methods. These can then act as prototypes for even newer objects. We don't need classes to make lots of similar objects… Objects inherit from objects. What could be more object oriented than that?
（あなたはプロトタイプ・オブジェクトと新しいインスタンスを作る。オブジェクトは可変であり、新フィールドと新メソッドを加えて拡充できる。これもまた新生オブジェクトのプロトタイプになる。クラスは必要ない。オブジェクトも同様に継承できるからだ。これ以上のオブジェクト指向があるだろうか？）
プロトタイプベースはプログラマに、オブジェクトをどう振る舞わせるかということのみに集中させて、オブジェクトが実際に振る舞えるかどうかの疑問を後回しにできる環境を提供する[3]。振る舞いとはメソッドである。疑問の後回しとは動的型付けのダックタイピングを意味している。プロトタイプベースは静的型付けの実装を排除してる訳ではないが、その特性と利点を最大限に活かすための動的型付けが好まれている。
プロトタイプベースのオブジェクトは総じて、スロットの可変長配列として実装されている。スロットとは「シンボル＋コンテンツ」のペアデータである。シンボルはプロパティ名やメソッド名を表わし、コンテンツはプロパティ値やコードブロック参照を表わす。プロパティスロットはプロトタイプ参照やthis参照（self参照）の容器にもなる。Selfではメソッドスロットがメッセージ式で送られるセレクタの受け手になる。
オブジェクトの構築は、クローン方式かエクスニヒロ方式で行われる。クローン（clone）は既存オブジェクトを複製する方式であり、複製後にプロパティ/メソッドの自由な取り付け取り外しもできる。エクスニヒロ（ex nihilo）はプロパティ無しメソッド無しの空オブジェクトを生成（または複製）する方式であり、生成後にプロパティ/メソッドの自由な取り付けができる。構造体に似た書式でプロパティ/メソッドを初期設定して生成する方式もエクスニヒロに分類されている。クラス概念がないのでテンプレート処理的なオブジェクト構築は不可であるが、クラスベース構文が導入された言語では代替的に可能にされており、それはエクスニヒロの方で解釈されている。
クローンで構築されたオブジェクトのプロトタイプ-スロットには、クローン元になったオブジェクトの参照が自動代入される。プロトタイプ-スロットは再代入可能なので、エクスニヒロで構築された空オブジェクトにも、そのプロトタイプにするオブジェクト参照を自由に追加できた。プロトタイプは暗黙の委譲先になり、オブジェクトがアクセス要求されたプロパティ/メソッドを持っていない場合は、そのプロトタイプで自動サーチされる。これは継承になった。
プロトタイプベースのポリモーフィズムは、クラスがないことからメソッドオーバーライドによる仮想関数は成立しないが、オブジェクトの構造的型付け解釈によるメソッドのサブタイピングがそれを担っている。また、動的型付けによる動的バインディングも用いられる。
プロトタイプベースでは、カプセル化は軽視されていることが多い。
脚注
[編集]- ^ “The Early History Of Smalltalk”. 2019年1月閲覧。
- ^ Crockford, Douglas. “Prototypal Inheritance in JavaScript”. 22 June 2021閲覧。
- ^ Taivalsaari, Antero; Noble, James (1998). “Thinking with prototypes”. Addendum to the 1998 proceedings of the conference on Object-oriented programming, systems, languages, and applications (Addendum) - OOPSLA '98 Addendum (New York, New York, USA: ACM Press). doi:10.1145/346852.346949.
参考文献
[編集]- Abadi, Martin; Luca Cardelli (1996). A Theory of Objects. Springer-Verlag. ISBN 978-1-4612-6445-3
- Class Warfare: Classes vs. Prototypes, by Brian Foote.
- Noble, James; Taivalsaari, Antero; Moore, Ivan, eds (1999). Prototype-Based Programming: Concepts, Languages and Applications. Springer-Verlag. ISBN 981-4021-25-3
- Using Prototypical Objects to Implement Shared Behavior in Object Oriented Systems, by Henry Lieberman, 1986.