2021-02-22

『オブジェクト指向入門第2版』の6章を読んだ

第6章　抽象データ型

オブジェクトの記述の仕方に，物理的な表現をする方法と，抽象データ型（ADT）を用いる方法がある．まず，物理的な表現をする場合を考える．

ここでは，スタックを例に挙げる．スタックの表現として，配列を用いる場合とリストを用いる場合が考えられる．また，配列を用いる場合，インデックスが小さい方を先頭とする場合と，大きい方を先頭とする場合が考えられる．これら3つの表現からひとつを選ぶのは，過剰仕様（情報隠蔽ができていない）の典型的なケースである．操作するデータの物理的な構造とプログラムが密接に結びつける，すなわち，特定の表現を仕様として使うと，柔軟性が低くなってしまう．

オブジェクトを中心に見るためには，操作や属性に注意を向ける必要がある．スタックの操作として，以下が考えられる．

put
スタックに要素を追加する．
remove
スタックの一番上の要素を取り除く．
item
スタックの一番上の要素が何かを調べる問い合わせ．
make
スタックを作成する．

スタックに対する操作を記述したものの，これでは非形式的で長期間の使用には耐えない．次に，スタックのADTの仕様を形式的に記述してみる．

仕様は，4つの段落から構成される．

TYPES
関数，公理，及び事前条件によって特徴付けられるオブジェクトの集合．
FUNCTIONS
TYPESが示す型のインスタンスに適用可能な操作．
AXIOMS
関数の動作を示す属性．
PRECONDITIONS
操作を適用するために満たさなければならない条件

スタックの仕様記述

仕様を形式的に書くと，以下のようになる．

TYPES
- $STACK[G]$
FUNCTIONS
- $put: STACK[G] \times G \rightarrow STACK[G]$
- $remove: STACK[G] \nrightarrow STACK[G]$
- $item: STACK[G] \nrightarrow G$
- $empty: STACK[G] \rightarrow BOOLEAN$
- $new: STACK[G]$
AXIOMS
任意の $x:G, STACK[G]$ に対して
- $item(put(s,x)) = x$
- $remove(put(s,x))=s$
- $empty(new)$
- $not\ empty (put(s,x))$
PRECONDITIONS
- $remove(s: STACK[G])\ require\ not\ empty(s)$
- $item(s:STACK[G])\ require\ not \ empty(s)$

型は $STACK[G]$ である．Gは仮総称パラメータで，実際に利用する際には具体的な型（実総称パラメータ）を与える．FUNCTIONSでの " $\nrightarrow$ " は，一部のみ適用可能であることを示す．PRECONDITIONSにあるように， $remove$ と $item$ はスタックが空だと値を返せない．AXIOMSはFUNCTIONSに含まれる操作が満たさなければならない条件である．

クラス

ADTを考えることで，次はクラスについて考えることができる．

クラスは（部分的であっても良い）実装を伴う抽象データ型である。

ADTという概念を，コンピュータ向けに実装したのがクラスである．ここでは，完全に実装されているクラスを有効クラスは，それ以外を暫定クラスと呼ぶ．

有効クラスには，以下の3つによって構成される．

ATDの仕様記述（スタックの仕様記述で記述したもの）
表現の選択
実装上のデータ形式．スタックでいうと，配列やリスト．
関数から表現への対応
これは，特性と呼ばれるメカニズムの集合として表される．具体的な実装を示す．

情報隠蔽の点では，2と3は非公開にすべきである．

オブジェクト指向によるソフトウェア構築

オブジェクト指向では，操作するオブジェクトの型から導かれるモジュールを基本にアーキテクチャを構築すると述べた．これは，以下のように言い換えることができる．

オブジェクト指向によるソフトウェア構築とは、抽象データ型の（その部分的な実装も含む）構造化された集合として，ソフトウェアシステムを構築することである．

ソフトウェア構築において，基本となるのがATDである．ただし，本当に必要なのはATDの実装である．これらの実装は，完全である必要はない．

システムはクラスの集合なので，トップやメインプログラムはない．クラス群は，顧客と継承によって構造化されている．