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{{Wikibooks|オブジェクト指向|オブジェクト指向}}
'''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、互いに密接な関連性を持つ[[変数 (プログラミング)|データ]]([[変数 (プログラミング)|変数]]または[[プロパティ]])と[[サブルーチン|コード]]([[関数 (プログラミング)|関数]]または[[メソッド (計算機科学)|メソッド]])をひとつにまとめて[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]とし、それぞれ異なる性質と役割を持たせたオブジェクトの様々な定義と、それらオブジェクトを相互に作用させる様々なプロセスの設定を通して、プログラム全体を構築するソフトウェア開発手法である。
'''[[オブジェクト指向]]'''という用語自体は、計算機科学者[[アラン・ケイ]]によって生み出されている。1962年公開の言語「[[Simula]]」にインスパイアされたケイが咄嗟に口にしたとされるこの造語は、彼が1972年から開発公開を始めた「[[Smalltalk]]」の言語設計を説明する中で発信されて1981年頃から知名度を得た。しかしケイが示したオブジェクト指向の要点である[[メッセージパッシング|メッセージング]]の考え方はさほど認知される事はなく、代わりに[[クラス (コンピュータ)|クラス]]と[[オブジェクト (プログラミング)|オブジェクト]]という仕組みを注目させるだけに留まっている。同時にケイの手から離れたオブジェクト指向は[[抽象データ型]]を中心にした解釈へと推移していき、1983年に計算機科学者[[ビャーネ・ストロヴストルップ]]が公開した「[[C++]]」が好評を博したことで、オブジェクト指向に対する世間の理解は「[[C++]]」とそのモデルの「[[Simula|Simula 67]]」のスタイルで定着した。それに基づいて[[カプセル化]]、[[継承 (プログラミング)|継承]]、[[ポリモーフィズム]]といった考え方も後年に確立された。
== 特徴 ==
OOPという[[プログラミングパラダイム|パラダイム]]は、[[クラスベース]]と[[プロトタイプベース]]の二つのサブパラダイムに大別されている。クラスベースの代表格は「[[C++]]」「[[Java]]」「[[C Sharp|C#]]」であり、プロトタイプベースの代表格は「[[Python]]」「[[JavaScript]]」「[[Ruby]]」である。前者は[[クラス (コンピュータ)|クラス]]と[[インスタンス]]の仕組みを中心にしており、後者は{{仮リンク|メタオブジェクトプロトコル|en|Metaobject|label=}}の仕組みを基礎にしている。前者は[[静的型付け]]を重視しており、後者は[[動的型付け]]を重視している。2000年代以降になるとプロトタイプベースもクラスの仕組みを積極的に取り入れるようになったので、純粋なプロトタイプベースの存在感は失われつつある。本節でもクラスベースを基準にして説明する。
#[[ポリモーフィズム]](''polymorphism'')▼
===
OOPの要点である[[クラス (コンピュータ)|クラス]]とは、端的に言うと変数と関数をひとまとめにしたものであり、手続きを付けたデータ構造体とも解釈される。コンパイル時定義の静的型付けが普通である。クラスに属する[[変数 (プログラミング)|変数]]はデータメンバまたは'''データ'''と総称され、言語別にフィールド、[[プロパティ (プログラミング)|プロパティ]]、[[属性]]、メンバ変数といった名称になっている。クラスに属する[[関数 (プログラミング)|関数]]はもっぱら'''メソッド'''、メンバ関数、メンバ手続きといった名称になっている。これだけの説明だと[[C言語]]や[[Visual Basic .NET|Visual Basic]]系などの非OOP言語で使用される[[モジュール]]と、OOP言語のクラスは同じものに見えるが双方の間には明確な違いがあり、モジュールに'''抽象'''(''abstraction'')の考え方とその機能を導入したものがクラスである。抽象化のための機能とは後述の[[カプセル化]]、[[継承 (プログラミング)|継承]]、[[ポリモーフィズム]]を指している。
一定の関連性を持つデータ(変数、プロパティ、フィールド、属性)と、それらを操作するメソッド(関数)をひとまとめにしてオブジェクトとし、外部に対して必要とされるデータとメソッドのみを公開し、それ以外を内部に隠蔽する仕組みがカプセル化と呼ばれる。公開されたデータは外部のメソッドから直接参照または変更する事ができる。公開されたメソッドは外部のメソッドから直接呼び出す事ができる。隠蔽されたデータとメソッドは外部からアクセスされないことが保証され、これは{{仮リンク|情報隠蔽|en|information hiding}}と呼ばれる。メソッドを通してデータを参照または変更する仕組みはデータの抽象化を表現し、これは{{仮リンク|Data Abstraction|en|Abstraction (computer science)|label=データ抽象}}と呼ばれる。データを参照するメソッドはゲッターまたはアクセッサと呼ばれる。データを変更するメソッドはセッターまたはミューテイタと呼ばれる。▼
クラスはデータとメソッドの構成を定義した型であるので、それを計算対象や代入対象になる値として扱うには[[インスタンス]]に実体化(量化)する必要がある。その用法でのクラスはユーザー定義型と呼ばれる。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量化したものである。ここでの量化とは、そのクラスに属する変数の値を全て決定してメモリに展開する行為を指す。言語によっては後述の[[仮想関数テーブル]]もセットで展開する。インスタンスは別名としてオブジェクトとも呼ばれる。OOPの主役である'''オブジェクト'''の意味と用法は実は曖昧なのが現状であり言語ごとにも違いがある。
=== 継承 ===▼
=== オブジェクト指向の三大要素 ===
=== ポリモーフィズム ===▼
[[クラスベース]]OOPは[[抽象データ型]]の思想に準拠しており、その実装スタイルを規定した以下の三項目は、日本では三大要素または三大原則などと呼ばれている。非OOP言語の[[モジュール]]に三大要素仕様を加えたものがOOP言語のクラスになる。カプセル化は[[This (プログラミング)|this参照]]の機構とデータ/メソッドの可視性を指定できる機能、継承は自身のスーパークラスを指定できる機能、ポリモーフィズムは[[オーバーライド]]と[[仮想関数テーブル]]を処理できる機能である。
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{{Quotation|''I thought of objects being like biological cells and/or individual computers on a network, only able to communicate with messages.''<br>(さながら生物の細胞、もしくはネットワーク上の銘々のコンピュータ、それらはただメッセージによって繋がり合う存在、僕はオブジェクトをそう考えている)|Alan Kay}}{{Quotation|''... each object could have several algebras associated with it, and there could be families of these, and that these would be very very useful.''<br>(銘々のオブジェクトは関連付けられた幾つかの「代数」を持つ、またそれらの系統群も持つかもしれない、それらは極めて有用になるだろう)|Alan Kay}}{{Quotation|''The Japanese have a small word - ma ... The key in making great and growable systems is much more to design how its modules communicate rather than what their internal properties and behaviors should be.''<br>(日本語には「間」という言葉がある・・・成長的なシステムを作る鍵とは内部の特徴と動作がどうあるべきかよりも、それらがどう繋がり合うかをデザインする事なんだ)|Alan Kay}}{{Quotation|''I wanted to get rid of data. ... I realized that the cell/whole-computer metaphor would get rid of data,'' ...<br>(僕はデータを取り除きたかった。・・・僕は気付いた、細胞であり全体でもあるコンピュータメタファはデータを除去するであろうと、)|Alan Kay}}▼
▲==== 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機能を継承と呼ぶ。その差分プログラミング目的の継承よりも、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オーバーライド目的の継承の方が要点にされている。新規構成ではなく実装内容を付け足していくための継承である。既存クラスは基底クラス、親クラス、スーパークラスなどと呼ばれ、新しいクラスは派生クラス、子クラス、サブクラスなどと呼ばれる。抽象メソッドを持つクラスは抽象クラスと呼ばれる。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に分かれている。抽象メソッドのみで構成される純粋抽象クラスの継承は、インターフェースの{{仮リンク|実装継承|en|Inheritance_(object-oriented_programming)}}と呼ばれて抽象化目的の継承になる。
異なる種類のクラスに同一の操作インターフェースを持たせる機能をポリモーフィズム(多態性)と呼ぶ。これはクラスの継承関係を利用して、コンパイル時のメソッド名から呼び出されるプロセス内容を実行時に決定するという仕組みを指す。その実装は{{仮リンク|仮想関数(OOP)|en|Virtual function|label=仮想関数}}と呼ばれており、クラスベースOOPのポリモーフィズムはイコール仮想関数となっている。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機能である。抽象メソッドとオーバーライド機能については後節で述べる。ポリモーフィスムの要点は、同じメソッド名からその実行時に対応した異なる処理内容を呼び出せるようにすることである。
=== コンポジションとデリゲーション ===
コンポジション(合成)とデリゲーション(委譲)は、継承の原型的仕組みであり、別の言い方をすると合成+委譲を最適化した機能が継承である。継承は[[is-a]]構造の委譲、合成は[[has-a]]構造の委譲と読み替える事ができる。合成とは、クラスに特定処理の委譲先となる部品クラスを複数持たせた構造であり、合成クラスがデータ/メソッドを要求されて自身が未所持の場合は、対応可能な部品クラスを選択して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化したのが継承であり、部品クラスを親クラスに置き換えて暗黙の委譲先にしたものである。しかしその暗黙委譲は実際に参照されるデータ/メソッドの把握を困難にするという欠点も明らかになったので、合成の価値が再認識されるようになった。既存構成に新規構成を付け足していく差分プログラミング目的では、継承よりも合成を用いる方がよいと考えられている。
=== 動的ディスパッチとメッセージパッシング ===
動的ディスパッチはポリモーフィズムの原型的仕組みであり、継承構造上での[[This (プログラミング)|this]]参照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である。動的ディスパッチはコンパイル時のメソッド名から呼び出されるメソッド内容が実行時に決定される仕組み全般を指す用語であり、メソッド名を基軸にして各引数の型によってプロセスが選択分岐される仕組みを意味する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。一つの引数の型がプロセス選択に影響するのはシングル、二つ以上なら多重になる。
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れはセレクタと呼ばれる。<code>object selector: param</code>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の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|遠隔手続きコール]]や[[Object Request Broker|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。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。よく用いられるセレクタ対応プロセスを自動選択化してコンパイル時最適化した仕組みがメソッドになり、これは関数名をコンパイル時決定する関数呼び出しと同類になった。
インターフェースはカプセル化を更に突き詰めた仕組みであり、データ抽象とメソッド抽象と情報隠蔽を合わせて実現する最もOOPらしい機能と言える。インターフェースは抽象メソッドのみで構成されている純粋抽象クラスである。ゲッター、セッター、プロセスになる各抽象メソッドの実装内容は利用者側から隠されて実行時のその都度に決定される。
=== プロトタイプとオブジェクト ===
[[クラスベース]]のクラスと実体化とインスタンスは、[[プロトタイプベース]]ではプロトタイプと複製とオブジェクトに置き換わる。プロトタイプとオブジェクトの大きな特徴は、プロパティとメソッドを自由に付け替えできることでありこれは[[動的束縛|動的バインディング]]とも呼ばれ、そのプロパティとメソッドの構成による型は[[ダックタイピング]]で判別される。この特徴は同時に[[ポリモーフィズム]]になる。その用法は[[関数オブジェクト]]と変数オブジェクト(値オブジェクト)に大別され、前者は[[二階述語論理]]、後者は[[高階述語論理]]の表現体になり、それ自体が[[メタデータ|メタ]]視点から抽象化されたオブジェクトには[[カプセル化]]という概念は必要でなくなる。[[継承 (プログラミング)|継承]]の意味合いも異なりクラスベースの基底と派生は、プロトタイプベースではプロパティ/メソッド構成のアタッチ候補とそのアタッチ先に置き換わる。アタッチ候補は親クラスや[[トレイト]]などと呼ばれる。アタッチ候補は事実上の[[委譲|デリゲーション]]先でもある。トレイトは多重継承前提でありこれは[[ミックスイン]]と呼ばれ、構造的型付けでその実装継承が判別される。
[[プロトタイプベース]]は動的な[[関数型プログラミング]]に似た性質になっているが、オブジェクトの柔軟な用法に対しての一定の枠組みが必要であるとも考えられるようになり、静的な[[クラス (コンピュータ)|クラス]]定義が積極的に導入されるようになった。現状のプロトタイプベースは元来の[[The Art of the Metaobject Protocol|メタオブジェクト]]構想から離れて、関数型とOOPのハイブリッドのようなパラダイムに落ち着いている。
=== アラン・ケイのメッセージング ===
▲メッセージングはオブジェクト指向の父である[[アラン・ケイ]]が最重視していた源流思想である。ここでは各自が解釈できるように彼の言葉をそのまま引用して本節の結びとする。{{Quotation|''I thought of objects being like biological cells and/or individual computers on a network, only able to communicate with messages.''<br>(さながら生物の細胞、もしくはネットワーク上の銘々のコンピュータ、それらはただメッセージによって繋がり合う存在、僕はオブジェクトをそう考えている)|Alan Kay}}{{Quotation|''... each object could have several algebras associated with it, and there could be families of these, and that these would be very very useful.''<br>(銘々のオブジェクトは関連付けられた幾つかの「代数」を持つ、またそれらの系統群も持つかもしれない、それらは極めて有用になるだろう)|Alan Kay}}{{Quotation|''The Japanese have a small word - ma ... The key in making great and growable systems is much more to design how its modules communicate rather than what their internal properties and behaviors should be.''<br>(日本語には「間」という言葉がある・・・成長的なシステムを作る鍵とは内部の特徴と動作がどうあるべきかよりも、それらがどう繋がり合うかをデザインする事なんだ
== 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|制御構造文]]に置き換える手法が編み出され、これらは1960年に公開された言語「[[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。
=== 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、[[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]]」を公開し、続けてその拡張にも取り組んだ。ニゴールの同僚で、1963年にSimulaを[[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
<br>([[Sketchpad]]、[[Simula]]、[[アーパネット|ARPAネット]]、[[バロース B5000|バロースB5000]]、それと専攻していた生物学と数学に影響されて僕はプログラミングアーキテクチャを思索していた)|Alan Kay}}
=== 構造化プログラミングの提唱(1969 - 75) ===
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<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++の開発と普及(1979 - 88) ===▼
[[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言語の開発に取り組み、1983年に「[[C++]]」を公開した。C++で実装された[[クラス (コンピュータ)|クラス]]は、Simula譲りの[[継承 (プログラミング)|継承]]と仮想関数に加えて、[[レキシカルスコープ]]の概念をクラス
<br />(僕はオブジェクト指向という言葉を作ったけど、C++(のような言語)は考えていなかった)|Alan Kay}}1986年から[[Association for Computing Machinery|ACM]]が[[OOPSLA|オブジェクト指向会議]](OOPSLA)を年度開催し、そのプログラミング言語セクションでは[[抽象データ型]]の流れを汲む[[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。[[モジュール性]]、情報隠蔽、[[抽象化 (計算機科学)|抽象化]]、再利用性、[[継承 (プログラミング)|階層構造]]、複合構成、実行時多態、[[動的束縛]]、[[総称型]]、[[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[[リスコフの置換原則|階層構造の連結関係]]について提言した。[[契約による設計]]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』は名著とされ、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。
=== プロトタイプベースの黎明(1979 - 91) ===
[[アラン・ケイ]]がその影響を言及していた[[LISP]]コミュニティでは1970年代後半から、[[Smalltalk]]が提唱するオブジェクト指向と[[LISP]]プログラミングの融合が研究されており、LISPのオブジェクト指向拡張版と称されたFlavorsが[[MIT人工知能研究所]]の[[LISPマシン]]上で実装されるようになった。Flavorsのオブジェクト指向デザインはLISPの[[関数型言語|関数型]]思想で再解釈されつつ[[Common Lisp]]に融合され、1988年に「[[Common Lisp Object System]] (CLOS)」が発表された。CLOSは[[メタクラス]]、[[動的型付け]]と[[多重ディスパッチ]]の合わせ技であるジェネリック関数、構造的型付けと[[多重継承]]の合わせ技である[[ミックスイン]]、メソッドコンビネーションといった特徴的な機能を備えており、そのLISP風の[[動的型付け]]は後年に定義される[[ダックタイピング]]のルーツになり、メソッドコンビネーションの方は[[アスペクト指向プログラミング|アスペクト指向]]のルーツになった。CLOSの設計思想は「[[The Art of the Metaobject Protocol|メタオブジェクトプロトコル]]」の名でまとめられて1991年に[[パロアルト研究所]]フェローから著述発表されており、こちらは[[Smalltalk]]のEverythingIsAnObject思想をより具体化した[[プロトタイプベース]]のルーツになっている。また、同研究所でSmalltalkの方言として制作されていた「[[Self]]」が1987年に初回稼働され1990年に一般公開された。Selfにも導入されていたメタオブジェクト相当の仕様が、後に[[プロトタイプベース]]と呼ばれるオブジェクト指向スタイルに発展した。{{Quotation|The Art of the Metaobject Protocol ―<br />
▲=== C++の開発(1979 - 88) ===
▲[[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言語の開発に取り組み、1983年に「[[C++]]」を公開した。C++で実装された[[クラス (コンピュータ)|クラス]]は、Simula譲りの[[継承 (プログラミング)|継承]]と仮想関数に加えて、[[レキシカルスコープ]]の概念をクラス定義とその継承構造に応用した[[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カプセル化の元になったがコードスタイル上ほとんどザル化されており、その理由からストロヴストルップ自身もC++は正しくない(''not just'')オブジェクト指向言語であると明言している。1986年にソフトウェア技術者[[バートランド・メイヤー]]が開発した「[[Eiffel]]」の方は、正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関数で属性を参照するという形式に限定されており、これは抽象データ型の[[セマンティクス|振る舞い意味論]]に沿った実装であった。アクセスコントロールはC++のアクセス修飾子による段階的レキシカルスコープ定義に対して、自身のクライアントクラスを定義する書式になり、これはモジューラプログラミングの情報隠蔽論に沿った実装であった。C++の仮想関数は延期手続き/関数として実装された。{{Quotation|''I made up the term ‘object-oriented’, and I can tell you I didn’t have C++ in mind.''
▲<br />(僕はオブジェクト指向という言葉を作ったけど、C++(のような言語)は考えていなかった)|Alan Kay}}1986年から[[Association for Computing Machinery|ACM]]が[[OOPSLA|オブジェクト指向会議]](OOPSLA)を年度開催し、そのプログラミング言語セクションでは[[抽象データ型]]の流れを汲む[[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。[[モジュール性]]、情報隠蔽、[[抽象化 (計算機科学)|抽象化]]、再利用性、[[継承 (プログラミング)|階層構造]]、複合構成、実行時多態、[[動的束縛]]、[[総称型]]、[[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[[リスコフの置換原則|階層構造の連結関係]]について提言した。[[契約による設計]]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』は名著とされ、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。また、Smalltalk発のメッセージ・メタファを重視しようとする流れの中で、クラスのメソッド呼び出しをオブジェクトにメッセージを送ることになぞらえる考え方が広まった。これは実行時の選択メソッドをメッセージの発送先にする意味合いで、動的/一重/多重ディスパッチの呼称の由来になっている。他方でSmalltalkの仕様に忠実であろうとする動きもあり、1984年に計算機科学者ブラッド・コックスが開発した「[[Objective-C]]」はSmalltalkをモデルにしてそれを平易化した言語であった。そのメッセージレシーバーは静的なメソッド機構優先の動的ディスパッチ機構という方式で実装された。メッセージレシーバの仕組みは[[遠隔手続き呼出し]]/[[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。
▲=== プロトタイプベースの黎明(1985 - 91) ===
''some of the most profound insights, and the most practical insights about OOP''<br />(オブジェクト指向への最も深遠な洞察と、最も実用的な見識の数々)|Alan Kay}}
=== 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
== 代表的なオブジェクト指向言語 ==
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== 用語と解説 ==
;[[クラス (コンピュータ)|クラス]]
:(''class'')の仕組みを中心にしたオブジェクト指向を[[クラスベース]]と言う。クラスはデータ
;プロトタイプ
:(''prototype'')の仕組みを中心にしたオブジェクト指向を[[プロトタイプベース]]と言う。プロトタイプとは識別名&中間参照ペアの集合体を指す。この集合体は一般にフレームと呼ばれる。識別名&中間参照ペアの割り当て箇所は一般にスロットと呼ばれる。スロットにはデータ
;[[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'')とは、オブジェクトの呼び出し側と呼び出される側の間であらゆる事柄が実行時に決められる仕組み全般を指す用語である。関数名の解釈、引数構成、返り値構成、関数名対応プロセス所有の是非、委譲先、同期/非同期タイミングといったものが実行時のその都度に決められる。実行時に解釈される関数名文字列はセレクタと呼ばれる。これは無制限に柔軟な仕様の関数呼び出しと考えてもよく、その実装方法の明確な定義は不可能である。代表例を挙げると分散オブジェクトや分散システムで用いられているメッセージパッシングは、関数名も実行時に解釈できる引数要素にした仕組みである。Smalltalk指向の言語に導入されているメッセージレシーバーとメソッドミッシングでは、特定のセレクタに対応するプロセスをコンパイル時定義できるようにして自動実行時選択されるようになっており、プロセス未定義セレクタだけが実行時解釈される仕組みになっている。このコンパイル時定義のセレクタプロセスをメソッドと呼んだ。OOPでメンバ関数をわざわざメソッドと呼ぶのはメッセージパッシング由来のこうした経緯からである。アラン・ケイはメッセージング(''messaging'')というより遠大な構想を持っていた。
;[[インスタンス]]
:(''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
;[[フィールド (計算機科学)|データメンバ]]
:(''data member'')はクラス
;[[メソッド (計算機科学)|メソッド]]
:(''method'')はクラス
;[[コンストラクタ]]
:(''constructor'')はインスタンス生成時に呼び出されるそのクラスのメソッドである。インスタンスデータ
;[[デストラクタ]]
:(''destructor'')はインスタンス破棄時に呼び出されるそのクラスのメソッドである。インスタンス破棄の影響を解決する任意の後始末コードを記述できる。インスタンスの破棄は占有メモリの解放を意味する。なお、ガーベジコレクタ実装言語ではファイナライザになっている事がある。プログラマが呼び出すデストラクタの方はその終了がメモリ解放に直結しているのに対し、ガーベジコレクタが呼び出すファイナライザの方はそうではない。
;[[This (プログラミング)|this参照]]
:(''this'')は
;アクセスコントロール
:(''access control'')は、カプセル化の情報隠蔽に基づいた機能であり、クラス内のデータ
;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。
;[[オーバーロード]]
:(''overloading'')は、
;メソッド拡張▼
:(''method extension'')は、クラス定義とは別の場所でそのクラスに対する追加メソッドを定義できる機能である。これは状況に合わせてデータ抽象の表現に幅を持たせることを目的にしている。これには数々の書式があるが代表的なのは、静的メソッドまたは静的関数の第1引数をthis修飾して、その第1引数のクラス(型)に対してその静的メソッドをインスタンスメソッドとして追加するというものである。静的メソッドはそのクラススコープ内の限定拡張にできる。静的関数はネスト関数にしてそのローカルスコープ内の限定拡張にできる。双方はグローバル用途にすることもできる。アドホック多相とされる。▼
;[[オーバーライド]]
:(''method overriding'')
;ドミナンス
:(''dominance'')は言語によってハイディング(''hiding'')マスキング(''masking'')とも呼ばれる。継承による階層的クラス構造において、サブクラスのメンバがスーパークラスの同名のメンバを隠していることを指す。親クラスのAメソッドを子クラスが同名Aメソッドでドミナンスした場合、子の型で参照しているインスタンスはそこでAのサーチが止まって子Aが呼び出される。ただし親の型で参照すれば親Aを呼び出せる。オーバーライドと異なり、参照する型でインスタンスの振る舞いを変えるための単純な仕組みでもある。
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:メソッド解決順序(''method resolution order'')は、多重継承時の親クラスの巡回順序を定義するものである。参照されたメソッドが自クラスにない場合はその親クラスを巡回してサーチされる。メソッドはクラスメンバと読み替えてもよい。これは[[深さ優先探索|深さ優先検索]](''deep-first'')と[[幅優先探索|幅優先検索]](''breadth-first'')に分かれるが、オブジェクトの構造概念から深さ優先の方が自然とされている。従って一般的な多重継承では深さ優先検索が用いられて親クラスの重複は仮想継承で解決されている。しかし詳細は割愛するが、仮想継承部分の巡回順序に不自然さを指摘する意見もあったので、これを解決するために深さ優先と幅優先をミックスしたC3線形化(''C3 linearization'')というメソッド解決順序が考案された。C3線形化では親クラスの重複部分に対してのみ幅優先検索を適用することで、仮想継承を用いることなく菱形継承問題も自然に解決されている。
;[[抽象クラス]]
:(''abstract class'')は、全部または一部のメソッドが抽象化されているクラスを意味する。即ち抽象
{{型システム}}
;[[インタフェース (抽象型)|インターフェース]]
:(''interface'')はプログラム概念と機能名の双方を指す用語である。言語によってはプロトコルと言われる。抽象メソッドと実体メソッドをメンバにする純粋抽象〜半抽象クラスを意味する。一般的にデータ
;[[ミックスイン]]
:(''mixin'')はインターフェースに似たプログラム概念を指す用語である。機能名は言語によって[[トレイト]]、プロトコル、構造型(''structural type'')と言われる。抽象メソッドと実体メソッドとデータ
;型イントロスペクション
:''(type introspection'')は一般に実行時型チェックと呼ばれるものである。プログラマが認知できない形で[[コンパイラ]]または[[インタプリタ]]が別途実装している[[インスタンス]]の型情報を、実行時にその都度参照してインスタンスの型を判別する仕組みである。[[静的型付け]]下では専用の実行時型チェック構文(instanceofやdynamic_cast)によって型判別し、ダウンキャストなどに繋げられる。[[動的型付け]]下では変数への再代入時や関数への引数適用時にランタイムシステムが自動的に型判別し、[[多重ディスパッチ]]などに繋げられる。型イントロスペクションでは型情報のタグ識別子が判定基準になっているので{{仮リンク|記名的型付け|en|Nominal type system|label=}}の考え方に準じている。
;[[ダックタイピング]]
:''(duck typing'')は、特定のメソッド名(メソッドシグネチャ)またはプロパティ名(データ
;[[型推論]]
:オブジェクト指向下の型推論''(type inference'')は、型宣言ないし型注釈を省略して定義された変数の「型」が自動的に導き出される機能を指す。型はクラスと同義である。[[静的型付け]]の機能であり、コンパイラまたはインタプリタがソースコードをあらかじめ解析し、初期値の代入を始めとしたその変数の扱われ方によって型を導き出す。ここで導き出される「型」とは他の変数への代入可能性や、関数の引数への適用可能性といったあくまで等価性の基準で決められるので、プログラマが人為的な意味付けによる型定義を重視している場合は予期せぬ結果が発生することにもなる。型推論は{{仮リンク|推論的型付け|en|Inferred typing|label=}}とも呼ばれ、普通に型宣言と型注釈を用いる{{仮リンク|明示的型付け|en|Manifest typing|label=}}の対極に位置付けられるが、昨今のオブジェクト指向言語では双方を併用するのが主流になっている。
;[[メタクラス]]
:(''metaclass'')は{{仮リンク|メタオブジェクトプロトコル|en|Metaobject|label=}}に準拠した機能名であり、実装方式は言語毎に違いがある。メタクラスは、クラスのデータ
;[[リフレクション (情報工学)|リフレクション]]
:(''reflection'')は、メタクラス内容を閲覧/変更する機能であるが、変更できる内容範囲は言語ごとに異なっている。データ
:また、実行時の文字列(char配列やString)をデータ
;[[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
▲;メソッド拡張
▲:(''method extension'')は、クラス定義とは別の場所でそのクラスに対する追加メソッドを定義できる機能である。これは状況に合わせてデータ抽象の表現に幅を持たせることを目的にしている。これには数々の書式があるが代表的なのは、静的メソッドまたは静的関数の第1引数をthis修飾して、その第1引数のクラス(型)に対してその静的メソッドをインスタンスメソッドとして追加するというものである。静的メソッドはそのクラススコープ内の限定拡張にできる。静的関数はネスト関数にしてそのローカルスコープ内の限定拡張にできる。双方はグローバル用途にすることもでき
;動的ディスパッチ
:(''dynamic dispatch'')は、コンパイル時のメソッド名から呼び出されるメソッド内容が実行時に決定される仕組み全般を指す用語である。メソッドに引数を渡しての呼び出しを、オブジェクトにメッセージを発送(ディスパッチ)することになぞらえた事が由来である。発送先は実行時に選択決定されるメソッド内容を指す。メッセージは「[[This (プログラミング)|this参照]]×第1引数×第2引数..」といった[[直積集合]]で考えられているのでシングル、ダブル、マルチプルといった呼称になっている。発送先はthisおよび各引数の派生関係の組み合わせで選択される。thisの派生関係のみ影響しているものは
;[[動的束縛|動的バインディング]]
:(''dynamic binding'')は、識別子が参照するまたは呼び出すオブジェクト、インスタンス、メソッド、データ
;遅延バインディング
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:(''monkey patch'')はモジュールやスクリプトファイルなどの動的ローディングを用いて、インタプリタ実行後またはコンパイル後のソースコード内容を変化させる手法である。ソースコードに専用のフィルター処理を記述しておき、その中で任意の箇所を動的ローディングされたモジュール内のクラスや関数や変数で置き換えさせる事で、その時の配置モジュールに合わせた処理内容の変化を起こせる。モジュールを外せば専用のフィルター処理は無効になる。この置き換え(パッチ当て)は遅延バインディング相当である。ソースコードを変えなくてよいのが条件である。
;[[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
: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。 ;型制約
:(''type constraint'')は、(A)ジェネリッククラスの型引数/型変数、(B)代入値の型が実行時に決められる動的束縛型の変数、(C)動的ローディング時に詳細が隠されたままの値が代入される不透明型の変数、などの宣言に用いられるものである。それぞれは制約用の基準クラスで記号修飾され、その基準クラス及びその派生型の値が代入、束縛、適用されるという宣言になる。(A)の型引数/型変数では基準クラス及びその派生クラスが適用される宣言になる。(B)の動的束縛型では基準クラス及びその派生型の値が代入される宣言になる。(C)の不透明型では基準クラス及びその詳細不明である派生型の値が代入される宣言になる。型制約は型境界(''type bound'')とも呼ばれる。これには上限と下限がある。型制約と上限型境界(''upper type bound'')は性質的に同義である。下限型境界(''lower type bound'')は、基準クラス及びその基底型の値が代入、束縛、適用されるという宣言になる。
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:(''abstract type member'')はジェネリッククラスのメンバ要素であり、ジェネリッククラス同士で型変数の内容をやり取りするための仲介要素である。Aクラスコンストラクタの型引数にBクラスを適用した際に、適切な代入定義が併記されたAクラス内のタイプメンバに、Bクラスがその内部で扱っている総称型もセットで適用できる。連想配列さながらにBクラスがキー的存在になってAクラスのタイプメンバ内容も決定されることから、この仕組みは関連型または連想型(''associated type'')と呼ばれる。
;[[関数オブジェクト]]
:
;[[コルーチン]]
:オブジェクト指向下の[[イテレータ]]と[[ジェネレータ (プログラミング)|ジェネレータ]]は、コルーチン(''coroutine'')機構に基づいている。通常のサブルーチンがコールする側の復帰アドレスだけをスタックに積むのに対して、コルーチンはコールする側とコールされる側双方の復帰アドレスをスタックに積むというサブルーチン機構である。各要素への作用が記されたオペレータが[[無名関数]]やラムダ式などの形態で[[コンテナ (データ型)|データコンテナ]]に渡されると、各要素をフェッチするデータコンテナと、フェッチされた要素を参照ないし加工するオペレータが交互に[[コールスタック]]を用いて連携動作を繰り返す。イテレータはデータコンテナの各要素にオペレータを適用してその結果値に置き換えていく機能である。ジェネレータは(A)データコンテナを複製してその複製先の各要素にオペレータを適用していくという更新コンテナ生成機能、(B)オペレータがデータコンテナの各要素を選別していき最後に全選別要素を結合したコンテナを生成する機能、(C)オペレータがデータコンテナを走査して各要素の総和値を生成する機能の三種がある。
;[[メッセージ転送|メッセージレシーバー]]
:(''message receiver'')は、メソッ
;[[イミュータブル|イミュータブル・オブジェクト]]
:(''immutable object'')は、データ
;[[委譲|デリゲーション]]
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;[[派生型|サブタイピング]]
:(''subtyping'')はクラス(型)のあらゆる派生関係および派生構造の実装形式とその働き方を包括したプログラム概念である。サブタイプ多相(''subtype polymorphism'')とも呼ばれる。継承、オーバーライド、コンポジション、ジェネリクス、共変反変バリアンス、不透明型といったものは全てサブタイピングの一側面である。オブジェクト指向でよく使われるものは、振る舞いサブタイピング(''behavioral subtyping'')であり、
;[[Is-a|Is-a関係]]
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;[[Has-a|Has-a関係]]
:(''Has-a'')は[[部分集合|上位集合と部分集合]]のコンセプトを扱っており、上位集合has-a部分集合となる。オブジェクト指向ではクラスの構成関係を意味する用語になっている。これには合成・集約・収容・依存の四種がある。なお、依存(''dependency'')はhas-a関係における依存とそれ以外のクラス間関係における依存の意味が異なる二つが存在する。
:* 合成(''composition'')は強いhas-a関係であり、AクラスがBクラスをデータ
:* 集約(''aggregation'')は弱いhas-a関係であり、AクラスがBクラスをデータ
:* 収容(''containment'')は弱いhas-a関係であり、集約と同じであるが、Aクラスがコレクション(配列、List、Set、Map)の仕組みでBインスタンスを持つ場合のみを指している。コレクション関係を強調する場合、AはBを収容しているとなる。
:* 依存(''dependency'')は強いhas-a関係であり、Aクラスのいずれかのメソッドが、Bクラスを引数の型または返り値の型にしている場合、AはBに依存しているとなる。なお、AクラスがBクラスの型のデータ
;[[SOLID|SOLID原則]]
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