「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}} |
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{{複数の問題 |
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|独自研究=2018年2月 |
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|出典の明記=2019年2月 |
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{{プログラミング・パラダイム}} |
{{プログラミング・パラダイム}} |
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{{Wikibooks|オブジェクト指向|オブジェクト指向}} |
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'''オブジェクト指向プログラミング'''(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「[[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。 |
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オブジェクトは、任意個数の[[フィールド (計算機科学)|フィールド ]]([[属性]]、[[プロパティ]]または[[変数 (プログラミング)|変数]])で構成される'''[[データ]]'''と、任意個数の([[メソッド (計算機科学)|メソッド]]または[[関数 (プログラミング)|関数]])で構成される'''[[コード]]'''のひとまとまりで構成される。 |
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オブジェクト |
'''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。 |
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| last1 = Kindler | first1 = E. |
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| last2 = Krivy | first2 = I. |
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| title = Object-Oriented Simulation of systems with sophisticated control |
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| publisher = International Journal of General Systems |
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| year = 2011 | pages = 313–343}}</ref><ref>{{Cite book|last1=Lewis|first1=John|last2=Loftus|first2= William|title=Java Software Solutions Foundations of Programming Design 6th ed|publisher=Pearson Education Inc.|year=2008|isbn=978-0-321-53205-3}}, section 1.6 "Object-Oriented Programming"</ref>。OOP言語のありかたは多様であるが、最も一般的といえるものは、オブジェクトがクラスの[[インスタンス]]であり、また、オブジェクトの[[データ型|型]]も[[クラス (コンピュータ)|クラス]]として規定される[[クラスベース]]といわれるものである。 |
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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"}}。 |
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広く使われているプログラミング言語の多く(C++、Java、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。 |
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主なオブジェクト指向言語には次のようなものが挙げられる: |
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[[Java]]、[[C++]]、[[C_Sharp|C#]]、[[Python]]、[[R言語|R]]、[[PHP (プログラミング言語)|PHP]]、[[Visual_Basic_.NET]]、[[JavaScript]]、[[Ruby]]、[[Perl]]、[[:en:SIMSCRIPT|SIMSCRIPT(英語版)]]、[[Object Pascal]]、[[Objective-C]]、[[Dart]]、[[Swift (プログラミング言語)|Swift]]、[[Scala]]、[[Kotlin]]、[[Common Lisp]]、[[MATLAB]]、そして[[Smalltalk]]。 |
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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。 |
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<!-- 以上まで、ほぼ [[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 --> |
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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。 |
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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。 |
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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。 |
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<!-- 以下より文末までほぼ出典なしの記述(出典なしの記述が大量に続いている、ということが以前より懸念されています。詳細は議論ノートをご参照ください --> |
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== 歴史 == |
== 歴史 == |
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{{独自研究|date=2021-10}} |
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[[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。]] |
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<!-- 以上、[[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 --> |
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[[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。 |
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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}}。 |
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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}}。 |
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{{Quote box |
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'''[[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<ref name="造語">“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".”[http://www.purl.org/stefan_ram/pub/doc_kay_oop_en%7CDr. Alan Kay on the Meaning of “Object-Oriented Programming”]</ref>、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[[Simula|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++の様式がオブジェクト指向の標準になっている。 |
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|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)。 |
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|author = アラン・ケイ |
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|source = {{harv|Meaning|2003}} |
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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}} |
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=== Simula以前 === |
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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}} |
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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}} |
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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、[[スパゲティプログラム|スパゲティ化]]した[[Goto文|goto命令]]を[[制御構造|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「[[ALGOL|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。 |
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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}} |
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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。 |
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=== Simulaの開発(1962 - 72) === |
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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}} |
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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、[[ALGOL|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[[メインフレーム|汎用機]][[UNIVAC I|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[[モジュール|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[[メインフレーム|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 (プログラミング)|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 (コンピュータ)|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 (プログラミング)|オブジェクト]]」と定義する言語仕様がまとまり、1967年に「[[Simula|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 I|UNIVAC]]上で運用され、翌年から汎用機[[バロース B5000|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メインフレーム|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。 |
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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}}。 |
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=== 構造化プログラミングの提唱(1969 - 75) === |
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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[[トップダウン設計とボトムアップ設計|トップダウン設計]]、段階的な[[抽象化 (計算機科学)|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[[正当性 (計算機科学)|プログラム正当性]]検証技術の確立であり、[[数学的証明|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、[[制御構造|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。[[エドガー・ダイクストラ|ダイクストラ]]、[[アントニー・ホーア|ホーア]]、[[オルヨハン・ダール|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。 |
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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}}。 |
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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[[セマンティクス|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-2|Modula]]と共に{{仮リンク|モジュラルプログラミング|en|Modular programming}}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[[インタフェース (抽象型)|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[[構造化分析設計技法|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[[段階的詳細化法|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、[[構造化プログラミング|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、[[モジュール|プログラムモジュール]]の登場からモジュラルや[[構造化分析設計技法|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。 |
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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}}。 |
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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。 |
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=== Smalltalkとオブジェクト指向の誕生(1972 - 81) === |
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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。 |
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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 (コンピュータ)|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[[Alto|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<ref name="アクター">“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.”[https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/512927.512942|Actor Induction and Meta-evaluation]</ref>、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<ref name="継承">“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. ”[http://www.purl.org/stefan_ram/pub/doc_kay_oop_en|Dr. Alan Kay on the Meaning of “Object-Oriented Programming”]</ref>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。 |
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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。 |
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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 (ソフトウェア)|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 (magazine)|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 (コンピュータ)|クラス]]([[継承 (プログラミング)|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。 |
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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}}。 |
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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。 |
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[[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]] |
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=== C++の開発と普及(1979 - 88) === |
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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。 |
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[[Simula]]を研究対象にしていた[[ベル研究所|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 (コンピュータ)|クラス]]は、Simula由来の[[継承 (プログラミング)|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。 |
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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)。 |
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[[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)。 |
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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>。 |
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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。 |
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1986年から[[Association for Computing Machinery|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[[構造化プログラミング|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 (コンピュータ)|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|モジュール分割]]、[[抽象化 (計算機科学)|抽象化]]、[[再利用|再利用性]]、[[継承 (プログラミング)|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]]、[[ガベージコレクション|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[[ビャーネ・ストロヴストルップ|ストロヴストルップ]]はデータ抽象の重要性を訴え、[[バーバラ・リスコフ|リスコフ]]は[[上位概念、下位概念、同位概念および同一概念|基底と派生]]に分けたデータ抽象の階層構造の連結関係([[リスコフの置換原則|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|開放閉鎖原則]]を提唱する[[バートランド・メイヤー|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[[Object Request Broker|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。 |
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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。 |
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=== コンポーネントとネットワーク(1989 - 97) === |
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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>。 |
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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|IBM社]]、[[Apple|Apple社]]、[[サン・マイクロシステムズ|サン社]]などが1989年に共同設立した[[Object Management Group|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|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[[Component Object Model|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[[Component Object Model|COM]]の利用を眼目にしてリリースされた「[[Microsoft Visual C++|Visual C++]]」「[[Visual Basic]]」は[[World Wide Web|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[[インタフェース (抽象型)|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 (プログラミング)|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[[JavaBeans|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。 |
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== OOPLの特徴 == |
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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設計|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[[コンセプトモデル|概念モデル]]を、多角的に[[フローチャート|チャート化]]ないし[[ダイアグラム|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{{仮リンク|オブジェクトモデリング言語|en|Object-modeling language}}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による[[ギャング・オブ・フォー (情報工学)|GOF]][[デザインパターン (ソフトウェア)|デザインパターン]]が初回発表され、これはオブジェクト指向教育で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[[統一モデリング言語|UML]]が[[OOPSLA]]で初回発表され、1997年に[[Object Management Group|OMG]]の標準モデリング言語として採用された。同年に[[デザインパターン (ソフトウェア)|デザインパターン]]を帰納的に分析して九原則にまとめた[[GRASP]]が発表されている。 |
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<!-- 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 --> |
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=== 非OOPLとの共通点 ===<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 --> |
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== 特徴 == |
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; [[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。 |
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{{独自研究|date=2021-04}} |
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; 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。 |
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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{{要出典|date=2021年10月|title=二分されているというのは正しいのかもしれないが、「C++様式」という用語が一般的なのか怪しいのと、出典は要る。 それとここで言う C++様式 かつ 動的型付け である言語の例は?}}、C++様式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。 |
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[[: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 --> |
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* [[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。 |
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** [[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。 |
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** [[C++]]様式 - クラス(型)とインスタンス(値)<!--型付け値 ←怪しい用語-->に分離してオブジェクトを体系化している。{{仮リンク|動的ディスパッチ|en|Dynamic dispatch}}による多態性。 |
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*** [[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。 |
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*** [[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。{{疑問点|date=2021年10月|title=動的型付けはそういう意味ではない}} |
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* [[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。[[動的束縛|動的バインディング]]による多態性。 |
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=== クラスとオブジェクト === |
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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。<!-- 動的型付けのオブジェクト指向言語もかなり使われているので疑問。 --> |
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<!-- 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。 |
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; [[クラス (コンピュータ)|クラス]] |
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: 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。 |
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; [[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]] |
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: クラスのインスタンス |
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<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 --> |
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<!-- 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>。 |
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なお、場合によっては C言語などオブジェクト指向を支援しない言語でオブジェクト指向的なプログラミングが行われることもある<!-- それについての書籍があったはず -->。 |
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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。 |
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{{Quote box |
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参考: <!-- [[クラスベース]]OOPの中心である[[クラス (コンピュータ)|クラス]]の実装様式を規定している以下の三項目は、 「クラスの実装様式」では意味がはっきりしない。--> |
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|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。 |
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後述の「カプセル化」「継承」「ポリモーフィズム」の3項目は、<!-- 日本では -->「オブジェクト指向の三大要素」または「3大特徴」などと言われることもあるが、広く認められたものではないし、「オブジェクト指向プログラミングの特徴」なのか「オブジェクト指向言語に求められる機能」なのかという点も曖昧である。 |
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|author = Junade Ali |
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<!-- 各要素の軽視重視と導入方法は言語別に様々である。 --> |
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|source = ''Mastering PHP Design Patterns''{{harv|Ali|2016|p=11}} |
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|width = 50% |
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|align = right |
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}} |
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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 |
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=== クラスとインスタンス === |
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; [[クラス変数]] |
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OOPの要点である[[クラス (コンピュータ)|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[[モジュール|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[[Simula|Simula67]]由来の[[継承 (プログラミング)|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 (計算機科学)|フィールド]]、[[プロパティ (プログラミング)|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 (計算機科学)|メソッド]]やメンバ[[関数 (プログラミング)|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 (プログラミング)|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 (プログラミング)|関数]]/[[手続き]]を意味している。 |
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: 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。 |
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; [[インスタンス変数]]または属性 |
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: 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。 |
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; [[メンバ変数]] |
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: 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。 |
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; [[クラスメソッド]] |
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: 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。 |
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; [[インスタンスメソッド]] |
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: 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。 |
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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。 |
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{{要説明|date=2021年10月|title=クラスは (オブジェクトの)分類 という話があるべき。}} |
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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。 |
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OOP言語の[[クラス (コンピュータ)|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[[プロシージャ|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 (プログラミング)|継承]]が備えられていることであり、次に[[This (プログラミング)|This参照]]の機構と、[[継承 (プログラミング)|継承]]構造上の[[内包と外延|内包]]的な{{仮リンク|動的ディスパッチ|en|Dynamic dispatch}}である。その次になる{{仮リンク|情報隠蔽|en|information hiding}}と、定義と実装に分離しての[[抽象化 (計算機科学)|抽象化]]の機構は、OOP以前の{{仮リンク|モジュラルプログラミング|en|Modular programming}}からのものである。振る舞い抽象を担っている[[インタフェース (抽象型)|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 (プログラミング)|継承]]構造上の内包的な動的ディスパッチによる[[派生型|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[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]になる。OOP以前の[[構造化分析設計技法|構造化開発]]のモジュールには情報隠蔽はあるが、[[継承 (プログラミング)|継承]]はなく、[[カプセル化]]や[[ポリモーフィズム]]といった抽象化の諸機構も持たない。なお、{{仮リンク|振る舞いサブタイピング|en|Behavioral subtyping}}は[[多重ディスパッチ]]のOOPでは軽視されており、カプセル化は[[動的型付け]]のOOPではしばしば軽視されている。従ってクラスを特徴付けている要素とは即ち[[継承 (プログラミング)|継承]]であり{{疑問点|date=2021年10月}}、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。 |
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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 --> |
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C++様式のクラスベースは[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]を、[[型理論]]に沿った[[型システム|型]](type)と[[型付け|型付け値]]{{疑問点|date=2021年10月|title=怪しい用語}}(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{{疑問点|date=2021年10月}}、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]]と呼ばれることもあるが、このオブジェクト型と後節の「[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]」の意味上の繋がりはない。←怪しいし中途半端。今の状態ならない方がマシでしょう。-->[[クラス (コンピュータ)|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、{{疑問点範囲|[[ヒープ領域]]の基底アドレス([[This (プログラミング)|This]])を定めた上でそこにメモリ展開するという作業|date=2021年10月|title=これだと処理系による実装のような話であり、書くとしても 典型的な実装の形態 といった言い方にしないとまずい。言語のセマンティクスとしてはもっと抽象的なモデルもありうる。 ヒープとも限らないし。「メモリを確保」ならまだわかる。}}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。なお、Smalltalk様式のクラスベースは[[型理論]]の[[依存型]]に似ている。依存型は型と値の境界がない型付けである。 |
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=== クラスベース対プロトタイプベース === |
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<!-- 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。 |
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[[クラスベース]]言語での「[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]」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原点の[[Smalltalk]]の設計がある。Smalltalkは、全てのプログラム要素は[[オブジェクト (プログラミング)|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り、オブジェクトは他のオブジェクトと相互作用(interaction)すると定義していた。そこでは[[クラス (コンピュータ)|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 (コンピュータ)|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[[型システム|型]]と[[型付け|型付け値]]の役割に固定され、メタクラスは[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]機能に固定されたので、クラスとインスタンス化の[[相互再帰]]が失われたオブジェクトは、相互作用できるインスタンスを指しているままで放置された。相互作用とは各種演算と同義であり、Smalltalkのクラスは相互作用できる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。 |
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[[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 --> |
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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[[プリミティブ型|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[[型システム|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。 |
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=== 動的ディスパッチとメッセージパッシング === |
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<!-- === オブジェクト指向の三大要素 === --> |
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<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 --> |
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=== [[カプセル化]] === |
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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[[: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。 |
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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 (プログラミング)|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{{仮リンク|Data Abstraction|en|Abstraction (computer science)|label=データ抽象}}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。 |
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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 --> |
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{{仮リンク|情報隠蔽|en|information hiding}}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[[統一モデリング言語|UML]]では標準にされている。 |
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=== カプセル化 === |
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<!-- 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。 |
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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 (プログラミング)|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。 |
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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 --> |
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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、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。<!-- 概念的に インターフェース継承(型継承、[[is-a関係]]、下位分類)と 実装の継承 の2つの側面があるといったことを書いた方がよさそう。 記述によっては両方の継承関係が同時に生じる。 -->抽象メソッドを持つクラスは抽象クラスと呼ばれる。基底クラス側でリターン型とパラメータ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装メソッドで[[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。 |
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=== コンポジション、継承、委譲 === |
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抽象メソッドのみで構成される純粋抽象クラスは[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]と呼ばれ、その継承をUML[[クラス図]]は実装(implementation)と定義している。インターフェースの実装は、サブタイピングの[[Is-a]]関係を完全順守させるメカニズムである。{{仮リンク|モジュラルプログラミング|en|Modular programming}}が先例になる実装は、[[継承 (プログラミング)|継承]]から[[派生型|派生]]への回帰と言えるものである。 |
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<!-- 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。 |
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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 --> |
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<!-- 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 --> |
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また、具象メソッドをクラスに注入するという継承アプローチもあり、これは[[ミックスイン]](mix-in)と呼ばれる。mix-inでの具象メソッドの集合体は[[トレイト]]とされることが多い。トレイトは[[抽象メソッド]]も持てる。 |
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<!-- 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 --> |
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=== [[ポリモーフィズム]] === |
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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{{仮リンク|サブタイプ多相|en|Subtyping}}を対象にしているが、{{仮リンク|アドホック多相|en|Ad hoc polymorphism}}もサポート的に用いられており、{{仮リンク|パラメトリック多相|en|Parametric polymorphism}}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。 |
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<!-- 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。 |
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その実装としては[[オーバーライド|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。{{仮リンク|仮想メソッド(OOP)|en|Virtual function|label=仮想関数}}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。{{仮リンク|総称関数|en|generic function}}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。同名アルゴリズムを個々の派生クラスのメンバ関数に分散記述するのが仮想関数であり、個々の派生クラスの同名アルゴリズムを一つの独立関数に一括記述するのが総称関数である。 |
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[[: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。 |
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=== コンポジションとデリゲーションとジェネリクス === |
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{{仮リンク|オブジェクトコンポジション|en|Object composition|label=コンポジション (合成)}}と[[委譲|デリゲーション]](委譲)は、OOPでは[[継承 (プログラミング)|継承]]と対比される機能である。継承(特化)は[[Is-a]]関係の暗黙委譲、合成は[[Has-a]]関係の明示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。また、[[Has-a]]関係はUML[[クラス図]]では合成(composition)と集約(aggregation)に分けられている。 |
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[[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。 |
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[[ジェネリックプログラミング|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 (データ型)|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]]を個別化しての柔軟な[[ソフトウェアコンポーネント|コンポーネント性]]を促進させ、[[イテレータ|反復子]]の方法論を確立した。また、[[圏論]]の[[圏 (圏論)|圏]]に見立てられた[[コンテナ (データ型)|コンテナ]]および[[対象 (圏論)|対象]]に見立てられたデータ要素の入れ子構造と、[[射 (圏論)|射]]に見立てられた[[派生型|サブタイピング]]の融合は、[[共変性と反変性 (計算機科学)|共変性と反変性]]の手法に発展した。 |
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[[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 --> |
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=== 動的ディスパッチとメッセージパッシング === |
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{{仮リンク|動的ディスパッチ|en|Dynamic dispatch}}は、OOPの[[ポリモーフィズム]]の原型機能であり、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、実行時に選択決定(ディスパッチ)される仕組み全般を指している。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決定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。例えば[[仮想関数]]は[[This (プログラミング)|This]]のシングルディスパッチである。 |
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=== ポリモーフィズム === |
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メッセージパッシングでは引数の型に加えて、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。<code>object selector: param</code>ような書式でオブジェクトの共通窓口に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、<code>object.call(method_name, param)</code>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[[Remote Procedure Call|RPC]]や[[Object Request Broker|ORB]]などの分散オブジェクト技術で用いられている。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では、渡されたセレクタの[[パターンマッチング]]に従って実行コードブロックがディスパッチされることが多く、OOP原点のSmalltalkは、引数と[[This (プログラミング)|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。 |
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<!-- 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。 |
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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。 |
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=== インターフェースとトレイト === |
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[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]は、[[カプセル化]]と[[継承 (プログラミング)|継承]]の[[派生型|サブタイピング]]用法を促進した機能である。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 (コンピュータ)|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ル化である。OOPの[[インタフェース (抽象型)|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。その実装方式は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って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は、その実装クラスの同名具象メソッドで[[オーバーライド]]される。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・プロセスとして動作し、その実装内容は隠蔽されて実行時ごとに決定される。その代表使用例は[[ソフトウェアコンポーネント]]間の相互通信媒体である。 |
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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 --> |
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OOP原点の[[Smalltalk]]処理系由来の[[トレイト]]は、[[クラス (コンピュータ)|クラス]]への機能注入を目的にした[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]の集合体であり、トレイトの多重継承を扱う作法は[[ミックスイン]]と呼ばれている。トレイトの継承はインクルードともされ、これはUML[[クラス図]]の特化と実装ではない第三の継承概念になるので標準OOP路線からは外れていた。 |
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=== オープンな再帰 === <!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1051733225 の翻訳 --> |
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[[: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 --> |
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===SOLID、GRASPのガイドライン=== |
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== デザインパターン == |
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[[SOLID]]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 |
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* '''S''':[[:en:Single responsibility principle|単一責任の原則(英語版)]] |
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=== 継承とBehavioral subtyping === |
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* '''O''':[[開放/閉鎖原則]] |
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<!-- 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 --> |
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* '''L''':[[リスコフの置換原則]] |
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* '''I''':[[:en:Interface segregation principle|インターフェイス分離の原則(英語版)]] |
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=== GoFデザインパターン === |
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* '''D''':[[依存性逆転の原則]] |
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{{Main|デザインパターン (ソフトウェア)}} |
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=== オブジェクト指向とデータベース === |
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<!-- ここから [[en:Object-oriented programming]] oldid=1057169575 の翻訳 --> |
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{{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}} |
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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{{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。 |
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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。 |
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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 --> |
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=== OOPと制御構造 === |
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<!-- 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 --> |
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=== 責任駆動設計 対 データ駆動設計 === |
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<!-- 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 --> |
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=== <!-- 以下、[[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 -->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<ref>https://wiki.c2.com/?MichaelFeathers</ref>が考案し提唱したものである |
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* '''S''' : [[:en:Single responsibility principle|単一責任の原則(英語版)]] |
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* '''O''' : [[開放/閉鎖原則]] |
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* '''L''' : [[リスコフの置換原則]] |
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* '''I''' : [[:en:Interface segregation principle|インターフェイス分離の原則(英語版)]] |
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* '''D''' : [[依存性逆転の原則]] |
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[[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。 |
[[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。 |
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<!-- 以上、[[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 --> |
<!-- 以上、[[en:Object-oriented programming]] oldid=1047374345 の翻訳 --> |
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== 形式意味論 == |
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== オブジェクト指向言語一覧 == |
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{{see also|プログラム意味論}} |
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ここではクラスベースの記述は省略している。 |
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<div style="{{column-count|2}}"> |
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* [[Simula|Simula67]] 1967年 静的 |
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* [[Smalltalk]] 1972年 動的・メッセージ式・純粋系 |
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* [[C++]] 1983年 静的 |
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* [[Objective-C]] 1984年 静的と動的・メッセージ式 |
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* [[Object Pascal]] 1986年 静的 |
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* [[Eiffel]] 1986年 静的・純粋系 |
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* [[Self]] 1987年 動的・プロトタイプベース・メッセージ式・純粋系 |
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* [[Modula-3]] 1988年 静的 |
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* [[Common Lisp]]([[CLOS]]) 1988年(ANSI規格化は1994年) 動的・多重ディスパッチ・[[The Art of the Metaobject Protocol|メタオブジェクト]] |
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<!-- :[[クラスベース]]のオブジェクト指向。メソッド記述の関数呼び出し形式への統合、[[多重ディスパッチ]]、クラスの動的な再定義等を特徴とする。--> |
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*[[Oberon-2]] 1991年 静的 |
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*[[Dylan]] 1992年 動的・多重ディスパッチ |
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*[[Lua]] 1993年 動的・プロトタイプベース |
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* [[Python]] 1994年(ver1.0) 動的 |
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* [[Delphi]] 1995年 静的 |
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*[[Ada]] 1995年からOOP化 静的 |
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*[[Perl]] 1995年からOOP化 動的 |
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* [[Ruby]] 1995年 動的・純粋系 |
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*[[Java]] 1996年(ver1.0) 静的 |
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* [[JavaScript]] 1996年(first released) 動的・プロトタイプベース |
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*[[OCaml]] 1996年 静的・関数型 |
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*[[Squeak]] 1996年 動的・メッセージ式 |
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*[[ECMAScript]] 1997年 動的・プロトタイプベース |
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*[[C Sharp|C#]] 2000年 静的と動的 |
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*[[Visual Basic .NET|Visual Basic.NET]] 2001年 静的 |
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*[[D言語]] 2001年 静的 |
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*[[Io (プログラミング言語)|Io]] 2002年 動的・プロトタイプベース・メッセージ式・純粋系 |
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*[[COBOL]] 2002年からOOP化 静的 |
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*[[FORTRAN]] 2003年からOOP化 静的 |
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*[[R言語]] 2003年からOOP化 動的・関数型・多重ディスパッチ |
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* [[Scala]] 2003年 静的・関数型 |
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*[[Groovy]] 2003年 動的 |
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*[[PHP (プログラミング言語)|PHP]] 2004年からOOP化 静的と動的 |
|||
*[[F Sharp|F#]] 2005年 静的・関数型 |
|||
*[[MATLAB]] 2008年からOOP化 動的・関数型 |
|||
*[[Go (プログラミング言語)|Go]] 2009年 静的 |
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*[[Rust (プログラミング言語)|Rust]] 2010年 静的・関数型 |
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* [[Kotlin]] 2011年 静的 |
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*[[Ceylon]] 2011年 静的 |
|||
*[[Dart]] 2011年 静的・関数型 |
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*[[Elixir (プログラミング言語)|Elixir]] 2011年 動的・関数型 |
|||
*[[Julia (プログラミング言語)|Julia]] 2012年 動的・関数型・多重ディスパッチ |
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* [[TypeScript]] 2012年 静的と動的・関数型 |
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*[[Swift (プログラミング言語)|Swift]] 2014年 静的・プロトコル指向 |
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*[[Raku]] 2015年 静的と動的 |
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== 用語一覧 == |
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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。 |
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<div style="{{column-count|3}}"> |
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* [[クラスベース]] |
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*[[プロトタイプベース]] |
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*[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージ]] |
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*[[クラス (コンピュータ)|クラス]] |
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*[[インスタンス]] |
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*[[フィールド (計算機科学)|フィールド]] |
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*[[プロパティ (プログラミング)|プロパティ]] |
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*[[メソッド (計算機科学)|メソッド]] |
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* [[インスタンス変数]] |
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* [[クラス変数]] |
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*[[コンストラクタ]] |
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*[[デストラクタ]] |
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*[[カプセル化]] |
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* [[継承 (プログラミング)|継承]] |
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*[[ポリモーフィズム|多態性]] |
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*[[This (プログラミング)|This]] |
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* [[Is-a]] |
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* [[Has-a]] |
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*[[派生型|サブタイピング]] |
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*[[ダックタイピング]] |
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*[[ミックスイン]] |
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*[[スーパークラス (計算機科学)|スーパークラス]] |
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*[[サブクラス (計算機科学)|サブクラス]] |
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*[[抽象クラス]] |
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*[[メタクラス]] |
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*[[オーバーライド]] |
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*[[仮想関数テーブル]] |
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*[[菱形継承問題]] |
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*[[仮想継承]] |
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*[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]] |
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*[[トレイト]] |
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* [[抽象型]] |
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*[[オブジェクト型]] |
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*[[型クラス]] |
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*[[委譲]] |
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*[[多重ディスパッチ]] |
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*[[ダブルディスパッチ]] |
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*[[多重定義|オーバーロード]] |
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*[[アノテーション]] |
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*[[コンテナ (データ型)|コンテナ]] |
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*[[ボックス化]] |
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*[[ジェネリクス]] |
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*[[共変性と反変性 (計算機科学)|共変性と反変性]] |
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*[[モジュール]] |
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*[[ソフトウェアコンポーネント]] |
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*[[リフレクション (計算機科学)|リフレクション]] |
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*[[モンキーパッチ]] |
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*[[メッセージ転送]] |
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*[[イミュータブル]] |
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*[[型システム]] |
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*[[オブジェクト指向分析設計]] |
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*[[オブジェクト指向モデリング]] |
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*[[統一モデリング言語|UML]] |
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*[[契約による設計]] |
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*[[デザインパターン (ソフトウェア)|GOFデザインパターン]] |
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*[[リファクタリング (プログラミング)|リファクタリング]] |
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*[[依存性の注入]] |
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== 脚注 == |
== 脚注 == |
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{{脚注ヘルプ}} |
{{脚注ヘルプ}} |
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=== 注釈 === |
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{{Notelist2}} |
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=== 出典 === |
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{{Reflist}} |
{{Reflist}} |
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== 出典 == |
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* {{Cite journal |
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|title=Object-Oriented Simulation of systems with sophisticated control |
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|title=Java Software Solutions Foundations of Programming Design |
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|place=[[ボストン]], [[マサチューセッツ]] |
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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 journal |
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|first = Jan Rune |
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|title = Compiling Simula: A historical study of technological genesis |
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== 関連項目 == |
== 関連項目 == |
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<!-- * [[Comparison of programming languages (object-oriented programming)]] --> |
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<!-- * [[Comparison of programming paradigms]] --> |
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<!-- * [[Component-based software engineering]] --> |
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* [[契約プログラミング]] |
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<!-- * [[Object association]] --> |
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* [[オブジェクトデータベース]] |
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<!-- * [[Object model reference]] --> |
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<!-- * [[Object modeling language]] --> |
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* [[オブジェクト指向分析設計]] |
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<!-- * [[Object-relational impedance mismatch]] (and [[The Third Manifesto]]) --> |
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* [[オブジェクト関係マッピング]] |
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=== システム === |
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* [[:en:CADES|CADES]] |
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* [[Common Object Request Broker Architecture]] (CORBA) |
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* [[Distributed Component Object Model]] |
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* [[:en:Distributed Data Management Architecture|Distributed Data Management Architecture]] |
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* [[:en:Jeroo|Jeroo]] |
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=== モデリング言語 === |
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* [[:en:IDEF4|IDEF4]] |
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* [[インタフェース記述言語]] |
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* [[:en:Lepus3|Lepus3]] |
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* [[統一モデリング言語|UML]] |
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<!-- ここまで [[en:Object-oriented programming]] oldid=1055370410 の翻訳 --> |
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{{Normdaten}} |
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{{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}} |
2024年8月3日 (土) 12:42時点における最新版
この項目「オブジェクト指向プログラミング」は途中まで翻訳されたものです。(原文:en:Object-oriented programming(13:57, 15 November 2021 UTC)の翻訳) 翻訳作業に協力して下さる方を求めています。ノートページや履歴、翻訳のガイドラインも参照してください。要約欄への翻訳情報の記入をお忘れなく。(2021年11月) |
プログラミング・パラダイム |
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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、英: 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++やJavaやPython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
[編集]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]。
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・ニゴールはノルウェー計算センター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、クラスやオブジェクト、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の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 (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/370のIBM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、メタオブジェクト・プロトコル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 432やLinn Smart、Rekursiv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オブジェクト指向入門で解説している。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。
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macOSの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、データ抽象化やモジュール化プログラミング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、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。
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
[編集]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
[編集]- 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、ループや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
[編集]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。
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。
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。
クラスベース対プロトタイプベース
[編集]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
[編集]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
[編集]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
[編集]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_name
と last_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 position
と salary
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
[編集]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
[編集]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this
やself
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
[編集]継承とBehavioral subtyping
[編集]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
[編集]オブジェクト指向とデータベース
[編集]OOPL と関係データベース管理システム (RDBMS) は、どちらも今日[update]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 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。
OOPと制御構造
[編集]OOPは、ソースコードのコードの再利用性や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
[編集]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
[編集]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
- S : 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 : 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、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
[編集]脚注
[編集]注釈
[編集]- ^ 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
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関連項目
[編集]システム
[編集]- CADES
- Common Object Request Broker Architecture (CORBA)
- Distributed Component Object Model
- Distributed Data Management Architecture
- Jeroo