「オブジェクト指向プログラミング」の版間の差分

|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}}

{{Wikibooks|オブジェクト指向|オブジェクト指向}}

 

=== 継承 ===

 

=== ポリモーフィズム ===

 

=== Simulaの開発（1962 - 72） ===

=== 構造化プログラミングの提唱（1969 - 75） ===

 

=== Smalltalkとオブジェクト指向の誕生（1972 - 81） ===

<br>（Smalltalkはその構文やライブラリやクラスをも関心にしていないという事だけではない。多くの人の関心を小さなアイディアに向かせたことから、僕はオブジェクトという用語を昔作り出したことを残念に思っている。大切なのはメッセージングなんだ。）|Alan Kay}}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とケイ提唱のオブジェクト指向を紹介して世間の注目を集める契機になったが、ケイの思惑に反して技術的関心を集めたのはクラス機構の方であった。オブジェクト指向は知名度を得るのと同時に、Simula発の[[クラス (コンピュータ)|クラス]]とそれを理論面から形式化した[[抽象データ型]]を中心に解釈されるようになり、それらの考案者がケイの構想とは無関係であったことから、オブジェクト指向の定義はケイの手を離れて独り歩きするようになった。

 

=== C++の開発（1979 - 88） ===

 

=== 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|IBM社]]、[[アップル (企業)|アップル社]]、[[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の標準規格となる[[CORBA]]を1991年に公開した。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スタイルを普及させる先駆になった。この頃に[[抽象データ型]]のメソッドを通したデータ抽象、データ隠蔽、[[アクセスコントロール]]および分散オブジェクト＝[[プロセス間通信]]の[[インタフェース (情報技術)|インターフェース]]機構によるプログラムの抽象化といった概念は、[[カプセル化]]という用語に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サプタイピングは[[多態性]]という用語に包括され、多重継承の欠点が指摘されると分散オブジェクトのそれに倣った[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]の多重実装設計が取り上げられた。こうしてカプセル化の誕生と連動するように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。類似の技術としてアップル社も[[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、[[プロトタイプベース]]という新しいプログラミングスタイルを定着させている。1994年の[[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]]の発表と、1997年に[[Object Management Group|OMG]]が標準[[モデリング言語]]として採用した[[統一モデリング言語|UML]]は、オブジェクト指向プログラミングの標準化を促進させた。{{Quotation|''... there were two main paths that were catalysed by Simula. The early one (just by accident) was the bio/net non-data-procedure route that I took. The other one, which came a little later as an object of study was abstract data types, and this got much more play.''<br>（Simulaを触媒にした二本の道があった。最初の一本はバイオネットな非データ手法で僕が選んだ方。少し遅れたもう一本は抽象データ型、こっちの方がずっと賑わっている。）|Alan Kay}}

:[[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。

;[[Python]] 1994年

;[[Java]] 1995年

:[[C++]]をモデルにしつつ堅牢性とセキュリティを重視した[[クラスベース]]のオブジェクト指向言語。静的型付け重視である。パッケージ中心のカプセル化、単一のみの継承、仮想関数と多重実装可な[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]による多態性と、基本に忠実なクラスベースである。C++風の[[ポインタ (プログラミング)|ポインタ]]と値型インスタンスは除外されて参照型インスタンスに統一した。[[例外処理]]を整備し[[演算子オーバーロード]]を除外した。オブジェクト指向と[[マルチスレッド]]の調和が図られ、[[ソフトウェアコンポーネント|コンポーネント指向]]による動的クラスローディングの存在感が高められている。クラスメタデータを操作できる[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]は初期から採用された。中期から[[ジェネリクス]]（パラメトリック多相）と[[アノテーション|メタアノテーション]]（アドホック多相）が導入され、ラムダ式と関数型インターフェースを軸にした[[関数型言語|関数型構文]]も採用された。[[仮想マシン]]上で実行される。[[仮想マシン]]と[[ガーベジコレクション]]の技術は比較的高度と見なされている。

;[[Delphi]] 1995年

:[[Object Pascal]]を発展させたもの。それと同様にこちらも基本に忠実なクラスベースで静的型付け重視であった。当初はデータベース操作プログラム開発を主な用途にして公開された。クラスとレコード（[[構造体]]）に同等の比重が置かれていた。一時期Javaの対抗馬になった。

;[[JavaScript]] 1996年

;[[C Sharp|C#]] 2000年

;[[Scala]] 2003年

:[[クラスベース]]のオブジェクト指向と[[関数型プログラミング]]を融合させた言語。[[クラス (コンピュータ)|クラス]]機構と関数型の[[型システム]]に同等の比重が置かれており静的型付け重視である。[[ミックスイン]]相当の[[トレイト]]と、[[共変性と反変性 (計算機科学)|共変/反変]]および抽象タイプメンバを扱える[[ジェネリクス]]を連携させた多態性が重視されておりオブジェクトを様々に[[派生型|派生型付け]]できる。シングルトンオブジェクトの役割が形式化されて従来のクラス静的メンバの新解釈にも用いられている。専用の定義書式により[[イミュータブル]]なオブジェクトが重視されている。上述の派生型付けスタイルとオブジェクト引数の[[逆写像|抽出]]構文と[[パターンマッチング|パターンマッチング式]]の併用連鎖計算は[[モナド (プログラミング)|モナド]]を彷彿とさせて独特の関数型スタイルを表現できる。[[Java仮想マシン]]上で動作するJavaテクノロジ互換言語である。

:（''class''）の仕組みを中心にしたオブジェクト指向を[[クラスベース]]と言う。クラスはデータメンバとメソッドをまとめたものであり、[[プログラム意味論|操作的意味論]]を付加された静的[[構造体|レコード]]とも解釈される。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例化（量化）したものである。クラスはカプセル化、継承、多態性の三機能を備えていることが求められている。カプセル化はデータメンバとメソッドの可視性を指定する機能である。継承は自身のスーパークラスを指定する機能である。多態性はオーバーライドと[[仮想関数テーブル]]を処理する機能である。コンストラクタとデストラクタの実装も必要とされている。前者はインスタンス生成時に、後者はインスタンス破棄時に呼び出されるメソッドである。

;プロトタイプ

;[[メッセージ (コンピュータ)|メッセージ]]

:オブジェクト指向で言われるメッセージ（''message''）は、複数方面の考え方が混同されている曖昧な用語になっている。元々はSmalltalkから始まったメッセージングベースのオブジェクト指向の中心メカニズムである。以前はクラスベースの方でもメソッドの呼び出しをメッセージを送るという具合に考えることが推奨されていた。メッセージはオブジェクトのコミュニケーション手段と標榜されているが、その忠実な実装内容はそれほど知られていないのが実情である。最も混同されているものに[[アクターモデル]]があるが、そこで言われる非同期性とオブジェクト指向で言われる遅延性は現行の実装スタイルではそれほど共通していない。[[リモートプロシージャコール]]と[[Object Request Broker|オブジェクトリクエストブローカー]]の働き方もメッセージパッシングと呼ばれることが多いが、その仕様と機能は動的ディスパッチに該当するものである。メッセージのオブジェクト指向的運用はメッセージングと名付けられているが、普通にメッセージパッシングとも呼ばれている。具体的な機能例としてはSmalltalk、Objective-C、Selfの[[メッセージ転送|メッセージレシーバー]]と、Rubyのメソッドミッシングなどがある。ただしこれらは[[アラン・ケイ]]のメッセージング構想の忠実な再現にまでは到っていない。

:（''instance''）はクラスベースではクラスを実例化（量化）したものであり、実装レベルで言うとデータメンバ群と仮想関数テーブルをメモリ上に展開したものになる。プロトタイプベースではプロトタイプを複製する方式で生成されたオブジェクトを指す。実装レベルで言うとメモリ上に展開された識別名＆中間参照ペアの動的配列になる。

;[[フィールド (計算機科学)|データメンバ]]

;[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]

:（''method''）はクラスまたはオブジェクトに属する関数。言語によってはメンバ関数とも呼ばれる。データメンバの参照に特化したものはゲッター（''getter''）アクセッサ（''accessor''）と呼ばれる。データメンバの変更に特化したものはセッター（''setter''）ミューテイタ（''mutator''）と呼ばれる。メソッドは、クラスメソッドとインスタンスメソッドに分かれる。クラスメソッドは静的メソッドとも呼ばれる。クラスメソッドはクラス名の名前空間でスコープされたグローバル関数と同じものである。インスタンスメソッドを呼び出すにはそのthis参照が必要である。プロトタイプベースでは、プロトタイプで定義されたメソッドでそのアクセスにインスタンス（self）を必要としないものが静的メソッドになる。

:（''super''）は、継承構造のインスタンスメソッド内で用いられるものであり、現行クラスの直上スーパークラスのメソッドとデータメンバにアクセスするための参照である。オーバーライドやドミナンスを無視して、スーパクラスのメンバを呼び出すための仕組みである。

;アクセスコントロール

;コピーコンストラクタ

:（''copy constructor''）は、メソッドの引数に対する値インスタンスの値渡しの時に呼び出されるコンストラクタである。値渡しはインスタンス内容全体のメモリコピーであり、基本データ型では特に問題は生じないが、そうでないクラスのインスタンスでは例えばあるリソースへの参照を保持している場合に好ましくない保持重複が発生する事になる。呼び出されたコピーコンストラクタは値インスタンスを受け取り、単純コピーが許されない部分に任意の処理を施して生成した値インスタンスのコピーを引数へと渡す。

 

;[[メタクラス]]

;[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]

;[[アノテーション|メタアノテーション]]

:（''metadata annotation''）はクラスに任意の情報を埋め込める機能である。情報とは文字列と数値からなるキーワード、シンボル、テキストである。プログラマが自由な形式で書き込んで随時読み取るものであるが、システムから認識される形式のものもある。実装レベルではメタクラスに書き込まれてリフレクション機能またはその[[糖衣構文]]で読み取ることになる。[[マーカーインタフェース|マーカーインターフェース]]の拡張とも見なされている。メタアノテーションはクラス単位だけでなく、言語によってはインスタンス単位やメソッド単位でも埋め込むことができる。アドホック多相とされる。

 

;[[モジュール]]

;[[モンキーパッチ]]

;[[ジェネリクス]]

:（''generics''）は、クラスメンバの任意の「型」を総称化したままのクラス定義を可能にし、そのクラスをインスタンス化する各構文箇所で「型」の詳細を決定できるようにしたコンパイル時の静的な機能である。言語によっては[[テンプレート (プログラミング)|テンプレート]]（''template''）と呼ばれる。ここでの「型」とはデータメンバの型やメソッドの引数値/返り値/計算値の型を指している。クラス内のそれらを総称化して型変数にし、コンストラクタ呼び出し時の仮型引数に実型引数を適用すると、型変数に実型引数を当てはめたインスタンスが生成される。総称化された型を持つクラスはジェネリッククラスと呼ばれる。特定の型に依存しないクラスを汎用的に定義できるので、型が違うだけの重複コードを削減できるという利点がある。パラメトリック多相とされる。言語によっては、ジェネリッククラス同士を[[共変性と反変性 (計算機科学)|共変性と反変性]]による継承関係で結ぶことができる。これはジェネリッククラスに適用する実型引数の継承関係を、そのジェネリッククラス同士の継承関係にシフトする仕組みである。<code>class 猫 extends 動物</code>とすると<code>List<猫></code>は<code>List<動物></code>のサブクラスになる。共変性は実型引数の継承関係をそのままジェネリッククラスの継承関係にシフトするが、反変性ではこれを逆にする。共変性では<code>List<猫></code>は<code>List<動物></code>のサブクラスだが、反変性では<code>List<動物></code>は<code>List<猫></code>のサブクラスになる。[[共変性と反変性 (計算機科学)|共変性と反変性]]はまとめてバリアンス（''variance''）と呼ばれる事がある。

:オブジェクト指向下の関数オブジェクト（''function object''）は、メソッドそのものをオブジェクトして扱うというプログラム概念である。関数型プログラミングの[[クロージャ]]をモデルにしている。インスタンスを単に関数名らしく見せるための糖衣構文である( )[[演算子オーバーロード]]や、メソッドシグネチャを型種にした[[関数ポインタ]]型の変数である[[デリゲート (プログラミング)|デリゲート]]などの実装形式がある。デリゲート変数にはインスタンスメソッドへの参照が代入されてクラス種類とそのインスタンス種類による処理の多相を表現できる。プロトタイプベースにおける関数はオブジェクトそのものと言える存在であり、ローカル変数がプロパティ存在になっているのでクロージャが自然表現できる他、写像の型として解釈されるローカル変数はメソッドの表現手段になる。そのメソッドの引数構成もプロパティ存在になっている場合はそれも変更できてクラスベースにおけるリフレクションを自然表現する。

;[[コルーチン]]

;[[メッセージ転送|メッセージレシーバー]]

:（''message receiver''）はメッセージを受け取ることに特化されたメソッドである。メッセージレシーバーはインスタンスのデフォルトで呼び出される窓口レシーバーの形態と、指定メソッドが存在していない時に呼び出される補足レシーバーの形態がある。窓口レシーバーのメッセージはセレクタと引数のペアまたはそのどちらかだけという書式である。窓口レシーバーは極めて柔軟なプロセスを実現できるが、実装の煩雑さとオーバーヘッドが大きくなる。セレクタは識別子またはペア引数の注釈になる文字列である。セレクタはメソッドへの自動分岐が主な用途になるが、そのフィルター処理と取りこぼし処理の中でただのキーワードとしても自由に解釈できる。補足レシーバーのメッセージはメソッド名文字列と引数配列という書式になっており、いかなるメソッドシグネチャにも該当しなかった取りこぼしになる。このメソッド名文字列と引数配列を自由に解釈して柔軟な処理を行える。補足レシーバーの機能名はメソッドミッシングなどである。