ソフトウェア基礎講座資料

1. オブジェクト指向
プログラミング入門
ソフトウェア基礎講座 第 1 回
２０１１年２月９日
服部健太

2. オブジェクト指向とは
 “Object” は最も汎用的な英単語
 認識できるすべてのものはオブジェクトである
 要するにほとんど何の意味もない
 オブジェクト指向の決定的な定義はない
 いろいろな人がいろいろなことを言ってる
2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 2

3. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 3
オブジェクト指向の重要な特徴
 カプセル化（ Encapsulation ）
 情報 / 実装の隠蔽（ Information/implementation
hiding ）
 状態保持（ State retention ）
 オブジェクトの固有性（ Object identity ）
 メッセージ（ Messages ）
 クラス（ Classes ）
 継承（ Inheritance ）
 多態性（ Polymorphism ）
 総称性（ Genericity ）

4. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 4
カプセル化（ Encapsulation ）
 カプセル化の概念はソフトウェアと同じくらい古い
 1940 年くらいには，プログラマ達は同じような命
令のパターンが同じプログラムに何度も現れること
に気づいた
 人々は，そのような繰返しパターンはプログラムの
隅っこの箱の中に閉じ込めておき，メインプログラ
ムの異なる場所から単一の名前単一の名前で呼び出し得ること
を理解した
⇒ こうしてサブルーチン（ subroutine ）が発明されたカプセル化とは，関連する概念を一つのユ
ニットにグループ化し，それ以後，単一の名
前で参照できるようにすることである

5. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 5
サブルーチン（ Subroutine ）
 サブルーチンは当時の貴重なメモリを節約する良い
手段だった
 後に人々は，人間の記憶も節約できることに気づい
た
 人が単一の観念として捉え，操作できる概念の塊として表
される
月々のローン
返済額の計算
元金
ローン期間
利率
返済額
ローンの許可
入力変数
出力変数サブルーチン
コードはサブルーチン
の中にカプセル化され
る

6. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 6
オブジェクト指向におけるカプセル
化
 オブジェクト指向におけるカプセル化の目的もサブ
ルーチンのそれと同じ
 ただし，構造的にはより洗練されている
オブジェクト指向におけるカプセル化とは，
データを取り巻く手続きをグループ化したも
のである
direction
location
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display
メソッ
ド
変数

7. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 7
オブジェクト指向におけるオブジェ
クト
 複数のメソッドと複数の変数から構成される
 変数はオブジェクトのメソッドからアクセス
され更新される
 それぞれの変数は非公開であり，他のオブ
ジェクトは変数に直接アクセスすることはで
きない
 他のオブジェクトがそのオブジェクトの変数の情
報が必要なら，そのオブジェクトのメソッドにお
願いしてアクセスする

8. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 8
情報 / 実装の隠蔽
（ Information/Implementation
Hiding ） カプセル化されたユニットは外（ public view ）と
内（ private view ）から眺めることができる
 良いカプセル化に対する報酬はプライベートビュー
に見られる無数のこまごまとしたことを，パブリッ
クビューでは伏せておけることである
 情報の隠蔽と実装の隠蔽
情報 / 実装の隠蔽とは，カプセル化された構
造の内側にある特定の情報や実装上の決定に
ついて，外部への見せ方を制限することであ
る

9. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 9
情報 / 実装隠蔽によるオブジェクト
のブラックボックス化
 外部の観察者は，オブジェクトが何（ what ）がで
きるかについては知っている
 オブジェクトがどのように（ how ）するのか，中
がどうなってるのか，についてはまったく知らない
 情報 / 実装隠蔽の２つの利点
 設計上の決定を局所化する
 情報の内容を表現の形式と分離する
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display

10. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 10
状態の保持（ State Retention ）
 オブジェクトは状態を保つことができる
 伝統的な手続きモジュール（関数，副プログラム
，手続き，など）では，呼び出し元に戻ってその
モジュールが終了すると，結果だけが残る
 同じモジュールが再び呼ばれても，あたかも最初
に呼び出されたかのように生み出される
 オブジェクトは情報をそれ自身の中に無期限
に保持する

11. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 11
抽象データ型（ ADT ）
 カプセル化，情報 / 実装隠蔽，状態の保持は
，オブジェクト指向の核ではあるが，新しい
アイディアではない
 計算機科学者たちは，それらを抽象データ型の分
野として何年もの間，研究してきた
 オブジェクト指向は ADT よりさらに進んで
，以降に示すような特徴を持つ

12. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 12
オブジェクトの固有性（ Object
Identity ）
 オブジェクト指向の決定的な特徴は，それぞれのオ
ブジェクトが固有のアイデンティティを持つことに
ある
 仲間のオブジェクトと区別するための何かユニーク
なものがある
 オブジェクトハンドル機構によって提供される
オブジェクトの固有性とは，各オブジェクト
が異なるソフトウェア実体として識別され，
扱われるという特性である

13. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 13
142857
102237
オブジェクトハンドル
 そのオブジェクトに何が起ころうとも，オブジェクトが生きて
いる限りハンドルは同じものであり続ける
 ２つのオブジェクトが同じハンドルを持つことはない
 システムがオブジェクトを生成するときは常にそれぞれ異なる
（過去，現在，未来を通じて）ようなハンドルを割当てる
 ２つのオブジェクトが，たとえ同じ構造と情報を持っていたと
しても，それらは区別される
direction
location
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display
direction
location
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display

14. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 14
オブジェクトハンドル（２）
 プログラマやユーザが実際に新しいオブジェクトのハンドル
（ 102237 ）をみることは出来ない
 代わりに変数 hom1 を通じてオブジェクトにアクセスする
 オブジェクトのメモリ番地をハンドルとして使用するオブジェ
クト指向環境もある
 シンプルではあるがオブジェクトがメモリ中を移動したらいや
な感じになる
102237
direction
location
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display
142857
direction
location
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display
102237 142857
hom1 hom2
var hom1 := HOMINOID.new; var hom2 := HOMINOID.new;

15. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 15
オブジェクトハンドル（３）
 hom2 := hom1 したら．．．
 オブジェクト 142857 にはもはやアクセス不可能となる
 多くのオブジェクト指向環境ではガーベッジコレクタによって
メモリから回収される
102237
direction
location
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display
142857
direction
location
set-in-grid
turn-left
turn-right
advance location
facing-wall
display
102237 102237
hom1 hom2

16. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 16
メッセージ（ Messages ）
 オブジェクトは別のオブジェクトに対して，
メッセージによってアクティビティを遂行す
る
 典型的なメッセージでは，一つのオブジェク
トから別のオブジェクトに対して何らかの情
報を運ぶメッセージは送信者オブジェクト ob1 があて
先オブジェクト ob2 に対して， ob2 がそのメ
ソッドの一つに適用するための要求物を運ぶ
手段である

17. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 17
メッセージの構造
 Ob1 が ob2 にメッセージを送るには， ob1 は以下の３つを知っ
てる必要がある
 Ob2 のハンドル
 Ob2 のメソッド名
 Ob2 がメソッド実行に必要とする追加的な情報（引数）
 メッセージ送信の例：
hom1.turn-left;
 オブジェクトにお願いする
 伝統的な手続き（関数）呼び出しと逆になってる
call turn-left(hom1);
 手続きユニットにお願いする
 多態，オーバロード，動的束縛を議論するとき，この逆転は実
際上重要な違いをもたらす

18. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 18
メッセージ引数
hom1.advance(no-of-squares; advance-ok)
 純粋なオブジェクト指向環境では，メッセージの引
数はオブジェクトのハンドルである
あて先オブジェクト
メソッド名
入力引数 出力引数
シグネチャ
メッセージ

19. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 19
メッセージにおけるオブジェクトの
役割
 メッセージの送信者
 メッセージのあて先
 別のオブジェクトの中の変数から指されるも
の
 メッセージの引数から指されるもの
method

20. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 20
メッセージの種類
 情報メッセージ（過去指向）
 オブジェクトに情報を提供し，更新させる
 例： hom1.set-in-grid
 質問メッセージ（現在指向）
 オブジェクトの情報を明かすように要求する
 例： hom1.location
 命令メッセージ（未来指向）
 オブジェクトにあるアクションをするように要求
する
 例： hom1.advance

21. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 21
クラス（ Classes ）
 クラスとオブジェクトの違い
 クラスはあなたが設計しプログラムするもの
 オブジェクトとはあなたが実行時に（クラスか
ら）生成しようとするもの
クラスとは，そこからオブジェクトが生成
（具体化）される雛形である．各オブジェク
トはそれの生成元であるクラスと同じ構造と
振る舞いを持つ
オブジェクト ob がクラス C に属するとき，
「 ob は C のインスタンスである」と言う

22. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 22
オブジェクトに必要なメモリ
 概念図
 実際の実装
object1
method-a
method-b
var-v
handle
method-c
method-d
var-w
var-x
var-y
var-z
400
bytes
10 bytes
6 bytes
object2
method-a
method-b
var-v
handle
method-c
method-d
var-w
var-x
var-y
var-z
400
bytes
10 bytes
6 bytes
object3
method-a
method-b
var-v
handle
method-c
method-d
var-w
var-x
var-y
var-z
400
bytes
10 bytes
6 bytes
object
1
method-a
method-b
var-v
handle
method-c
method-d
var-w
var-x
var-y
var-z
400
bytes
16 bytes
object
2
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
3
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
4
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
5
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
6
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
・・・

23. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 23
クラスメソッド，クラス変数
 どれだけ多くオブジェクトがインスタンス化されよ
うとも，ちょうど一セットだけのクラスメソッドと
クラス変数がある
 クラスメソッドとクラス変数は個々のオブジェクト
の責務でまかないきれない状況を扱うのに必要
 例： new メソッド， no-of-hominoids-created 変数 , etc.object
1
method-a
method-b
var-v
handle
method-c
method-d
var-w
var-x
var-y
var-z
400
bytes
16 bytes
object
2
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
3
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
4
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
5
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
object
6
var-v
handle
var-w
var-x
var-y
var-z
16 bytes
・・・
method-c
method-f
var-p
var-q
var-r
クラス変
数
クラス
メソッ
ド
インスタン
ス
メソッド
インス
タンス
変数

24. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 24
継承（ Inheritance ）
 クラス C を書いた後で，いくつかのメソッドを除い
てほとんど同じようなクラス D が必要だとわかった
らどうする？
 コピペコードはメンテナンス上よろしくない
（ D による C からの）継承とは，クラス D
のオブジェクトがクラス C のオブジェクトに
利用可能なメソッドと変数を，あたかも D で
定義されたメソッドや変数のように使えるよ
うにする機能のことである．
C は D のスーパークラスと呼ばれる． D は C
のサブクラスである．

25. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 25
継承の例
var ac := AIRCRAFT.new;
var gl := GLIDER.new;
…
ac.turn(new-course;turn-ok); // OK
gl.release-towline; // OK
gl.turn(new-course;turn-ok); // OK
ac.release-towline; // NG
…
AIRCRAFT
course
turn()
GLIDER
whether-attached
release-towline()

26. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 26
is-a 関係
 継承関係が適切かチェックする
 「 D は C である」と言えるなら， D はほぼ
確実に C のサブクラスである
 グライダーは航空機である (A glider is an aircraft)

27. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 27
単一継承と多重継承
 多重継承では，単一継承における継承木が継
承格子（ lattice ）となる
 多重継承は設計上の困難な問題をもたらす
AIRCRAFT PASSENGER
-VEHICLE
PASSENGER
-AIRCRAFT

28. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 28
多態性（ Polymorphism ）
 ありがちな例
(a) 多態性とは，単一のメソッド名が複数の
クラス上で定義され，それらのクラスにおい
て異なる実装を取りうる機能である
(b) 多態性とは，一つの変数が異なる時点の
異なるクラスを指すことによる特徴である．
POLYGON
area()
TRIANGLE
area()
RECTANGLE
area()
HEXAGON

29. 2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 29
動的束縛（ dynamic binding ）
var p : POLYGON;
var t := TRIANGLE.new;
var h := HEXAGON.new;
…
If user says OK
then p:= t;
else p:= h;
…
p.area(); // p は TRAIANGLE か HEXAGON のどちらか
動的束縛（実行時束縛や遅延束縛ともいう）
とは，実際に実行されるべきコードを（コン
パイル時ではなく）実行時に決める技術であ
る

30. オーバーライドとオーバーロード
 オーバーライド（ overriding ）
 クラス C で定義されたメソッドを C のサブクラスの
中で再定義すること
 オーバーロード（ overloading ）
 同一のクラス上に定義されたいくつかのメソッド（や
演算子）が同じ名前やシンボルを持つとき，名前やシ
ンボルがオーバーロードされたという
 多態性と関連した概念だが，オーバーライドとごっ
ちゃにしないこと
 メソッドのどのコードが実行されるかはシグネチャに
よって決まる
product1.mark-down()
product1.mark-down(huge-percentage)
2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 30

31. 総称性（ Genericity ）
 コードをコピペしなくても済む技術
2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 31
総称性とは，あるクラス C を，１つかそれ以
上のクラスとして実行時（クラス C のオブ
ジェクトがインスタンス化されたとき）に供
給されるように構築することである．

32. 総称的な TREE クラスの例
class TREE [NODE-ITEM];
…
var current-node := NODE-ITEM.new;
…
current-node.print();
2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 32
26
17 42
14 22 44
10 15 29 34
31
Mike
Dave Ted
Bob Fred Zack
Alice Carol Norb Rud
Pat
var prod-tree := TREE.new[PRODID]; var cust-tree := TREE.new[CUSTOMER];

33. 次回予定
 日時：２０１１年２月１６日（水）
 場所： LB2 ２ F ／ A 会議室
 内容：モジュール
2011/2/9 オブジェクト指向プログラミング入門 1 33