2014/06/02 に、社内の新人教育で使ったテキスト。

1. 2014-06-02

3. オリエンテーション
（目的の共有）
組み込みシステム概論
ソフトウェア開発手法
ハードウェア基礎 1
（デジタル編）
組み込みOS 1
(WEC)
プログラミング言語 1
（関数型言語） ハードウェア基礎 2
（アナログ編）
組み込みOS 2
（nxtOSEK）
プログラミング言語 2
（オブジェクト指向言語）
クラウド連携
組み込みOS 3
（Linux）
プログラミング言語 3
（GPU用DSL）
ソフトウェア設計とテスト
プロジェクト管理
プログラミング言語 4
（アセンブラとC言語）
：関連の向き
：スキルとして重点を置く項目
：重点項目のための基礎知識
：応用項目・付加スキル

4. オリエンテーション
（目的の共有）
組み込みシステム概論
ソフトウェア開発手法
ハードウェア基礎 1
（デジタル編）
組み込みOS 1
(WEC)
プログラミング言語 1
（関数型言語） ハードウェア基礎 2
（アナログ編）
組み込みOS 2
（nxtOSEK）
プログラミング言語 2
（オブジェクト指向言語）
クラウド連携
組み込みOS 3
（Linux）
プログラミング言語 3
（GPU用DSL）
ソフトウェア設計とテスト
プロジェクト管理
プログラミング言語 4
（アセンブラとC言語）
：関連の向き
：スキルとして重点を置く項目
：重点項目のための基礎知識
：応用項目・付加スキル
「プログラミング実技」を入れる？
：アプリケーション（C#）と
デバイスドライバ（C）

5. はじめに（なぜ OOPL を使っているか）
オブジェクト指向言語と関数型の違い
多相性について
プログラミング言語概論を振り返る

7. 開発ツールが充実している
OS やミドルウェアの API の多くで採用さ
れている手続き型言語と、親和性が高い
オープンソースのソフトウェアの多くが
オブジェクト指向言語で書かれている
これらの前提／環境が変われば、
利用するプログラミング言語も変
わるでしょう。

9. 見立ての違い：関数適用対メッセージ渡し
抽象データ型：データと操作の一体化
部分型多相によるプラグイン
継承による差分プログラミング

10. 見立ての違い：関数適用対メッセージ渡し
抽象データ型：データと操作の一体化
部分型多相によるプラグイン
継承による差分プログラミング
読みやすさと書きやすさ
保守性、堅牢性
再利用性、拡張性 ＆読みやすさ
再利用性、拡張性

11. オブジェクト：関数型言語のクロージャ
局所的な変数を共有する関数のセット
メッセージの値でクロージャ内の関数を指定
(define (makeResistorObj resistorVal numBar)
(define resistor (makeResistorFromVal resistorVal numBar))
(lambda (msg)
(cond
((eq? msg 'val)
(resistor-value resistor)
)
((eq? msg 'code)
(resistor-colorCode resistor)
)
((eq? msg 'show)
(display "value: ")
(display (resistor-value resistor))
(display "ncolor code: ")
(showColorCode (resistor-colorCode resistor))
)
)
)
)
(define resistorObj (makeResistorObj 440 3))
(resistorObj ‘show)

12. 複合データの操作を、型の一部として定
義する
複合データの実体生成も型の一部として定義
TASK(TaskMain)
{
// オブジェクト間のリンクを構築する
lineTracer.colorJudgement = &colorJudgement;
lineTracer.balanceRunner = &balanceRunner;
colorJudgement.lightSensor = &lightSensor;
balanceRunner.gyroSensor = &gyroSensor;
balanceRunner.leftMotor = &leftMotor;
balanceRunner.rightMotor = &rightMotor;
// 各オブジェクトを初期化する
LineTracer_init(&lineTracer);
ColorJudgement_init(&colorJudgement);
BalanceRunner_init(&balanceRunner);
LightSensor_init(&lightSensor, NXT_PORT_S3);
GyroSensor_init(&gyroSensor, NXT_PORT_S1);
Motor_init(&leftMotor, NXT_PORT_C);
Motor_init(&rightMotor, NXT_PORT_B);
// 4ms周期で、ライントレーサにトレース走行を依頼する
while(1)
{
LineTracer_trace(&lineTracer);
systick_wait_ms(4);
}
}

13. 複合データの操作を、型の一部として定
義する
複合データの実体生成も型の一部として定義
TASK(TaskMain)
{
// オブジェクト間のリンクを構築する
lineTracer.colorJudgement = &colorJudgement;
lineTracer.balanceRunner = &balanceRunner;
colorJudgement.lightSensor = &lightSensor;
balanceRunner.gyroSensor = &gyroSensor;
balanceRunner.leftMotor = &leftMotor;
balanceRunner.rightMotor = &rightMotor;
// 各オブジェクトを初期化する
LineTracer_init(&lineTracer);
ColorJudgement_init(&colorJudgement);
BalanceRunner_init(&balanceRunner);
LightSensor_init(&lightSensor, NXT_PORT_S3);
GyroSensor_init(&gyroSensor, NXT_PORT_S1);
Motor_init(&leftMotor, NXT_PORT_C);
Motor_init(&rightMotor, NXT_PORT_B);
// 4ms周期で、ライントレーサにトレース走行を依頼する
while(1)
{
LineTracer_trace(&lineTracer);
systick_wait_ms(4);
}
}
TASK(TaskMain)
{
// オブジェクトの生成・初期化とオブジェクト間のリンク構築
Motor leftMotor(NXT_PORT_C);
Motor rightMotor(NXT_PORT_B);
GyroSensor gyroSensor(NXT_PORT_S1);
LightSensor lightSensor(NXT_PORT_S3);
BalanceRunner balanceRunner(&gyroSensor, &leftMotor, &rightMotor);
ColorJudgement colorJudgement(&lightSensor);
LineTracer lineTracer(&colorJudgement, &balanceRunner);
// 4ms周期で、ライントレーサにトレース走行を依頼する
while (true) {
lineTracer.trace();
::systick_wait_ms(4);
}
}

14. レコードは、複合データのフィールド値
の更新操作が固定
複数の値／フィールドを一度に変更するには
関数定義が必要
レコードのフィールド値を個別に更新すると、
不整合な状態が見えてしまう。

15. 直角三角形の平行移動
type Point = { x : int; y : int; }
type RightTriangle = {
mutable vertex1 : Point;
mutable vertex2 : Point;
mutable vertex3 : Point;
}
let makeRightTriangle (leftBottom : Point) (height : int) (baseLen : int) =
{
vertex1 = leftBottom
vertex2 = { leftBottom with y = leftBottom.y + height }
vertex3 = { leftBottom with x = leftBottom.x + baseLen }
}
let rt1 = makeRightTriangle { x = 10; y = 0 } 30 40
let doSomething (rt : RightTriangle) =
...
// 20だけ右に並行移動
rt.vertex1 <- { rt.vertex1 with x = rt.vertex1.x + 20 } // ★
rt.vertex2 <- { rt.vertex2 with x = rt.vertex2.x + 20 }
rt.vertex3 <- { rt.vertex3 with x = rt.vertex3.x + 20 }
★の行を実行した時点では、rt は
直角三角形ではない！

16. 型（複合データ）の性質を損なわない単位の
操作を、型に対応付ける役割
副作用要素（上書き代入; mutable）を
カプセル化

17. デバイスドライバの場合
USB のクラスドライバ
WEC の電源管理ドライバのクラス構成

18. 例）「抵抗」の型を機能拡張する場合
type resistor = {
value : int32;
colorCode : string []
}
let showColorCode (r : resistor) =
... // ★
let sum (r1 : resistor) (r2 : resistor) : int32 =
r1.value + r2.value // ★★
定格電力（power limit）を指定して、印可可能な
最大電圧を計算できるようにしたい！

19. 例）「抵抗」の型を機能拡張する場合
type resistor = {
value : int32;
colorCode : string []
}
let showColorCode (r : resistor) =
... // ★
let sum (r1 : resistor) (r2 : resistor) : int32 =
r1.value + r2.value // ★★
type resistorEx = {
value : int32;
colorCode : string []
powerLimit : int;
}
or
type resistorEx = {
base : resistor;
powerLimit : int;
}
let showColorCodeEx (r : resistorEx) =
...
let sum (r1 : resistor) (r2 : resistor) : int32 =
…
★や★★と全く同じコードを
書かなければいけない！
かといって、既存のコードを
直接書き換えたくない。

20. 例）「抵抗」の型を機能拡張する場合
type resistor(v:int32, cc:string []) =
class
let valueV = v
let colorCodeV = cc
member this.value = vaueV;
member this.colorCode = colorCodeV;
member this.sum(r2 : resistor) : int32 =
this.value + r2.value
...
end
}
type resistorEx(v:int32, cc:string [], pl:int) =
class
inherit resistor(v, cc)
let powerLimitV = pl
member this.powerLimit = powerLimitV
end
resistorEx 型の値（オブジェクト;
クラスのインスタンス）に対して
は、value, colorCode, sum() を呼
び出せる。

22. F# の場合
> let mul x y = x * y;;
val mul : x:int -> y:int -> int
> let mul (x:'a) (y:'a) = x * y;;
val mul : x:int -> y:int -> int
> mul:('a -> 'a -> 'a) = (*);;
stdin(xx,xx): warning FS0064: This construct causes code to be less generic
than indicated by the type annotations. The type variable 'a has been
constrained to be type 'int'.
四則演算を行う関数を定義しようと
すると、int 型に型推論されてしま
い、総称関数を作れない！

23. F# の場合
こうすれば OK。
 let inline mul (x:'a) (y:'a) : 'a = x * y;;
val inline mul :
x: ^a -> y: ^a -> ^a when ^a : (static member ( * ) : ^a * ^a -> ^a)
> let muli:(int -> int -> int) = mul;;
val muli : (int -> int -> int)
> let mulf:(float -> float -> float) = mul;;
val mulf : (float -> float -> float)
> muli 3 5;;
val it : int = 15
> mulf 3. 5.;;
val it : float = 15.0
> mul 3 5;;
val it : int = 15
> mul 3. 5.;;
val it : float = 15.0

24. Haskell の場合
Prelude> :set +m
Prelude> data Point = P { x :: Float, y :: Float }
Prelude> let p1 = P { x = 3.0, y = 4.0 }
Prelude> let p2 = P { x = 5.0, y = 6.0 }
Prelude> p1 + p2
<interactive>:5:4:
No instance for (Num Point) arising from a use of `+'
Possible fix: add an instance declaration for (Num Point)
In the expression: p1 + p2
In an equation for `it': it = p1 + p2
Prelude> instance Num Point where (P x1 y1) + (P x2 y2) = (P (x1 + x2) (y1 + y2))
※ '*', 'abs', 'signum', 'fromInteger' が定義されていないという警告が出る。
Prelude> let p3 = p1 + p2
Prelude> x p3
8.0
Prelude> y p3
10.0

25. haskell.org の Wiki にある Polymorphism
の説明
http://www.haskell.org/haskellwiki/Polymorphism
OO 言語で使われる inclusion polymorphism と
subtyping についても言及

26. Wikipedia の関連ページ
Polymorphism (computer science)
http://en.wikipedia.org/wiki/Polymorphism_(computer_science)
Subtyping
http://en.wikipedia.org/wiki/Inclusion_polymorphism
SOLID (object-oriented design)
http://en.wikipedia.org/wiki/SOLID_(object-oriented_design)

29. ソフトウェアの品質要因
正確さ、頑丈さ
拡張性、再利用性
互換性
可搬性
使いやすさ
効率性
適時性、経済性、機能性
（「オブジェクト指向入門」第１章）

30. データ型
データの種類を明確に定義して扱う
型定義と型検査（型付け）
抽象化
詳しく見過ぎない（具象を削って汎用化）
権限移譲（「万能関数」≠ 抽象化）
抽象化は、責務を決める
ことでもある。
責務／役割の分担には、
契約の考え方が重要！

31. （データ）型とは
値や対象を分類・区別する性質
同じ型の値には同じ操作を適用できる
型の持つ性質は、操作で変わらない
例：整数（integer）の場合
integer 型を「自然に」扱え
るのは、数の体系が適切に
定められているからです！

32. （データ）型とは
値や対象を分類・区別する性質
同じ型の値には同じ操作を適用できる
型の持つ性質は、操作で変わらない
例：整数（integer）の場合
integer 型を「自然に」扱え
るのは、数の体系が適切に
定められているからです！
注意：数値の演算結果が数値に
ならない例外ケースも規定され
ています。
例： ゼロ除算, √-1, log(-1)
←JavaScript では NaN で扱う。
（NaN; Not a Number)

33. 抽象化（と型）
データ構造と操作を結合：抽象データ型
データ構造+操作を単位とした責務の分担
データ構造を「値」として見れば・・・
データ構造+操作を、型と
して扱えるためには、この
一貫性が重要。
操作で性質が変わらないこと
：不変性

34. OOP言語（Eiffel）のアプローチ
事前条件・事後条件とクラス不変表明による、
抽象データ型の特性の担保
純粋関数型言語（Haskell）のアプローチ
純粋関数型言語としての特性
monad による副作用要素の隠蔽
評価戦略指定（最外最左が基本で最内を指定可能）
正しい「型」を作ることを意識
例）銀行口座の場合