第21章：Scalaの型パラメータ

皆、元気してた？久々の投稿をさせてもらうね。
今回から 応用編 に突入するよ！

今回のテーマは、 型パラメータ だ！
こんな感じで語っていくからね。

• 型パラメータとは
• 型境界
• 変位指定アノテーション
• まとめ

型パラメータとは

型パラメータってなんだろ？ 意味分かんないぞ！
と思っていたら、Javaで言う ジェネリックス(総称型) のことを、Scalaでは 型パラメータ と呼ぶみたいなんだ。

型自体をパラメータとし使うことができるんだ。

クラスの定義自体はジェネリックスにしておいて、インスタンス化するときに型を決定する。
なんてことができるようになるんだ。

例えば、JavaのArrayListの定義を抜粋するとこんな感じです。

public class ArrayList<E> {...}

<E>でジェネリックスだぜって言っておいて
実際に使うときは、

final List<String> arrays = new ArrayList<String>()

として、EだったところにStringとして、ArrayListのインスタンスを生成します。
これでこのListには、String型の要素しか入れれないぜ！てことができるんだ。

同じことを、もちろんScalaでもできるのです。

型パラメータのメリット

Scalaでの例を見る前に、ちょっとメリット的なものを。

僕は具体的な型パラメータを決めることを、 型縛り と呼ぶんだけど
型縛りできるおかげで

• 違う型を使うとコンパイルエラーになる
• キャストが必要なくなる

なんて恩恵を得られるようになるんだ。

例えばコレクション系のMapやSeqで型縛りすれば、 縛った型 の要素だけを入れるようにすることができる。

あと抽象度が高いモノが作れるんだ。

さっき見たJavaのArrayListがまさにそうで、ArrayList自身は何かの要素を入れれる箱として定義している。
箱に何を入れるかはインスタンス化する時に決めれる。

型パラメータを使ってみる

では、Scalaでの型パラメータを使ってみよう！

こんなの作ってみたぜ！

object TypeParamSample {

  class TypeParam[T](val t: T) {
    def get: T = this.t
  }

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val stringTypeParam = new TypeParam[String]("test")
    println(stringTypeParam.get)

    val intTypeParam = new TypeParam[Int](1)
    println(intTypeParam.get)
  }

}

説明するぞ

型パラメータのクラスの定義

  class TypeParam[T](val t: T) {
    def get: T = this.t
  }

class TypeParam[T]で型パラメータを使うクラスを宣言したぞ。
Javaだと<...>なんだけど、Scalaだと[...]になるんだ。

何がTなんだ？ということで、インスタンス変数tの型を型パラメータで解決することにする。

def get: T = this.tはtの値を返すメソッドです。

使う側

使う側はシンプルだよ！

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val stringTypeParam = new TypeParam[String]("test")
    println(stringTypeParam.get)

    val intTypeParam = new TypeParam[Int](1)
    println(intTypeParam.get)
  }

ここではStringとIntの2つの型で、TypeParamを使ってみました。

動かす

$ scalac TypeParamSample.scala
$ scala TypeParamSample
test
1

ちゃんとgetできているね！

型境界

次に 型境界 だ！

型境界とは型の範囲を決めることです。
ある程度ゆるい範囲を型パラメータとして使えるようになるのがメリットかな。

パラメータ化した型の範囲を定義します。
Scalaの型は、Anyを頂点として継承の階層構造となっているので、範囲を決めることができるのです。

Javaの<? extends A>と似ていますね。

• 上限境界
• 下限境界

があります。

実際に見て行く前に、以下の型を定義しておきます。

scala> class Animal
defined class Animal

scala> class Person extends Animal
defined class Person

scala> class Student extends Person
defined class Student

上限境界

スーパー型の上限を決めるのです。

A <: Bで、以下のどちらかの制約になるんだ。

• AはBのサブ型
• AはBと同一型

上限境界を定義した新しいクラスを定義してみる。

scala> class School[A <: Person]
defined class School

型パラメータを与えてインスタンスを作ってみよう！

サブ型の場合

scala> new School[Student]
res0: School[Student] = School@7de3ec13

問題なしですね。

同一型の場合

scala> new School[Person]
res1: School[Person] = School@35203079

これも問題なし。

境界外の型の場合

scala> new School[Animal]
<console>:10: error: type arguments [Animal] do not conform to class School's type parameter bounds [A <: Person]
       val res2 =
           ^
<console>:11: error: type arguments [Animal] do not conform to class School's type parameter bounds [A <: Person]
              new School[Animal]
                  ^

Animalは 上限境界 を超えているので、エラーになりました！

下限境界

サブ型の下限を決めるのです。

まぁ上限の逆だよね。

A >: Bで、以下のどちらかの制約になるんだ。

• AはBのスーパ型
• AはBと同一型

今度は、下限境界を定義した新しいクラスを定義してみる。

このクラス達を使ってみてみよう！

scala> class School[A >: Person]
defined class School

下限境界でも、型パラメータを与えてインスタンスを作ってみよう！

スーパー型の場合

scala> new School[Animal]
res0: School[Animal] = School@4d832421

問題なしですね。

同一型の場合

scala> new School[Person]
res1: School[Person] = School@4d032cfc

これも問題なし。

境界外の型の場合

scala> new School[Student]
<console>:11: error: type arguments [Student] do not conform to class School's type parameter bounds [A >: Person]
       val res2 =
           ^
<console>:12: error: type arguments [Student] do not conform to class School's type parameter bounds [A >: Person]
              new School[Student]
                  ^

Studentは 下限境界 を超えているので、エラーになりました！

上限・下限境界

上限と下限を同時に設定することもできるんだ。

scala> class School[A >: Student <: Animal]
defined class School

これはAnimal Person StudentをOKにしたんだ。

変位指定アノテーション

これはJavaの世界ではない考え方です。

Javaの場合、StringがObjectのサブクラスだからといって、List<String>がList<Object>のサブクラスとは言えないですよね。
つまり

final List<String> list = new ArrayList<String>();
final List<Object> objList = list;

とすると、2行目がコンパイルエラーになります。

でもScalaではこれが可能となります！
そして、それを可能とするのが変位指定アノテーションです。

Scaladocを覗いてみます。ここではListクラスを取り上げます。

sealed abstract class List[+A] extends AbstractSeq[A] with LinearSeq[A] with Product with GenericTraversableTemplate[A, List] with LinearSeqOptimized[A, List[A]]

ちょっと例としてはかなり複雑ではあるですけどね。。。
なのでちょっと抜粋します。

class List[+A]

これでわかりやすくなったでしょ。削り過ぎとかは言わないでね！

このListクラスは型パラメータです。
そして型パラメータの+Aとなっています。
この中の+が、 変位指定アノテーションの世界 となります。
実は、+なしの場合も、立派に変位指定アノテーションなのです。

この変位指定アノテーションは、型の許容性を明示します。
型の方向性 と考えるとわかりやすいかも。

• 汎化の方向性で許容するのか
• 特化の方向性で許容するか

更に方向性を持たない場合の3つがあります。用語があるので纏めると

• 共変
  • 型の特化を許容する。型パラメータで+Aとする。
• 反変
  • 型の汎化を許容する。型パラメータで-Aとする。
• 非変
  • その型のみを許容する。型パラメータでAとする。

それぞれ見てみましょう。
ここでは、型境界で登場したAnimal、Person、Studentクラスに再登場していもらいます。

共変

• 型の特化を許容する

サブクラスを許容します。制限を付けたいときは、下限境界が使えるぞ。

ソースを見てみよう！

scala> class School[+T]
defined class School

scala> def receive(args: School[Person]) = println("success!!!")
receive: (args: School[Person])Unit

ここでは共変なSchoolクラスを定義しています。
そしてSchool[Person]を受け取れる関数receiveを定義した。

ではこの関数を使ってみよう！

scala> receive(new School[Person])
success!!!

receiveの引数の型そのモノを渡しているのでOKですね。

scala> receive(new School[Student])
success!!!

共変なため、School[Person]のサブクラスのSchool[Student]もOKです。

scala> receive(new School[Animal])
<console>:12: error: type mismatch;
 found   : School[Animal]
 required: School[Person]
              receive(new School[Animal])
                      ^

School[Person]のスーパークラスのSchool[Animal]の場合は、コンパイルエラーになりました。

反変

• 型の汎化を許容する

スーパクラスを許容します。制限を付けたいときは、上限境界が使えるぞ。

同様に見てみます。

scala> class School[-T]
defined class School

scala> def receive(args: School[Person]) = println("success!!!")
receive: (args: School[Person])Unit

scala> receive(new School[Person])
success!!!

scala> receive(new School[Animal])
success!!!

scala> receive(new School[Student])
<console>:13: error: type mismatch;
 found   : School[Student]
 required: School[Person]
              receive(new School[Student])
                      ^

今度はSchool[Student]の場合に、コンパイルエラーが発生しました。

非変

• その型のみを許容する

こちらも同様に。

scala> class School[T]
defined class School

scala> def receive(args: School[Person]) = println("success!!!")
receive: (args: School[Person])Unit

scala> receive(new School[Person])
success!!!

scala> receive(new School[Animal])
<console>:12: error: type mismatch;
 found   : School[Animal]
 required: School[Person]
Note: Animal >: Person, but class School is invariant in type T.
You may wish to define T as -T instead. (SLS 4.5)
              receive(new School[Animal])
                      ^

scala> receive(new School[Student])
<console>:13: error: type mismatch;
 found   : School[Student]
 required: School[Person]
Note: Student <: Person, but class School is invariant in type T.
You may wish to define T as +T instead. (SLS 4.5)
              receive(new School[Student])
                      ^

サブクラス・スーパークラスのどちらも許容しないことが確認できました。

ちなみに __Javaの世界__では、 全て非変 となっています。
ただし、 配列は共変 です。これは知らなかったな。。。

まとめ

今回は書き方もちょっと変えてみたぞ！内部リンクを付けてみたけどどうかな？必要ないって？

型の世界は奥が深いだろ。
でもこの辺がわかってくると、Scaladocを今までよりももっと読めるようになるよ！

ところで応用編に突入してみたけど、今までのノリと変わってないだろ？

今回も
体で感じてくれたかな？