ダック・タイピング

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ダック・タイピング: duck typing)とは、SmalltalkPerlPythonRubyなどのいくつかの動的型付けオブジェクト指向プログラミング言語に特徴的な型付けの作法のことである。それらの言語では、オブジェクト(変数の)に何ができるかはオブジェクトそのものが決定する。これによりポリモーフィズム(多態性)を実現することができる。

継承機能によるサブタイプ多相 (subtype polymorphism) を主に用いる静的型付けのオブジェクト指向言語であるJavaC#の概念で例えると、オブジェクトがあるインタフェースのすべてのメソッドを持っているならば、たとえそのクラスがそのインタフェースを宣言的に実装していなくとも、オブジェクトはそのインタフェースを実行時に実装しているとみなせる、ということである。それはまた、同じインタフェースを実装するオブジェクト同士が、それぞれがどのような継承階層を持っているのかということと無関係に、相互に交換可能であるという意味でもある。ダック・タイピングは構造的型付け (structural typing) に類似しており、構造的型付けの多態性(多相性)はロー多相英語版 (row polymorphism) に分類されることがある[1](日本語では行多相[2]あるいは列多相[3]とも)。構造的型付けは記名的(公称的)型付け (nominal typing / nominative typing) と対比される型システムの分類のひとつである。

この用語の名前は「ダック・テスト」に由来する。

"If it walks like a duck and quacks like a duck, it must be a duck"

(もしもそれがアヒルのように歩き、アヒルのように鳴くのなら、それはアヒルに違いない)

デーブ・トーマスはRubyコミュニティで初めてこの言葉を使ったと考えられている。[要出典]

C++テンプレートはダック・タイピングの静的版である。例えば、STLにおける各種のiteratorはIterator基底クラスのようなものからメソッドを継承しているわけではないが、特定の演算子を利用できて同じ構文でコンパイルが通るならば、それはiteratorの一種として扱える。この文脈で言う「同じインタフェースを持つ」とは、コンパイラにとってシグネチャなどのインタフェースが同じだということである。したがって、iteratorの実装はオブジェクトである必要すらない。

もう1つ、ダック・タイピングに似たアプローチにOCamlの構造的サブタイピング (structural subtyping) がある[4]。メソッドのシグネチャが互換ならば、宣言上の継承関係はなくとも、オブジェクトの型は互換であるというものである。これはOCamlの型推論システムによってコンパイル時にすべて決定される。TypeScriptの型互換性も構造的サブタイピングに基づいている[5]。対義語は記名的(公称的)サブタイピング (nominal subtyping) であり、例えばJavaやC#などの継承ベースの型システムで用いられている方式のことである。

PythonやRubyは一般的なクラス継承の機能も持っており、継承によるポリモーフィズムも利用できるが、ダック・タイピングによるポリモーフィズムは継承が不要であり、型による制約に縛られることなく簡素なコードで実現できる点にメリットがある。しかし、制約がないということは乱用しやすいということの裏返しでもある。型制約がない場合はコンパイラによる静的な型検査や統合開発環境 (IDE) によるコード補完などの支援が見込めず、プログラムの記述ミスを発見するのが難しくなることもある。

Rubyでの例[編集]

Rubyでの単純な例を示す。

def test(foo)
  puts foo.sound
end

class Duck
  def sound
    'quack'
  end
end

class Cat
  def sound
    'myaa'
  end
end

test(Duck.new)
test(Cat.new)

出力は以下である。

quack
myaa

2つのクラスに継承の関係が無いことに注目して欲しい。上記のtestメソッドは、soundという名前のメンバーを持つオブジェクトであれば何でも受け付ける。なお、Rubyのputsは引数オブジェクトを自動的に文字列に変換して標準出力に出力する[6]ため、仮に文字列以外を返すsoundであっても受け付ける。このような柔軟性が動的言語の特徴である。

C++での例[編集]

上記Rubyの例をC++で記述すると、以下のようになる。

#include <iostream>

template <class T>
void test(const T& t) {
  std::cout << t.sound() << std::endl;
}

struct Duck {
  const char* sound() const {
    return "quack";
  }
};

struct Cat {
  const char* sound() const {
    return "myaa";
  }
};

int main() {
  test(Duck());
  test(Cat());
}

実行結果はRubyの例と同じである。ただし、テンプレートによるダック・タイピングはコンパイル時に解決される静的なポリモーフィズム (static polymorphism) であり、動的型付け言語とは異なり実行時のオーバーヘッドを伴わない。

C#での例[編集]

C#はバージョン4.0で動的型付けを可能にするdynamic型が使えるようになった。dynamicは内部的にはリフレクションを利用して実装されており、該当するメソッドやプロパティの存在有無を実行時に遅延評価する。シンボル解決に失敗した場合は例外がスローされる[7]

using System;

class Duck {
    public string Sound() {
        return "quack";
    }
}

class Cat {
    public string Sound() {
        return "myaa";
    }
}

public class DuckTypingTest {
    static void Test(dynamic obj) {
        Console.WriteLine(obj.Sound());
    }

    public static void Main() {
        Test(new Duck());
        Test(new Cat());
    }
}

なお、C#はC++のテンプレートに似た機能としてジェネリクスをサポートするが、C++テンプレートほどの柔軟性はなく、ダック・タイピングに使用することはできない[8]

VB.NET[編集]

Visual Basic .NET (VB.NET) はOption Strict Offが指定されている場合、System.Object型による遅延バインディング (late binding) ができるようになり、これによりダック・タイピングをサポートできる[9][10]。これは、VB.NETが登場当初から従来のVisual BasicおよびVisual Basic for Applications (VBA) からの移行を狙っていたため、ゆるい型付けをサポートする必要があったことに由来する。

下記の例は、Option Strict Onを指定すると静的な型チェックが有効になり、コンパイルエラーになる。

Option Strict Off ' 遅延バインディングを許可する。
'Option Strict On ' 遅延バインディングを許可しない。
Imports System

Class Duck
    Public Function Sound() As String
        Return "quack"
    End Function
End Class

Class Cat
    Public Function Sound() As String
        Return "myaa"
    End Function
End Class

Public Class DuckTypingTest
    Shared Sub Test(obj As Object)
        Console.WriteLine(obj.Sound())
    End Sub

    Public Shared Sub Main()
        Test(new Duck())
        Test(new Cat())
    End Sub
End Class

その他の言語など[編集]

Javaは言語構文レベルで動的型付けをサポートしないが、リフレクションを用いることで、ダック・タイピング相当を実現できる。Core Reflection APIとして、java.lang.reflectパッケージが用意されている[11]。また、Java Native Interface (JNI) を用いることで、C言語C++などのネイティブコードからJavaで書かれたクラスを利用することができるが、リフレクション同様にダック・タイピングに応用することもできる。

COMにおいても、IDispatchインタフェース[12]を実装することで、ダック・タイピング相当を実現できる。VBScriptJScriptといったスクリプト言語(動的プログラミング言語)の実装を容易にするための基盤として、拡張インタフェースIDispatchExも用意されている[13]

脚注[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]