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2021年10月9日 (土) 11:17時点における版

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、英: object-oriented programming、略語:OOP）とはプログラミング技法の一つであり、任意の関連性を持つデータ（変数またはプロパティ）とコード（関数またはメソッド）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作用させる様々なプロセスの設定を通して、コンピュータプログラムを構築することを主眼にしている。

オブジェクト指向という言葉自体は、計算機科学者アラン・ケイによって作り出されている。Simula言語などにインスパイアされたケイが1967年頃に口にしたと伝えられるこの造語は^[1]、彼が1972年から開発を始めた言語Smalltalkの設計を説明する過程で明確な用語として発信され、1981年頃から知名度を得るようになった。80年代半ばになるとオブジェクト指向の解釈は、元々のアラン・ケイによるSmalltalkの様式と、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++の様式に二分された。前者ではメッセージングという概念が基礎にされ、後者ではSimula67由来の諸機能を加えた抽象データ型のスーパーセットが基礎にされていた。現在では、C++とそのモデルになったSimula67の様式がオブジェクト指向の標準になっている。

特徴

OOPではクラスベースと呼ばれるスタイルが標準にされている。他にプロトタイプベースと呼ばれる後発のスタイルもあるが、こちらは少数派である。クラスベースのOOP言語は、Smalltalk様式とC++様式で二分されており、C++の方がずっと多数派である。C++様式は、静的型付けと動的型付けの分類で大別されている。それらの主な特徴を箇条書きするとこうなる。

クラスベース - クラスのインスタンス化でオブジェクトを構築する。
- Smalltalk様式 - クラスとインスタンスの相対性を付与してオブジェクトを体系化している。動的型付け中心。メッセージパッシングによる多態性。
- C++様式 - クラス（型）とインスタンス（型付け値）に分離してオブジェクトを体系化している。動的ディスパッチ（英語版）による多態性。
  - 静的型付け - 実行時のクラス構成が基本的に固定されている。
  - 動的型付け - 実行時のクラス構成の変更が前提にされている。
プロトタイプベース - オブジェクトのクローンでオブジェクトを構築する。クラスとインスタンスの相対性をオブジェクトから撤廃して、プロトタイプでオブジェクトを体系化している。動的型付け中心。動的バインディングによる多態性。

本稿では最も標準的なクラスベースのC++様式の静的型付けを基準にして説明する。

クラスとインスタンス

OOPの要点であるクラスは、データ構造とそれを扱うための操作・振る舞いをひとまとめにした一種のプログラムモジュール機能として定義されており、その実装はSimula67由来の継承と動的ディスパッチを加えた抽象データ型のスーパーセットにされていることが多い。クラスのデータ構造はレコード型や構造体に似た書式で定義されることが多く、データ構造の要素は言語ごとにフィールド、プロパティ、属性、メンバ変数などと呼ばれている。クラスに定義される操作・振る舞いはメソッドやメンバ関数などと呼ばれる。メソッドとは、特定の対象に所属させることを前提にしてThis参照を多相シンボルにしたディスパッチコードとしての関数/手続きを意味している。

OOP言語のクラスと、そうでない言語でのモジュールの違いを知ることは、OOPを理解する上でも重要になる。どちらも手続きとデータの複合体であるが、クラスの第一の特徴はそれに継承が備えられていることであり、次にThis参照の機構と、継承構造上の内包的な動的ディスパッチ（英語版）である。その次になる情報隠蔽と、定義と実装に分離しての抽象化の機構は、OOP以前のモジュラルプログラミング（英語版）からのものである。振る舞い抽象を担っているインターフェースの概念もそちらが先例であったが、データ抽象を担っているカプセル化（情報隠蔽とThis参照の融合）の採用はOOPが最初である。継承構造上の内包的な動的ディスパッチによるサブタイピング（=ポリモーフィズム）はOOP発祥であるが、それを純粋化すると前述のインターフェースになる。OOP以前の構造化開発のモジュールには情報隠蔽はあるが、継承はなく、This参照・カプセル化・サブタイピング・インターフェースといった抽象化機構も持たない。なお、振る舞いサブタイピング（英語版）は多重ディスパッチ中心OOPでは軽視されており、カプセル化はプロトタイプベースOOPでは軽視されている。従ってOOPを特徴付けている本来の要素とは即ち継承であり、その真偽はともかくとして、継承はプログラムの再利用性と保守性を高めるためのメカニズムと定義されている。

C++様式のクラスベースはオブジェクトを、型理論に沿った型（type）と型付け値（term）に分離している。その型の一種であるユーザー定義型（user defined type）がクラスにされており、その型付け値がインスタンスになっている。ユーザー定義型とは構造体と同じものであり、OOPでは手続き（のポインタ）も構造体メンバにされている。ユーザー定義型はオブジェクト型とも呼ばれるが、このオブジェクト型と後節の「オブジェクト」の意味上の繋がりはない。クラスはインスタンスのひな型であり、インスタンスはクラスを実体化したものである。実体化＝インスタンス化とは対象クラスの全変数内容を決定し、ヒープ領域の基底アドレス（This）を定めた上でそこにメモリ展開するという作業を指している。コンパイル時にその構成が確定されるユーザー定義型は静的型付けであり、実行時にもその構成を変更できるユーザー定義型は動的型付けである。

オブジェクトとは

クラスベース言語での「オブジェクト」は、一般的にはインスタンスを指す用語として説明されているが、このような重複語になった背景にはOOPの原点であるSmalltalkからの事情がある。Smalltalkは、全てのプログラム要素はオブジェクトであり、全てのオブジェクトはクラスのインスタンス化であり、クラスもまたオブジェクトであると定義していた。そこではクラスもまたメタクラス（型）のインスタンス化（型付け値）になり、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になっていたので、クラスとインスタンスは即ちオブジェクトの性質（相対性）を指すための言葉になっていた。これがC++様式では簡素化されて、クラスとインスタンスは型と型付け値の役割に固定され、メタクラスはクラス構成の動的変更機能に固定されたので、上述のインスタンス化の相互再帰が失われたオブジェクトは、インスタンスと同じ意味の言葉として残されることになった。またSmalltalkは、オブジェクトは他のオブジェクトと相互作用（interaction）するとも定義しており、この相互作用とは各種演算と同義である。Smalltalkのクラスは型付け値でもあるのでオブジェクトであるが、C++様式のクラスはただの型なので演算対象に出来ないことからオブジェクトではなくなっている。

Smalltalk方言のSelfを原点とするプロトタイプベースは、オブジェクトからクラスとインスタンスの相対性を無くしたスタイルである。数値・文字列・配列・関数・シンボル・構造体（オブジェクト型）といった基本的な型は備えられているが、これはオブジェクト種類の区別に特化されたものなので、型理論に沿ったクラスベースのそれとは厳密には異なっている。クラス性質を除去したオブジェクトは事実上のインスタンスに一元化されており、その全てが相互作用（interaction）する。オブジェクトの表現はスロット（シンボルとコンテンツのペアデータ）の可変長配列でなされており、オブジェクトの識別は専らダックタイピングによってなされる。クラス概念が無いのでサブクラス化とインスタンス化は成立せず、代わりにクローン（複製）によってオブジェクトの継承がなされており、クローンはインスタンス化の代替になる。複製元オブジェクトは、複製先オブジェクトのプロトタイプと呼ばれる。

オブジェクト指向の三大要素

クラスベースOOPの中心であるクラスの実装様式を規定している以下の三項目は、日本では三大要素または三大原則などと呼ばれているが、各要素の軽視重視と導入方法は言語別に様々である。

カプセル化

データ構造とそれを扱うためのメソッド群を情報隠蔽の概念と合わせてモジュール化（パッケージ化）するという手法がカプセル化と呼ばれる。カプセル化されたメソッドは、This値が暗黙の先頭引数として常に渡されるように実装される。This値とはクラスのデータ構造をメモリ展開するためのヒープ領域の基底アドレスを指しており、インスタンス化時に確定されたThis値によってメソッドは専用のデータ構造にアクセスできる。専用メソッドを通してのデータ構造の閲覧と変更は、抽象データ型の考え方に沿ったデータ構造の抽象化を意味することになり、これはデータ抽象（英語版）と呼ばれる。データ閲覧用メソッドはゲッター/アクセッサと呼ばれ、データ変更用メソッドはセッター/ミューテイタと呼ばれる。

情報隠蔽とはそのクラスのデータ構造の各要素および各メソッドを必要に応じて内部隠蔽するという概念である。内部隠蔽されたデータ要素とメソッドはそのクラス外部からのアクセスが禁止される。抽象データ型本来の形式ではデータ構造のみが隠蔽対象になるので、これはデータ隠蔽とも呼ばれる。隠蔽指定外のデータ要素とメソッドは外部公開されて、そのクラス外部からもアクセス可能になる。外部公開の範囲を指定する機能はアクセスコントロールと呼ばれており、これが内部隠蔽の仕組みを担っている。クラスのレキシカルスコープを基準にした段階的なアクセス許可範囲は可視性と呼ばれる。可視性は無制限・任意クラスグループ限定・派生クラスグループ限定・自クラス限定（内部隠蔽）の四段階がUMLでは標準にされている。

継承

既存クラスのデータ/メソッド構成に、任意のデータ/メソッド構成を付け足して、既存構成＋新規構成の新しいクラスを定義するという手法が継承と呼ばれる。また、各クラスの共通構成パートを括りだして特有構成パートと分離することでオブジェクトを分類体系化し、同時にその共通構成パートの記号化によってソースコード内の重複記述を削減する機能とも解釈される。これは差分プログラミング目的の継承であり、1990年代までは多用された。2000年代になるとSOLID原則の重視に伴なって、既存構成に抽象メソッドを置いて新規構成にその実体メソッドを置くというメソッドオーバーライドを用いるための振る舞いサブタイピング（英語版）目的の継承が要点にされるようになっている。データ/メソッドの新規構成ではなく、メソッドの実装内容を付け足していくための継承である。そこでは特にデータ構造を付け足しての階層的なデータの分散配置は倦厭されている。

既存クラスはスーパークラス・親クラス・基底クラスなどと呼ばれ、新しいクラスはサブクラス・子クラス・派生クラスなどと呼ばれる。親と子は差分プログラミング重視で用いられ、基底と派生はサブタイピング重視で用いられる。継承できるクラスが一つに限られている単一継承を採用している言語と、継承できるクラスの数に制限がない多重継承を採用している言語がある。抽象メソッドを持つクラスは抽象クラスと呼ばれる。基底クラス側で返り値の型と引数リストのみが定義されて実行コードブロックが未定義のままの抽象メソッドは、その派生クラス側の実体メソッドでオーバーライドされる。オーバーライドは遅延結合による多相な複雑系アルゴリズムを表現するオープン再帰（open recursion）のメカニズムにもなっている。

抽象メソッドのみで構成される純粋抽象クラスはインターフェースと呼ばれ、その継承は実装（implementaion）と呼ばれる。実装継承という俗称もある。実装はサブタイピングによるIs-a関係を完全順守させるためのメカニズムであり、継承とは別個の概念として扱われている。モジュラルプログラミング（英語版）が先例になる実装は、継承から派生（subtyping）への先祖返りと言えるものである。

ポリモーフィズム

異なる種類のクラスに共通の操作インターフェースを持たせてオブジェクトの振る舞いを抽象化するという手法がポリモーフィズム（多態性）と呼ばれる。OOPで語られる多態性はもっぱら継承構造を利用したサブタイプ多相（英語版）を対象にしているが、アドホック多相（英語版）もサポート的に用いられており、パラメトリック多相（英語版）はコンポジションで用いられている。そのサブタイプ多相の設計としてはコンパイル時に確定された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仕組みを指しており、一つのメソッド名からその実行時状態に合わせた個別のメソッド処理が呼び出されるようにするという演繹的意味と、各クラスの同種機能メソッドを一つの共通メソッドにまとめて実行時状態に合わせたメソッド処理が呼び出されるようにするという帰納的意味がある。

その実装としてはメソッドオーバーライド機能を活用した仮想関数と、実行時パターンマッチング機能を活用した総称関数の二つが挙げられる。仮想関数（英語版）はスーパークラスの抽象メソッドの呼び出しを、それをオーバーライドしたサブクラスの実体メソッドの呼び出しにつなげるという動的ディスパッチ機能である。総称関数（英語版）はオブジェクトの実行時パターンマッチングを使用する独立関数であり、その引数にされた各オブジェクトの型（=クラス）の組み合わせに従って実行コードブロックを選択決定するという多重ディスパッチ機能である。

コンポジションとデリゲーションとジェネリクス

コンポジション (合成)（英語版）とデリゲーション（委譲）は、継承を帰納的に分解した仕組みと言えるものであり、または合成と委譲による連携を演繹的に最適化した仕組みが継承であるとも言える。OOPにおける合成と委譲は、OOP原点のSmalltalkがSimula67発の継承機能をオブジェクトの再帰構成という観点から再解釈したものがデザイン上のルーツになっている。継承は例外も多いがIs-aの委譲であるのに対して、合成はHas-aの委譲と読み替えることができる。

合成とは、特定処理の委譲先になる部品クラスの1個以上を持たせたクラス構造であり、そのクラスがとある処理を要求されてそれに対応できるデータ/メソッドを持っていない場合は、それに対応できる部品クラスを選択して処理を委譲するという仕組みである。その要求判別と選択過程を自動サーチ化したものが継承であり、部品クラスを基底クラスに置き換えて暗黙の委譲先にしたものである。しかしその自動サーチは、クラス階層に分散配置されているデータ/メソッドのどれが実際にアクセスされるのかという把握を困難にしたので、ここで差分プログラミング用途の継承の欠点が取り沙汰されるようになり、2000年代になるとクラスの機能拡張と分類体系化では、継承と合成の使い分けが重視されるようになった。

ジェネリクス（総称化）は、オブジェクトのデータ構造を汎用化して、それに汎用アルゴリズムの数々を適用できるようにした技術である。様々なデータ要素を内包するコンポジション（合成）オブジェクトはコンテナ（List/Set/Mapなど）と呼ばれ、その要素の型を型変数化することで汎用的なデータ構造を表現し、その要素の型はコンテナのインスタンス化時に与えられる型パラメータによって決定される。ジェネリクスはデータ構造とアルゴリズムの柔軟なコンポーネント化を促進させた。また、圏論の圏に見立てられたコンテナおよび対象に見立てられたデータ要素の入れ子構造と、射に見立てられたサブタイピングの融合は、共変性と反変性の手法に発展した。

動的ディスパッチとメッセージパッシング

動的ディスパッチ（英語版）は、OOPのポリモーフィズムの基礎的仕組みであり、例えば継承構造上でのThisによるシングルディスパッチを最適化した機能が仮想関数になっている。動的ディスパッチは、コンパイル時に確定されたメソッド名から呼び出されるメソッド内容（実行コードブロック）が実行時に決定される仕組み全般を指している総称用語である。メソッドに与えられた各引数の型の組み合わせに従って、実行コードブロックが選択分岐される仕組みのシングルディスパッチと多重ディスパッチを包括している。先頭引数の型パターンマッチング固定で実行コードブロックが選択決定（ディスパッチ）されるのはシングルになり、そうでないならば多重になる。

メッセージパッシングでは前述の引数の型だけでなく、メソッド名も実行時に解釈される要素にされており、そこでただのシンボルとして扱われるメソッド名はセレクタと呼ばれている。セレクタはメッセージ式を基本文とするSmalltalk様式のOOPで用いられる。object selector: paramような書式でオブジェクトの共通窓口となるメッセージレシーバーに、セレクタと引数値で構成されたメッセージが送られる。また、object.call(method_name, param)のような書式でオブジェクトの共通窓口関数をコールするのもメッセージパッシングと呼ばれる。これは遠隔手続き呼出しやオブジェクト要求ブローカーで用いられており、分散オブジェクトの標準的なインターフェース機構になっている。メソッド名（関数名）も実行時に解釈されるという特徴を指してメッセージパッシングと呼ぶ。メッセージレシーバー内では、渡されたセレクタの文字列照合の条件分岐によって実行コードブロックが選択されることが多く、OOP原点のSmalltalkは、引数とThisが与えられるその実行コードブロックをメソッドと呼んでいた。

インターフェース

インターフェースは、カプセル化を更に突き詰めた概念であり、継承のサブタイピング用法を更に突き詰めた概念である実装（implementation）を体現している仕組みである。インターフェースは、オブジェクトの情報隠蔽とデータ抽象とメソッド抽象を合わせて表現する。クラスから見たインターフェースは、自身のサービスのモデリングであり、この作法は実現（realization）と呼ばれる。OOPのインターフェースは、基本的には抽象メソッドのみで構成される抽象型と定義されている。ソフトウェアコンポーネント間の相互通信媒体として用いられることが多く、SOLID原則の重視に伴ないクラス間の結合にも多用される。

各言語での導入様式としては、抽象メソッドのみで構成される純粋抽象クラスが基本形にされており、インスタンス化はできない継承専用クラスになる。多重継承が前提にされている。インターフェースの抽象メソッドのメソッド内容（実行コードブロック）は、それを実装したクラスの同名メソッドで記述されることになる。インターフェースの各抽象メソッドはセッター・ゲッター・プロセスなどとして動作し、その実装内容は利用者側からは隠されて実行時のその都度に決定されることになる。

多重ディスパッチとミックスインとトレイト

多重ディスパッチは、オブジェクトの振る舞いサブタイピング（英語版）を、オブジェクトの実行時パターンマッチングに置き換えたポリモーフィズム・アプローチである。サブタイピングが同名アルゴリズムを個々の派生クラスに分散記述するのに対して、多重ディスパッチは個々の派生クラスの同名アルゴリズムを独立関数内で一括記述する。その独立関数が多重ディスパッチではメソッドと呼ばれるが、正確にはディスパッチ先になる個々の実行コードブロックがメソッドであり、その多重定義で総称メソッド（総称関数（英語版））と呼ばれる。総称メソッドは1個以上のオブジェクトを引数にし、その各引数オブジェクトの型（クラス）の組み合わせに従って、実行コードブロックを選択決定（ディスパッチ）する。その型パターンマッチングでは、クラスに付加されたアノテーション識別（マーカーインターフェース）の方が重視されることもあり、これがアドホック多相とサブタイプ多相の双方で継承を解釈できるミックスインの原点になっている。

ミックスイン（Mix-in）は、上位クラスからの機能取得と下位クラスへの機能注入を主体にした継承アプローチであり、そこでは上位クラスと下位クラスのIs-a関係が軽視されていることも特徴である。これはサブタイピング特化の実装継承とは反対に、差分プログラミング用法に特化させた継承と言えるものである。ただしこの差分プログラミングはあくまでメソッド限定である。こちらも多重継承が前提であり、インスタンス化はできない継承専用クラス（Mix-inクラス）を扱っている。Mix-inクラスの代表的な実装形態はトレイトである。トレイトはメソッドの集合体であり、そのメソッド集合を一つの機能にした分類体系化が可能であり、そのメソッド間で状態を共有するためのデータメンバも所有できることがある。トレイトは機能注入用のメソッド実体と、オーバーライド用のメソッド定義の双方を持てるが、インターフェースとは異なり前者のメソッド実体の方が中心である。Mix-inの設計は各言語で多様化しており、Mix-inクラスは各言語によってトレイト・モジュール・ロール・プロトコル・型クラスなどの様々な形態で導入されている。クラスをそのままMix-in化できる言語もあり、関数オブジェクトをMix-in化できる言語もあり、メソッド実装も可能にしたインターフェースをMix-in化できる言語もある。トレイトのMix-inは構造的型付け（英語版）で扱われることが多く、従来のクラスの継承とインターフェースの実装が記名的型付け（英語版）で扱われることと対比されている。

歴史

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命令を制御フロー構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 - 72）

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を土台にしてProcessと呼ばれるコルーチン機構を加えたプログラミング言語「Simula」を制作し、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、Processにローカル変数構造を共有する手続き（サブルーチン）を加えてパッケージ化する言語仕様を考案し、これは任意の変数と手続きをまとめるプログラムモジュールと同類の機能になった。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記号を、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、その継承構造を利用した仮想手続き（仮想関数）の仕組みも考案され、上述のパッケージ化されたProcess（モジュール）に継承と仮想手続きの両機能を加えたものを「クラス」と定義し、クラスをメモリに展開したものを「オブジェクト」と定義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Sketchpadの設計上にあったObjectが先例であった。SketchpadはCADとGUIの原点として知られており、後述のSmalltalkのモチーフの一つにもなっている。Simula67コンパイラはまず汎用機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。その主な用途は離散事象および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 - 75）

1960年代半ばになるとプログラム規模の際限なき拡大に伴なうソフトウェア開発の難航が頻発するようになり、いわゆるソフトウェア危機問題が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、共同詳細化（抽象データ構造と抽象ステートメントを連携させて具象化する概念）といった技法を提唱した。その論旨はプログラム正当性検証技術の確立であり、数学証明に倣った視点でソースコードを適切に分割して抽象化することが勧められていた。しかしこの構造化プログラミングは後に曲解されて、制御フロー構文（順次・分岐・反復）を勧める論旨で世間に広まることになり、ダイクストラ本来の論旨であったプログラムモジュールを抽象化して扱おうとする考え方は当時の世間には伝わらなかった。共同詳細化は抽象データ構造を専用ステートメントを通して扱おうとする概念であり、Simula67の手続きを通してクラス内の変数にアクセスする仕組みに似ていた。段階的な抽象化と階層的なモジュール化は、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が先例になっていた。ダイクストラ、ホーア、ダールの三者は1972年に『構造化プログラミング』と題した共著を上梓しており、その階層的プログラム構造という章の中でダールは、Simulaの設計理念を更に明らかにした。

1974年にMITの計算機科学者バーバラ・リスコフは「抽象データ型」という概念を提唱し、上述のモジュールの共同詳細化をその振る舞いによって意味内容が決定される抽象データという考え方でより明解に形式化した。1975年に計算機科学者ニクラウス・ヴィルトは、モジュール機能を主題にした言語Modulaと共にモジュラルプログラミング（英語版）を提唱した。このパラダイムでは、モジュールを仕様定義とコード/データ実装に分離しての、前者による抽象化と後者の情報隠蔽が備えられて、これはインターフェースの実装という概念の先例になっている。また、1970年代後半からIBM社を中心にした研究者たちが（エドワード・ヨードンなど）サブルーチンモジュールとデータ構造を連携させる構造化のパラダイムを発表し、こちらではモジュールの抽象指向は倦厭されて具象的な段階的詳細化が重んじられた。当時は具象指向の方に軍配が上がり、構造化開発は1980年代までのソフトウェア開発の主流になっている。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、プログラムモジュールの登場からモジュラルや構造化開発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生まれていた。

Smalltalkとオブジェクト指向の誕生（1972 - 81）

Simula発のProcessとクラスの示した可能性は、パロアルト研究所の計算機科学者アラン・ケイによる「メッセージング」という考え方のヒントになった。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い、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いう独特のプログラム理論を提唱した。それには従来の関数呼び出しをセレクタの実行時解釈に置き換えて積極的な委譲を推進するメッセージ式と、プログラムコードとしても解釈できるデータ列を送信してそれを任意のタイミングで評価（eval）することで新たなデータを導出できるなどのアイディアが盛り込まれていた。これらの遅延結合パラダイムは非同期通信や単方向通信への可能性をも開いており、この発想の背景にはLISPの影響があった。メッセージを駆使するオブジェクトの構築には、Simula発のそれにプラトンのイデア論を重ね合わせたクラスとインスタンスの仕組みが導入された。オブジェクトとメッセージングの構想に基づいて開発された「Smalltalk」はプログラミング言語とGUIフレームワークを併せたものとなり、1972年にデータゼネラルNova上での1000行程度のBASICを使った試作（概念実証）を経て、翌1973年に新開発されたゼロックスAlto上で本格稼働された。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。またケイのメッセージング構想は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^[2]、1973年発表のアクターモデルのヒントにもなっている。しかし委譲の多用とデータ列が常にコード候補としても扱われる処理系は、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（新たに開発されたBitBLTを使った高速描画版Smalltalk-72）からSmalltalk-76の過程で、やむなくメッセージは（多くの場合）関数の動的コールに、メソッドはパターンマッチ処理から単なる関数へ置き換えられるなど構想時の柔軟さが失われるほど最適化された。また、ケイの留保した継承機構^[3]も導入されてオブジェクトは抽象データ型の性格も有するようになった。

1980年の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双方向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年に当時の著名なマイコン専門誌『BYTE』が、Smalltalkとその理念である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の仕組みの方であった。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（継承と動的ディスパッチ）および抽象データ型（データ抽象とデータ隠蔽）にマウントされて解釈されるようになり、それらのコンセプト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++の開発と普及（1979 - 88）

Simulaを研究対象にしていたAT&Tベル研究所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言語の制作に取り組み、1983年に「C++」を公開した。C++で実装されたクラスは、Simula由来の継承と仮想関数に加えて、段階的なレキシカルスコープの概念をクラス構造に応用したアクセスコントロールを備えていた。C++で確立されたアクセスコントロールは情報隠蔽によるデータ抽象を提示したが、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。1986年にソフトウェア技術者バートランド・メイヤーが制作した「Eiffel」の方は、正しいオブジェクト指向を標榜してクラスのデータ抽象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（フィーチャー）は属性/手続き/関数の三種構成で、手続きで属性を変更して関数で属性を閲覧するという形式に限定されており、これは抽象データ型に忠実な実装であった。アクセスコントロールはC++のとは異なるクラス指名方式にされ、仮想関数機能は延期手続き/関数として実装された。

1986年からACMがOOPSLAを年度開催するようになり、オブジェクト指向は従来の構造化開発に代わる技術として明確に意識され始めた。OOPSLAのプログラミング言語セクションでは、抽象データ型を基礎にしたクラス・パラダイムが主要テーマにされ、それを標準化するための数々のトピックが議題に上げられている。モジュール分割、抽象化、再利用性、階層構造、複合構成、情報隠蔽、実行時多態、動的束縛、総称型、永続性、並行性、自動メモリ管理といったものがそうであり、参画した識者たちによる寄稿、出版、講演を通して世間にも広められた。そうした潮流の中でストロヴストルップはデータ抽象の重要性を訴え、リスコフは基底と派生に分けたデータ抽象の階層構造の連結関係（置換原則）について提言した。契約による設計と開放閉鎖原則を提唱するメイヤーが1988年に刊行した『オブジェクト指向ソフトウェア構築』によるEiffel式のクラス理論は高く評価され、Eiffelを現行の模範形とする声も多く上がった。ただしこれは学術寄りの意見でもあったようで、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。他方でアラン・ケイのメッセージ・メタファに忠実であろうとする動きもあり、1984年に制作された「Objective-C」はC言語をSmalltalk方向に拡張してメッセージ式を平易化した言語であった。1987年にパロアルト研究所で誕生した「Self」は、Smalltalkのクラスベース設計をより柔軟に平易化したプロトタイプベースを編み出している。これらのメッセージレシーバーは、静的メソッド選択優先の動的ディスパッチ機構という方式でほぼ形式化された。メッセージレシーバーの仕組みは遠隔手続き呼出しやオブジェクト要求ブローカーの実装に適していたので、分散システムとオブジェクト指向の親和性を認識させることになった。

コンポーネントとネットワーク（1989 - 97）

ネットワーク技術の発展に連れて、データとメソッドの複合体であるオブジェクトの概念は、分散システム構築のための基礎要素としての適性を特に見出される事になり、IBM社、Apple社、サン社などが1989年に共同設立したOMGは、企業システムネットワーク向け分散オブジェクトプログラミング規格となるCORBAを1991年に発表した。その前年にマイクロソフト社はウェブアプリケーション向けの分散オブジェクトプログラミング技術となるOLEを発表し、1993年にはCOMと称するソフトウェアコンポーネント仕様へと整備した。このCOMの利用を眼目にしてリリースされた「Visual C++」「Visual Basic」はウェブ時代の新しいプログラミング様式を普及させる先駆になった。この頃にデータ抽象、データ隠蔽、アクセスコントロールおよびインターフェースによるプログラムの抽象化は、総じてカプセル化の概念でまとめられるようになった。クラスの継承が最もオブジェクト指向らしい機能と見なされていたのが当時の特徴であった。継承構造を利用した振る舞いサブタイピング及び動的ディスパッチは多態性という用語に包括された。こうしていわゆるオブジェクト指向の三大要素がやや漠然と確立されている。1996年にサン社がリリースした「Java」は三大要素が強く意識されたクラスベースであり、その中の分散オブジェクト技術はBeansと呼ばれた。類似の技術としてApple社もMacOS上でObjective-Cなどから扱えるCocoaを開発している。また、1994年から96年にかけて「Python」「Ruby」「JavaScript」といったオブジェクト指向スクリプト言語がリリースされ、従来の静的型付けに対する動的型付けと、クラスベースに対する新しいプロトタイプベースの認知度を高めている。

抽象化を旨とするオブジェクト指向ではそのプログラミング自体の抽象化も積極的に推進されている。80年代後半から立ち上げられたオブジェクト指向分析（OOA）やオブジェクト指向設計（OOD）の各手法から導き出される概念モデルを、多角的にチャート化ないしダイアグラム化するための数々のオブジェクト指向開発方法論がOOPSLA界隈の識者たちから発表されるようになり、そこで用いられる形式言語はオブジェクトモデリング言語（英語版）と呼ばれた。これはプログラミングのためのプロトタイプ（ひな型）として重視され、オブジェクト指向ではモデリング言語とプログラミング言語が並んでソフトウェア開発の両輪になった。1994年にモデリング言語の代表的な活用例であるGOF デザインパターンが初回発表され、後のオブジェクト指向学習では非常に重視されるようになった。1995年にモデリング言語の標準化を企図したUMLがOOPSLAで初回発表され、1997年にOMGの標準モデリング言語として採用された。

オブジェクト指向言語一覧

ここではクラスベースの記述は省略している。

Simula67 1967年　静的
Smalltalk 1972年　動的・メッセージ式・純粋系
C++ 1983年　静的
Objective-C 1984年　静的と動的・メッセージ式
Object Pascal 1986年　静的
Eiffel 1986年　静的・純粋系
Self 1987年　動的・プロトタイプベース・メッセージ式・純粋系
Modula-3 1988年　静的
Common Lisp(CLOS) 1988年(ANSI規格化は1994年)　動的・多重ディスパッチ・メタオブジェクト
Oberon-2 1991年　静的
Dylan 1992年　動的・多重ディスパッチ
Lua 1993年　動的・プロトタイプベース
Python 1994年(ver1.0)　動的
Delphi 1995年　静的
Ada 1995年からOOP化　静的
Perl 1995年からOOP化　動的
Ruby 1995年　動的・純粋系
Java 1996年(ver1.0)　静的
JavaScript 1996年(first released)　動的・プロトタイプベース
OCaml 1996年　静的・関数型
Squeak 1996年　動的・メッセージ式
ECMAScript 1997年　動的・プロトタイプベース
C# 2000年　静的と動的
Visual Basic.NET 2001年　静的
D言語 2001年　静的
Io 2002年　動的・プロトタイプベース・メッセージ式・純粋系
COBOL 2002年からOOP化　静的
FORTRAN 2003年からOOP化　静的
R言語 2003年からOOP化　動的・関数型・多重ディスパッチ
Scala 2003年　静的・関数型
Groovy 2003年　動的
PHP 2004年からOOP化　静的と動的
F# 2005年　静的・関数型
MATLAB 2008年からOOP化　動的・関数型
Go 2009年　静的
Rust 2010年　静的・関数型
Kotlin 2011年　静的
Ceylon 2011年　静的
Dart 2011年　静的・関数型　
Elixir 2011年　動的・関数型
Julia 2012年　動的・関数型・多重ディスパッチ
TypeScript 2012年　静的と動的・関数型
Swift 2014年　静的・プロトコル指向
Raku 2015年　静的と動的

用語一覧

ここでは日本語ページ化されている項目のみ列挙している。

脚注

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^ “At Utah sometime after Nov 66 when, influenced by Sketchpad, Simula, the design for the ARPAnet, the Burroughs B5000, and my background in Biology and Mathematics, I thought of an architecture for programming. It was probably in 1967 when someone asked me what I was doing, and I said: "It's object-oriented programming".”Alan Kay on the Meaning of “Object-Oriented Programming”
^ “Our research has concentrated on the development of a rigorous model of computation based on relationship among computational events. The development of this model has been greatly influenced by Seymour Papert's “little people” model of computation, a seminar given by Alan Key at M.I.T. on an early version of Smalltalk, and the work of Church, Fischer, Landin, on formalisms based on the lambda calculus.”Induction and Meta-evaluation
^ “I didn't like the way Simula I or Simula 67 did inheritance (though I thought Nygaard and Dahl were just tremendous thinkers and designers). So I decided to leave out inheritance as a built-in feature until I understood it better. ”Alan Kay on the Meaning of “Object-Oriented Programming”

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