プロトタイプベース

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プロトタイプベース (: Prototype-based) は、オブジェクト指向プログラミング(OOP)のスタイルのひとつであり、オブジェクトの生成に既存オブジェクトのクローン(複製)を用いるスタイルを指している。これには直後にメンバを拡充するための空オブジェクトの複製も含まれている。このスタイルはインスタンスベース(Instance-based)とも呼ばれている。これと対比されるOOPスタイルにクラスベースがある。クラスインスタンス化と、オブジェクトのクローンは、明確に異なる概念だったのでスタイル分けされる必要があった。プロトタイプベースOOPの原点はSmalltalk方言のSelfであり、Smalltalkのクラスベース設計を平易化する試みから1987年に誕生している。他にはLuaJavaScriptEtoysECMAScriptREBOLIoTypeScriptなどがあるが、クラスベースOOPに比べると採用言語が少ないマイノリティに留まっている。

プロトタイプとは、クローン元になったオブジェクトを意味しており、クローン先のオブジェクトから見てそう呼ばれる。プロトタイプは同時にそのオブジェクトの暗黙の委譲先になり、これは継承におけるスーパークラス相当として扱われる。プロトタイプベースは動的型付けに準拠していることから、オブジェクトの情報隠蔽に伴なうカプセル化は軽視されていることが多い。ポリモーフィズム動的型付けによる動的バインディングと、プロトタイプ委譲チェーン上のネームマスキング(ドミナンス英語版とも)が主体である。プロトタイプベースでメソッドオーバーライドと説明される機能は、正確にはネームマスキングである。

来歴[編集]

プロトタイプベースは、Smalltalkクラスベース設計を平易化する試みから考案されたスタイルなので、Smalltalkの設計を知らないとそれが作られた理由も分からないものになる。ここではアラン・ケイが概略したSmlltalk設計の六項目を紹介して、クラスベースに関連する部分を和訳しておく[1]

1, EverythingIsAnObject.(全てはオブジェクトである)

2, Objects communicate by sending and receiving messages (in terms of objects).

3, Objects have their own memory (in terms of objects).(オブジェクトは自身の記憶を持つ)

4, Every object is an instance of a class (which must be an object).(全てのオブジェクトはクラスのインスタンスであり、クラスもオブジェクトである)

5, The class holds the shared behavior for its instances (in the form of objects in a program list).(クラスはそのインスタンスのための共有振る舞いを持つ)

6, To eval a program list, control is passed to the first object and the remainder is treated as its message.

(4)は数学的帰納な文章なので、インスタンスのひな型であるクラスもまたメタクラスのインスタンス化であり、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であると解釈される。これは元祖クラスベースの大きな特徴であったが、実際はもう少し複雑でメタクラスとクラスの間に中間媒体が挟まれていた。i=インスタンス/C=クラス/M=メタクラスとするとインスタンス化の流れは、M → C class → C → iとなり、C classが中間媒体である。中間媒体は不変の静的型付け用であり、クラスは可変の動的型付け用であった。これはクラス構成変更後も復元可能にするためだった。また、(3)で記憶(データ)はクラスとインスタンス双方にあるが、(5)で振る舞い(メソッド)はクラスのみとされており、これも混乱を招きやすいネックになっていた。元祖クラスベース設計は理論面では美しかったが、実践面では甚だ複雑として開発陣からも不評になり、それはシンプルとは言えないインスタンス化チェーンと、クラスとインスタンスに対する振る舞い(behavior)の在り方の差異に起因していた。

その改善策としての、オブジェクトからクラスインスタンスの概念を無くしてしまおうという案が、プロトタイプベースの原点になっている。この案は言語実装視点では、クラスを無くしてインスタンスに一律化するとも解釈できるのでインスタンスベースと別称された。クラスのインスタンス化を、インスタンスのクローンに置き換えることで上述の欠点を改善した。Selfはこの案に沿って制作されたSmalltalk方言であった。ここでは(1)の遵守が第一にされていた。

なお、C++/Pythonからの静的/動的クラスベース設計では、クラスインスタンスを、型と値の役割に固定してインスタンス化の相互再帰を無くしたことから、インスタンスのみがオブジェクトになっている。メタクラスはクラス構成の動的変更機能になっている。これは(1)の事実上の撤廃であった。

現在では、C++/Python発のクラスベース設計が多くの言語で採用されており、Self発のプロトタイプベースは少数派になっている。のみならずプロトタイプベースの代表格JavaScriptECMAScriptではクラスベース構文が導入されるに到っており、TypeScriptはクラスベースとプロトタイプベースの折衷にされている。プロトタイプベースはやや汎用性に欠けてオブジェクト指向の主流にはなり得なかったという結論になる。

概要[編集]

Selfとは少し別の切り口から、Smalltalkクラスベース設計の平易化を図ったダグラス・クロックフォード英語版は、JavaScriptのプロトタイプベースをこのように概略している[2]

You make prototype objects, and then … make new instances. Objects are mutable in JavaScript, so we can augment the new instances, giving them new fields and methods. These can then act as prototypes for even newer objects. We don't need classes to make lots of similar objects… Objects inherit from objects. What could be more object oriented than that?
(あなたはプロトタイプ・オブジェクトと新しいインスタンスを作る。オブジェクトは可変であり、新フィールドと新メソッドを加えて拡充できる。これもまた新生オブジェクトのプロトタイプになる。クラスは必要ない。オブジェクトも同様に継承できるからだ。これ以上のオブジェクト指向があるだろうか?)

プロトタイプベースはプログラマに、オブジェクトをどう振る舞わせるかということのみに集中させて、オブジェクトが実際に振る舞えるかどうかの疑問を後回しにできる環境を提供する[3]。振る舞いとはメソッドである。疑問の後回しとは動的型付けダックタイピングを意味している。プロトタイプベースは静的型付けの実装を排除してる訳ではないが、その特性と利点を最大限に活かすための動的型付けが好まれている。

プロトタイプベースのオブジェクトは総じて、スロットの可変長配列として実装されている。スロットとは「シンボル+コンテンツ」のペアデータである。シンボルはプロパティ名やメソッド名を表わし、コンテンツはプロパティ値やコードブロック参照を表わす。プロパティスロットはプロトタイプ参照やthis参照(self参照)の容器にもなる。Selfではメソッドスロットがメッセージ式で送られるセレクタの受け手になる。

オブジェクトの構築は、クローン方式かエクスニヒロ方式で行われる。クローン(clone)は既存オブジェクトを複製する方式であり、複製後にプロパティ/メソッドの自由な取り付け取り外しもできる。エクスニヒロ(ex nihilo)はプロパティ無しメソッド無しの空オブジェクトを生成(または複製)する方式であり、生成後にプロパティ/メソッドの自由な取り付けができる。構造体に似た書式でプロパティ/メソッドを初期設定して生成する方式もエクスニヒロに分類されている。クラス概念がないのでテンプレート処理的なオブジェクト構築は不可であるが、クラスベース構文が導入された言語では代替的に可能にされており、それはエクスニヒロの方で解釈されている。

クローンで構築されたオブジェクトのプロトタイプ・スロットには、クローン元になったオブジェクトの参照が自動代入される。プロトタイプ・スロットは再代入可能なので、エクスニヒロで構築された空オブジェクトにも、そのプロトタイプを自由に追加できた。プロトタイプは暗黙の委譲先になり、オブジェクトがアクセス要求されたプロパティ/メソッドを持っていない場合は、そのプロトタイプへと丸投げされる。これは継承相当の機能になった。

脚注[編集]

  1. ^ The Early History Of Smalltalk”. 2019年1月閲覧。
  2. ^ Crockford, Douglas. “Prototypal Inheritance in JavaScript”. 2021年6月22日閲覧。
  3. ^ Taivalsaari, Antero; Noble, James (1998). “Thinking with prototypes”. Addendum to the 1998 proceedings of the conference on Object-oriented programming, systems, languages, and applications (Addendum) - OOPSLA '98 Addendum (New York, New York, USA: ACM Press). doi:10.1145/346852.346949. https://doi.org/10.1145/346852.346949. 

参考文献[編集]

  • Abadi, Martin; Luca Cardelli (1996). A Theory of Objects. Springer-Verlag. ISBN 978-1-4612-6445-3 
  • Class Warfare: Classes vs. Prototypes, by Brian Foote.
  • Noble, James; Taivalsaari, Antero; Moore, Ivan, eds (1999). Prototype-Based Programming: Concepts, Languages and Applications. Springer-Verlag. ISBN 981-4021-25-3 
  • Using Prototypical Objects to Implement Shared Behavior in Object Oriented Systems, by Henry Lieberman, 1986.

関連項目[編集]