ソフトウェア設計原則【SOLID】を学ぶ #3 依存性逆転の原則.pdf

【連続講座】ソフトウェア設計原則
【SOLID】を学ぶ
#3 依存性逆転の原則（dependency inversion principle）
パーソルクロステクノロジー株式会社
第1技術開発本部第4設計部設計2課阿部耕二

目次
自己紹介
SOLIDについて
依存性逆転の原則（dependency inversion principle）について
テーマについて
原則違反の例
原則に則った例
依存性注入
今回の設計所感
設計についてのディスカッション・質問
【連続講座】ソフトウェア設計原則【SOLID】を学ぶ #3 依存性逆転の原則
2

自己紹介
名前: 阿部耕二（あべこうじ）
所属: パーソルクロステクノロジー株式会社
第1技術開発本部第4設計部設計2課
医療機器の組込みソフトウェア開発。C言語。
趣味: 宇宙開発（リーマンサットプロジェクト広報メンバー）
LAPRASポートフォリオ: https://lapras.com/public/k-abe
Twitter: @juraruming
4

SOLIDについて
設計の5原則の頭文字をとったもの。
S 単一責務の原則（Single Respomsibility Principle）
O オープン・クローズドの原則（Open Closed Principle）
L リスコフの置換原則（Liskov Substitution Principle）
I インターフェイス分離の原則（Interface Segregation Principle）
D 依存関係逆転の原則（Dependency Inversion Principle）
5

SOLID原則の重要性
凝集度が高くなる
他のモジュールと疎結合になる
各モジュールの目的が明確に分けられると、コード変更の際の影響
は局所化される。結果、テストしやすい設計になる。
上記の特徴を持つと再利用しやすいコードになる。
参考資料2より引用
“
“
6

依存性逆転の原則（dependency
inversion principle）について
上位レベルのモジュールは下位レベルのモジュールに依存しないよ
うにする。
上位も下位も抽象に依存すべきである。
まず、用語について認識合わせしましょう。
上位とは?
下位とは?
抽象とは?
7

■ 上位レベル・下位レベルのモジュールとは?
上位レベルは目的を示す
下位レベルは上位の目的を達成する手段を実装する
■抽象とは?
下位・上位に共通する概念
この後の章のテーマの説明で触れます。
8

テーマについて
■テーマ：
仮空の医療モニタ。患者の生体情報をモニタリングできる。
今回は設定値の書込み・読込み機能について注目する。
■テーマの要件：
画面から装置の設定ができる
設定値の例
表示エリア選択、表示テキストの名称・色、画面の輝度、音量、音
の種類、センサの校正値（ゲイン・オフセット）、その他いろいろ
9

■テーマの要件（続き）：
起動時に前回設定値を装置に反映する。
設定値は持ち運べる（装置の設定状態をPCで見れる）
■テーマを実現する要素技術：
●前回設定値の反映
SRAMの設定値を電池でバックアップ
●設定値の持ち運び
SDカード書込み・読込み
10

■今後想定される要素技術の変更：
●前回設定値の反映
（現状）SRAMを電池にてバックアップ
⇒SPI接続のシリアルRAMへ
⇒MRAMでバックアップ電池不要へ
●設定値の持ち運び
（現状）SDカード書込み・読込み
⇒USBメモリへの変更
11

前回設定値の反映
設定値の持ち運び
この機能の抽象概念は何か?
共通する概念は何か?
⇒設定値を書く、読むこと
12

■設定値読み・書きの上位・下位モジュールは?
【下位モジュール】
設定値を書く、読むを実現する具体的手段
● 前回設定値の反映
（現状）SRAMへの書込み・読込み
SPI接続のシリアルRAMへ
MRAM
● 設定値の持ち運び
（現状）SDカードへの書込み・読込み
USBメモリへの書込み・読込み
13

■設定値読み・書きの上位・下位モジュールは?
【上位モジュール】
抽象：設定値を書く・読むことを利用するモジュール
上位モジュールは起動時に抽象を呼び出し、設定値を反映する
上位モジュールは設定値変更をSRAMに書き込む
上位モジュールはSDカード書込みの画面メニューを選択・実行でSD
カード書込みを行なう
上位モジュールはSDカード読込みの画面メニューを選択・実行でSD
カード読込みを行なう
14

上位：Boot
起動時に前回設定値を反映し
たい
抽象：設定値
設定値の読み・書きの抽象
下位：RAM, MRAM, SpiRAM
実際に設定値を読み・書きす
る手段を提供する
【連続講座】ソフトウェア設計原則【SOLID】を学ぶ
15

上位：Boot
画面操作されたら設定値の読
み・書きをする
抽象：設定値
設定値の読み・書きの抽象
下位：USBMemory, SDCard
実際に設定値を読み・書きす
る手段を提供する
16

原則違反の例
【前回設定値の反映】機能の
クラス図
上位が下位モジュールに依存
する場合
17

前ページのクラス図のコード
GitHub URL: no_dip_principle
// Boot.cpp
#include "Boot.h"
// コンストラクタの実装
Boot::Boot() {
_settingValue = new SettingValueRam();
}
Boot::~Boot() {
delete _settingValue;
}
int Boot::readSettingValue() {
return _settingValue->read();
}
18

// Boot.h
#ifndef _H_BOOT_
#define _H_BOOT_
#include "SettingValueRam.h"
class Boot {
private:
SettingValueRam* _settingValue;
public:
Boot();
~Boot();
int readSettingValue();
};
#endif // _H_BOOT_
19

// SettingValueRam.cpp
SettingValueRam::SettingValueRam() {
}
void SettingValueRam::write() {
}
int SettingValueRam::read() {
return 123;
}
20

// SettingValueRam.h
#ifndef _H_SETTINGVALUERAM_
#define _H_SETTINGVALUERAM_
class SettingValueRam {
private:
public:
SettingValueRam();
void write();
int read();
};
#endif // _H_SETTINGVALUERAM_
21

#include <iostream>
using namespace std;
#include "Boot.h"
int main() {
Boot* boot = new Boot();
cout << "SettingValue = " << boot->readSettingValue() << endl;
delete boot;
return 0;
}
実行結果
$ ./no_dip_principle.app
SettingValue = 123
22

原則違反のクラス図・ソースコード
何が課題になるでしょう???
23

課題の一例
関心の分離ができていない
目的と目的を達成する手段が混在する。結果、低凝集になる。
目的：起動時に設定値を読む
目的達成手段：RAMに書き込まれている設定値を読む
上位モジュールは下位モジュールがないと動かない
組込みソフトウェア開発では下位モジュールがないことの方が多い
（ハードウェアができていない、機材が開発メンバー分がないなど
の理由）。
下位モジュールの完成を待っていては開発スケジュールに影響がで
る。
24

コードが汚れる
上位モジュールは下位モジュールがないと動かないから下位モジュ
ールの動作を差し替えるテストコードを用意した、とする。
上位モジュールに本番用コードとテスト用コードを切り替える本番
コードには不要な分岐のロジックが実装されソースコードが汚れ
る。
25

コードが汚れる例GitHub URL: no_dip_principle_dirty
// Boot.cpp
#include "Boot.h"
Boot::Boot() {
if (settingValueSelect) {
} else {
_settingValueRamFake = new SettingValueRamFake();
}
}
Boot::~Boot() {
} else {
delete _settingValueRamFake;
}
}
} else {
return _settingValueRamFake->read();
}
}
26

// Boot.h
#ifndef _H_BOOT_
#define _H_BOOT_
#include "SettingValueRamFake.h"
class Boot {
private:
SettingValueRam* _settingValue;
SettingValueRamFake* _settingValueRamFake;
public:
int settingValueSelect = 0;
Boot();
~Boot();
};
#endif // _H_BOOT_
27

// SettingValueRamFake.cpp
SettingValueRamFake::SettingValueRamFake() {
}
void SettingValueRamFake::write() {
}
int SettingValueRamFake::read() {
return 456;
}
28

// SettingValueRamFake.h
#ifndef _H_SETTINGVALUERAMFAKE_
#define _H_SETTINGVALUERAMFAKE_
class SettingValueRamFake {
private:
public:
SettingValueRamFake();
void write();
int read();
};
#endif // _H_SETTINGVALUERAMFAKE_
実行結果
$ ./no_dip_principle_dirty.app
SettingValue = 456
29

Boot.cppの実装を見ると下位モジュール(SettingValueRam)か下位モジ
ュールのテストモジュール(SettingValueRamFake)を使うかで分岐が
増えている。
この分岐は本番コードには不要なコードである。
上位モジュールが下位モジュールに依存している場合で、下位モジュ
ールをテストしようとするとこんなことがおきる。
コードも汚くなるし、テストしにくい構造になっている。
30

原則に則った例
【前回設定値の反映】機能の
クラス図
原則に則り、上位・下位も抽
象に依存する場合
31

上位・下位も抽象に依存する
前ページのクラス図を実装する。
GitHub URL: dip_principle
ポイント:
抽象はC++の仮想関数でInterfaceのように使う(ISettingValue.h)
下位モジュールはISettingValueを使う(SettingValueRam.h)
上位モジュールは下位モジュールではなく、ISettingValueをメンバ
変数として持つ
32

// ISettingValue.h
#ifndef _H_ISETTINGVALUE_
#define _H_ISETTINGVALUE_
#include <iostream>
class ISettingValue {
public:
virtual void write() = 0;
virtual int read() = 0;
// 仮想デストラクタ
virtual ~ISettingValue(){
cout << "ISettingValue destructor" << endl;
}
};
#endif // _H_ISETTINGVALUE_
33

// SettingValueRam.h
#ifndef _H_SETTINGVALUERAM_
#define _H_SETTINGVALUERAM_
#include "ISettingValue.h"
class SettingValueRam : public ISettingValue {
private:
public:
SettingValueRam();
~SettingValueRam();
void write();
int read();
};
#endif // _H_SETTINGVALUERAM_
34

// Boot.h
#ifndef _H_BOOT_
#define _H_BOOT_
class Boot {
private:
ISettingValue* _settingValue;
public:
Boot();
~Boot();
};
#endif // _H_BOOT_
35

// Boot.cpp
#include "Boot.h"
#include <iostream>
Boot::Boot() {
cout << "Boot constructor" << endl;
}
Boot::~Boot() {
cout << "Boot destructor" << endl;
}
}
36

実行結果
$ ./dip_principle.app
Boot constructor
SettingValueRam constructor
SettingValue = 123
Boot destructor
SettingValueRam decstructor
ISettingValue destructor
余計なプリント文が出力されているが、実行結果は原則違反コードの
時と同じ。
37

Factoryでインスタンスを生成する
GitHub URL: dip_principle_factories
前回のコードは課題がある。
さて、どこでしょう???
38

// Boot.h
#include "Boot.h"
#include <iostream>
Boot::Boot() {
_settingValue = new SettingValueRam(); // ★ここで下位モジュールに依存している
}
Boot::~Boot() {
}
}
39

上位モジュールは下位モジュールに依存しないようにするのが依存性
逆転の原則だが、上位モジュールは下位モジュールの依存を断ち切れ
ていなかった
これを改善していく。
使うテクニックはデザインパターンでお馴染みのFactory。
Factoryクラスのメソッドでインスタンス生成を行う。
こうすることで上位メソッドは下位メソッドとの依存をなくすことが
できる。
40

// Boot.cpp
#include "Boot.h"
//#include "SettingValueRam.h"
#include "Factories.h"
#include <iostream>
Boot::Boot() {
_settingValue = Factories::CreateSettingValue();
}
Boot::~Boot() {
}
}
41

// Factories.h
#ifndef _H_FACTORIES_
#define _H_FACTORIES_
class Factories {
public:
static ISettingValue* CreateSettingValue();
};
#endif // _H_FACTORIES_
42

// Factories.cpp
#include "Factories.h"
ISettingValue* Factories::CreateSettingValue() {
return new SettingValueRam();
// return new SettingValueRamFake();
}
43

実行結果
$ ./dip_principle_factories.app
SettingValue = 123
ファクトリで生成する下位モジュールをSettingValueRamFakeに切り
替えた場合
実行結果
$ ./dip_principle_factories.app
SettingValue = 456
44

下位モジュールSettingValueRamFakeの実装
// SettingValueRamFake.cpp
#include <iostream>
SettingValueRamFake::SettingValueRamFake() {
cout << "SettingValueRamFake constructor" << endl;
}
SettingValueRamFake::~SettingValueRamFake() {
cout << "SettingValueRamFake decstructor" << endl;
}
void SettingValueRamFake::write() {
}
int SettingValueRamFake::read() {
return 456;
}
45

依存性注入
前回の【Factoryでインスタンスを生成する】で上位モジュールは下位
モジュールとの依存をなくすことができた。
前回のコードを依存性注入のテクニックを使い、よりオブジェクト指
向っぽくする。
オブジェクト指向っぽいとはどういうことか?後で書きます。
46

// Boot.h
#ifndef _H_BOOT_
#define _H_BOOT_
class Boot {
private:
public:
Boot(ISettingValue* settingValue); // ★ここに注目!!!
~Boot();
};
#endif // _H_BOOT_
47

// Boot.cpp
#include "Boot.h"
//#include "SettingValueRam.h"
//#include "Factories.h"
#include <iostream>
Boot::Boot(ISettingValue* settingValue) {
// _settingValue = Factories::CreateSettingValue();
_settingValue = settingValue;
}
Boot::~Boot() {
}
}
48

↑の【オブジェクト指向っぽい】とはどういうことか?
システムの中でクラスは自分の責務・責任を果たすために動く。
システムの中の要求で自分の責務だけで目的を達成できないときは、
他のクラスと協調して動く(私にはこれがオブジェクト指向っぽいと感
じた訳です)。
依存性注入はクラスが自分の責務を果たすために必要な情報を与えて
いる。依存性の注入というワードに惑わされるかもしれないが、至極
当然というか自然なテクニック。
前回のコードを依存性注入のテクニックを使い、よりオブジェク
ト指向っぽくする。
“
“
49

依存性注入とテスト
依存性注入でテストをやってみる。
テストのシナリオ：
下位モジュールが読み出した設定値が正しいかテストしたい
設定値の確認を行うクラス, メソッド：SettingValueValidation,
validate
読み出した設定値は100以上であれば正しいとする
下位モジュールの設定値はモック・SettingValueMockでテストに適
した値にする
50

GitHub: dip_and_di_test_easy_env
// SettingValueValidation.cpp 下位モジュールが読み出した値の検証
#include "SettingValueValidation.h"
#include <iostream>
SettingValueValidation::SettingValueValidation(ISettingValue* settingValue) {
cout << "SettingValueValidation constructor" << endl;
_settingValue = settingValue;
}
SettingValueValidation::~SettingValueValidation() {
cout << "SettingValueValidation destructor" << endl;
}
bool SettingValueValidation::validate() {
int value = _settingValue->read();
if (value >= 100) return true;
return false;
}
51

// SettingValueValidation.h
#ifndef _H_SETTINGVALUEVALIDATION_
#define _H_SETTINGVALUEVALIDATION_
class SettingValueValidation {
private:
public:
SettingValueValidation(ISettingValue* settingValue);
~SettingValueValidation();
bool validate();
};
#endif // _H_SETTINGVALUEVALIDATION_
52

// SettingValueMock.cpp 下位モジュールの設定値読み・書きをモックする
#include "SettingValueMock.h"
#include <iostream>
SettingValueMock::SettingValueMock() {
cout << "SettingValueMock constructor" << endl;
}
SettingValueMock::~SettingValueMock() {
cout << "SettingValueMock decstructor" << endl;
}
void SettingValueMock::write() {
}
int SettingValueMock::read() {
return 100;
}
53

// SettingValueExampleTest.cpp テスト
#include "CppUTest/TestHarness.h"
#include <iostream>
#include "SettingValueValidation.h"
#include "SettingValueMock.h"
TEST_GROUP(SettingValueExampleTest)
{
SettingValueValidation* settingValueValidation;
void setup()
{
// モック(SettingValueMock)を設定値チェックのロジック(SettingValueValidation)に依存性注入している
settingValueValidation = new SettingValueValidation(new SettingValueMock());
}
void teardown()
{
delete settingValueValidation;
}
};
TEST(SettingValueExampleTest, SettingValueValid)
{
CHECK(settingValueValidation->validate());
}
54

// テストの結果表示
$ ./bin/dip_and_di_test_easy_env -v
TEST(SettingValueExampleTest, SettingValueValid)
- 0 ms
OK (1 tests, 1 ran, 1 checks, 0 ignored, 0 filtered out, 1 ms)
依存性注入を使うことでテストコード、本番コードの切り替えも簡
単に行える
下位モジュールはデバイス制御に特化したコードにする(今回の例で
は設定値の読み出しのみ)。下位モジュールを使う上位モジュールの
ロジックをテストしやすくなる。
55

今回の設計所感
未来のことは分からないけど、製品にバリエーションを持たせる必
要が開発開始時にわかっているなら(もしくは多品種にシリーズ展開
する目論みで開発をスタートさせるなど)依存性逆転の原則を使うと
幸せになれるかもしれないと思った。
開発しているソフトウェアはどういうビジネス戦略で、今後どうい
った方針をとるのか、は把握しておいた方がよさそうと感じた。あ
とは製品のトレンドとか。やはりビジネスの観点とソフトウェア設
計は関係している、と思った。
原則に則り、依存性注入を使うとテストしやすくなりそう。
原則に則ると製品、プロダクトの拡張にも対応しやすそう。
56

設計についてのディスカッション・質
問
自分以外の設計の視点が学びになると個人的に考えています。
ぜひぜひお気軽にフィードバックをよろしくお願いします
こちらに学習の振り返りに使う目的でZennのスクラップを用意しま
した。
活用ください。
【SOLID原則】#3 "依存性逆転の原則（dependency inversion
principle）"の勉強会後の振り返り
57

参考資料
1. オブジェクト指向の原則３：依存関係逆転の原則とインタフェース
分離の原則
Udemyの講座。作成者はピーコックアンダーソンさん。依存関係逆
転の原則以外のSOLID原則の講座もあり。
2. オブジェクト指向習得のための５ステップ【SOLID原則】
3. テスト駆動開発による組み込みプログラミング―C言語とオブジェク
ト指向で学ぶアジャイルな設計
58

ご清聴ありがとうございました
59

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