目標

Scala において，(_ <: AnyVal) のようなwildcard を用いた定義式がどううれしいかを論じる．

wildcard の簡単な説明

generic type を用いるとき，型安全性のため Covariant な型（A <: B のときのA）の操作に制限がある．例として，型安全のために， covariant type の compound type (List[A] や Set[A], Array[A]）に別の covariant type を挿入できうる操作が定義できないことがある．　（詳しくは使用例で）そこで，wild card を用いることにより，generic type に対しするメソッドを型安全となるよう柔軟に定義できる．

使用例とメリット

独自の Int クラスと Double クラス， List クラスを定義し，独自の List クラスに　Int や Double を追加していくような実装を考える．ここで，独自の Int クラスと Double クラスはともに NumericVal クラスの covariant タイプである．各クラスの定義は次のようになる．

// 数値クラス
abstract class NumericVal (){}
class MyInt ()    extends NumericVal {val value = 0}
class MyDouble () extends NumericVal {val value = 0.0}

// リストクラス
class MyList[T](){
  var list:List[T] = List()
  def add(elem:T) {list = elem :: list}
}

この例では， generic type を用いて定義した独自のリストクラス MyList に MyInt, MyDouble を挿入するメソッドを， wildcard で型安全に定義できることを示す．
MyList クラスは， generic type T のリストを保持し， add メソッドを通じてリストに T のインスタンスを追加できる．

addElemToList メソッドでは，次のことを実現したいとする．
1. MyList[NumericVal] に MyInt や MyDouble のインスタンスを追加する．
2. MyList[MyInt] に MyInt のインスタンスを追加する．
3. MyList[MyDouble] に MyDouble のインスタンスを追加する．

しかし，これを型安全に定義するのは難しい．
もし次のように定義する場合，

 def addElemToList(elem:NumericVal, list:MyList[NumericVal]){
  list.add(elem)
}

SBT のコンパイラではMyList[MyInt] <: MyList[NumericVal]が成り立たないため（後述），要件２と３を満たさない．仮にMyList[MyInt] <: MyList[NumericVal] が成り立つとしても，次のように型安全でないメソッドが定義できうるため，型検査をパスしない．

val intList = new MyList[MyInt]()
val myDouble = new MyDouble()
addElemToList(myDouble, intList) // MyList[MyInt] に MyDouble が入っちゃう

そこで， wildcard を用いることにより，次のように型安全にメソッドを定義できる．


object Main extends App {

  def addElemToList[A<:NumericVal](elem:A, list:MyList[_ >:A]){
    list.add(elem)
  }

  // 要件１を満たす．
  var numericList = new MyList[NumericVal]()
  addElemToList(new MyInt(), numericList)
  addElemToList(new MyDouble(), numericList)
  // 要件２を満たす．
  var intList = new MyList[MyInt]()
  addElemToList(new MyInt(), intList)
  // 要件３を満たす．
  var doubleList = new MyList[MyDouble]()
  addElemToList(new MyDouble(), doubleList)
}

前述のとおり，SBT のコンパイラではMyList[MyInt] <: MyList[NumericVal]が成り立たない．これは次のエラーにより確認できる．

[error] /home/ytakahashi/project/classes/programingDesign/problem02/src/main/scala/example/Hello.scala:31:30: type mismatch;
[error]  found   : problem02.MyList[problem02.MyInt]
[error]  required: problem02.MyList[problem02.NumericVal]
[error] Note: problem02.MyInt <: problem02.NumericVal, but class MyList　is invariant in type T.
[error] You may wish to define T as +T instead. (SLS 4.5)
[error]   addElemToList(new MyInt(), intList)
[error]                              ^
[error] one error found
[error] (Compile / compileIncremental) Compilation failed
[error] Total time: 1 s, completed Aug 8, 2018 11:30:35 PM

Scala の wildcard の使用例

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wildcard の簡単な説明

使用例とメリット