Clojure初学者のための関数型プログラミング入門 - コードの読み方から始める

Clojure初学者のための関数型プログラミング入門 - コードの読み方から始めよう

この記事では、Clojureのコードがどのように構成されているか、どの部分が関数で、どの部分が引数なのかを詳しく解説します。関数型プログラミングが初めての方でも、コードが読めるようになることを目標にします。

1. Clojureの基本構文 - すべては括弧から始まる

関数呼び出しの基本ルール

Clojureではすべての処理が括弧で囲まれ、最初の要素が関数、残りが引数という規則があります。

;; 基本的な構文
(関数名 引数1 引数2 引数3...)

;; 具体例
(+ 1 2 3)
;; ↑ ↑ ↑ ↑
;; │ │ │ └── 引数3（数値の3）
;; │ │ └──── 引数2（数値の2）  
;; │ └────── 引数1（数値の1）
;; └──────── 関数（足し算の+）
;; 結果: 6

重要: 他の言語と違い、関数名が最初に来ます！

他の言語	Clojure
add(1, 2, 3)	(+ 1 2 3)
Math.max(5, 10)	(max 5 10)
"hello".length()	(count "hello")

練習: 基本的な関数を読んでみよう

;; 例1: 数値の計算
(* 4 5)
;; 読み方: 「*関数に、4と5を引数として渡す」
;; 意味: 4 × 5 = 20

;; 例2: 文字列の長さ
(count "hello")
;; 読み方: 「count関数に、"hello"を引数として渡す」
;; 意味: "hello"の文字数 = 5

;; 例3: 最大値を求める
(max 10 5 8 3)
;; 読み方: 「max関数に、10、5、8、3を引数として渡す」
;; 意味: 最大値 = 10

2. データ構造の理解 - マップとベクター

マップ（Map）- キーと値のペア

;; マップの定義
{:name "太郎" :age 25}
;; ↑      ↑     ↑   ↑
;; │      │     │   └── 値（数値の25）
;; │      │     └────── キー（:age）
;; │      └──────────── 値（文字列の"太郎"）
;; └─────────────────── キー（:name）

マップの構成要素:

• {} : マップを表す括弧
• :name, :age : キーワード（必ず:で始まる）
• "太郎", 25 : 値

ベクター（Vector）- 順序のあるリスト

;; ベクターの定義
["りんご" "みかん" "バナナ"]
;; ↑       ↑       ↑
;; │       │       └── インデックス2の要素
;; │       └─────────── インデックス1の要素
;; └─────────────────── インデックス0の要素

ベクターの構成要素:

• [] : ベクターを表す括弧
• インデックス : 0から始まる位置番号

3. サンプルデータの完全解析

(def company {:name "ABC Corp"
              :employees [{:name "taro" :dept :engineering}
                          {:name "花子" :dept :sales}]})

この1行を詳しく分解してみましょう

(def company {:name "ABC Corp" :employees [...]})
;; ↑   ↑        ↑
;; │   │        └── 引数2: マップ（会社のデータ）
;; │   └─────────── 引数1: シンボル（変数名）
;; └───────────── 特殊形式: def（変数定義）

シンボル（Symbol）とは何か？

シンボルは、Clojureにおける「名前」を表すデータ型です。変数名や関数名として使われます。

;; シンボルの例
company    ;; これがシンボル（クォートなし）
my-name    ;; これもシンボル
user-data  ;; これもシンボル

;; シンボル vs 文字列の違い
company    ;; シンボル（変数名として使われる）
"company"  ;; 文字列（ただのテキストデータ）

シンボルの特徴:

• クォート（"）で囲まない
• 変数名や関数名として使用される
• ハイフン（-）を含むことができる
• 数字で始めることはできない

defでのシンボルの役割

(def company {:name "ABC Corp" :employees [...]})
;; ↑   ↑        ↑
;; │   │        └── 引数2: マップ（会社のデータ）
;; │   └─────────── 引数1: company（シンボル = 変数名）
;; └───────────── 特殊形式: def（変数定義）

重要: defの最初の引数は必ずシンボルでなければならない！

;; ✅ 正しい（シンボルを使用）
(def my-data {:x 1})

;; ❌ 間違い（文字列を使用）
(def "my-data" {:x 1})  ;; エラー！

;; ❌ 間違い（数字で始まる）
(def 123data {:x 1})    ;; エラー！

シンボルの命名規則

良い例	悪い例	理由
user-name	userName	Clojureはケバブケース推奨
total-count	total_count	アンダースコアよりハイフン
api-key	123key	数字で始めてはいけない
is-valid?	isValid	真偽値には?をつける慣習

クォート ' の詳細解説

'（クォート）の役割

クォート = 「評価を停止する」記号

;; 通常（評価される）
company
;; => {:name "ABC Corp", :employees [...]}
;; 意味: companyシンボルから値を取得

;; クォート付き（評価されない）
'company
;; => company
;; 意味: companyシンボル自体を返す（値を取得しない）

評価される vs 評価されない

書き方	動作	結果	用途
company	シンボルを評価（値を取得）	{:name "ABC Corp"...}	変数の値を使いたい時
'company	シンボルを評価しない	company	シンボル自体を扱いたい時

具体的な例で理解する

;; 変数定義
(def my-name "太郎")

;; パターン1: 評価する（通常の使用）
my-name
;; => "太郎"
;; 動作: my-nameから値"太郎"を取得

;; パターン2: 評価しない（クォート使用）
'my-name  
;; => my-name
;; 動作: シンボルmy-name自体を返す

;; パターン3: quote関数（同じ意味）
(quote my-name)
;; => my-name
;; 動作: 'my-nameと完全に同じ

リストでのクォートの威力

;; 通常のリスト（関数として評価される）
(+ 1 2 3)
;; => 6
;; 動作: +関数を実行

;; クォートしたリスト（データとして扱われる）
'(+ 1 2 3)
;; => (+ 1 2 3)
;; 動作: リスト自体を返す（実行しない）

;; より複雑な例
'(def company {:name "ABC"})
;; => (def company {:name "ABC"})
;; 動作: defを実行せず、リスト自体を返す

なぜクォートが必要なのか？

Clojureの評価ルール:

1. 数値・文字列・キーワード → そのまま
2. シンボル → 値を取得しようとする
3. リスト → 関数として実行しようとする

;; 問題例: 存在しない変数
undefined-var
;; => エラー: Unable to resolve symbol: undefined-var

;; 解決: クォートで評価を停止
'undefined-var
;; => undefined-var （エラーにならない）

実用的な使用場面

1. メタプログラミング

;; マクロでコードを生成する時
(defmacro my-def [name value]
  `(def ~name ~value))  ;; バッククォートとアンクォート

;; 関数名をデータとして扱う
(def function-names ['+ '- '* '/])

2. 動的なシンボル操作

;; シンボルから文字列に変換
(name 'company)
;; => "company"

;; 文字列からシンボルに変換
(symbol "company")
;; => company

;; シンボルかどうか判定
(symbol? 'company)
;; => true
(symbol? company)
;; => false（値なので）

3. データ構造でのシンボル保存

;; 関数名のリスト
(def operations ['+ '- '* '/])

;; 変数名のリスト
(def variable-names ['x 'y 'z])

;; 設定データ
(def config {'database-host "localhost"
             'database-port 5432})

クォートの種類

記号	名前	機能	例
'	クォート	評価停止	'(+ 1 2) → (+ 1 2)
`	バッククォート	テンプレート	`(+ 1 ~x)
~	アンクォート	評価再開	`(+ 1 ~(+ 2 3))
~@	スプライシング	リスト展開	`(list ~@[1 2 3])

デバッグでの活用

;; コードをそのまま表示したい時
(println '(-> company :employees second :name))
;; => (-> company :employees second :name)
;; 動作: コード自体を出力（実行結果ではない）

;; 関数定義を確認
(meta #'company)
;; => {:line 1, :column 1, :file "user.clj", :name company, :ns user}

よくある間違いと対処法

;; ❌ 間違い: クォートのつけ忘れ
(def symbols [x y z])
;; エラー: x, y, zの値を取得しようとする

;; ✅ 正しい: シンボル自体を保存
(def symbols ['x 'y 'z])

;; ❌ 間違い: 不要なクォート
(def result '(+ 1 2))
;; => (+ 1 2) （計算されない）

;; ✅ 正しい: 計算したい場合
(def result (+ 1 2))
;; => 3

マクロでのクォート使用例

;; 条件付きデバッグマクロ
(defmacro debug [expr]
  `(let [result# ~expr]
     (println "Debug:" '~expr "=>" result#)
     result#))

;; 使用例
(debug (+ 1 2 3))
;; 出力: Debug: (+ 1 2 3) => 6
;; 戻り値: 6

まとめ：クォートの使い分け

いつクォートを使うか:

1. シンボル自体を扱いたい時: 'company
2. コードをデータとして扱いたい時: '(+ 1 2 3)
3. メタプログラミング: マクロやコード生成
4. 設定やメタデータ: シンボルをキーとして使用

覚え方:

• クォートなし: 「この変数の値をください」
• クォートあり: 「この名前（シンボル）をそのままください」

defの役割:

• 特殊形式: def
• 引数1: company （シンボル = 変数名）
• 引数2: {:name "ABC Corp" ...} （保存する値）
• 意味: 「companyというシンボル（名前）で、マップデータを保存する」

シンボルの実際の使用例

;; 様々なシンボルの定義
(def user-count 100)           ;; user-countというシンボル
(def is-active? true)          ;; is-active?というシンボル
(def api-endpoint "localhost") ;; api-endpointというシンボル

;; シンボルを使って値を取得
user-count    ;; => 100
is-active?    ;; => true
api-endpoint  ;; => "localhost"

;; 関数定義でもシンボルを使用
(defn calculate-total [items]  ;; calculate-totalというシンボル
  (reduce + items))

;; 関数呼び出し
calculate-total  ;; => #function[...] （関数オブジェクト）
(calculate-total [1 2 3])  ;; => 6 （関数を実行）

シンボル vs その他のデータ型

;; シンボル（変数名）
my-var

;; 文字列（テキストデータ）
"my-var"

;; キーワード（マップのキーなどに使用）
:my-var

;; 数値
42

;; 実際の使い分け例
(def user-name "太郎")      ;; user-name: シンボル、"太郎": 文字列
(def user {:name "太郎"})   ;; user: シンボル、:name: キーワード、"太郎": 文字列

{:name "ABC Corp"
 :employees [{:name "taro" :dept :engineering}
             {:name "花子" :dept :sales}]}

構造の解説:

マップ全体
├── キー: :name
│   └── 値: "ABC Corp" （文字列）
└── キー: :employees
    └── 値: [...] （ベクター）
        ├── インデックス0: {:name "taro" :dept :engineering} （マップ）
        └── インデックス1: {:name "花子" :dept :sales} （マップ）

4. データアクセスの仕組み

基本的なマップアクセス

(:name company)
;; ↑     ↑
;; │     └── 引数: company（マップが入った変数）
;; └──────── 関数: :name（キーワード）

重要: キーワード（:name）は関数として使える！

;; これらは同じ意味
(:name company)
(get company :name)

;; 読み方の比較
;; ↓ 「:name関数に、companyを引数として渡す」
(:name company)
;; ↓ 「get関数に、companyと:nameを引数として渡す」
(get company :name)

なぜキーワードが関数になるの？

Clojureでは、キーワードは「そのキーの値を取得する関数」として動作します。

;; キーワード関数の例
(:name {:name "太郎" :age 25})    ;; => "太郎"
(:age {:name "太郎" :age 25})     ;; => 25
(:height {:name "太郎" :age 25})  ;; => nil（存在しないキー）

5. ベクターアクセス関数の詳細

first, second, lastの仕組み

;; サンプルベクター
["A" "B" "C" "D"]

;; first関数の詳細
(first ["A" "B" "C" "D"])
;; ↑     ↑
;; │     └── 引数: ベクター
;; └──────── 関数: first（最初の要素を取得）
;; 結果: "A"

;; second関数の詳細
(second ["A" "B" "C" "D"])
;; ↑      ↑
;; │      └── 引数: ベクター
;; └───────── 関数: second（2番目の要素を取得）
;; 結果: "B"

;; last関数の詳細
(last ["A" "B" "C" "D"])
;; ↑    ↑
;; │    └── 引数: ベクター
;; └─────── 関数: last（最後の要素を取得）
;; 結果: "D"

より詳しいベクターアクセス

;; nth関数（n番目の要素を取得）
(nth ["A" "B" "C" "D"] 2)
;; ↑   ↑                ↑
;; │   │                └── 引数2: インデックス（2番目）
;; │   └─────────────────── 引数1: ベクター
;; └─────────────────────── 関数: nth
;; 結果: "C"（0から数えて2番目）

;; get関数（安全なアクセス）
(get ["A" "B" "C" "D"] 10)
;; ↑   ↑                ↑
;; │   │                └── 引数2: インデックス（存在しない）
;; │   └─────────────────── 引数1: ベクター
;; └─────────────────────── 関数: get
;; 結果: nil（エラーにならない）

6. スレッディングマクロ->の完全解説

従来の書き方の問題点

;; 2番目の従業員の名前を取得したい
;; 従来の書き方（右から左に読む必要がある）
(:name (second (:employees company)))
;; ↑      ↑       ↑
;; │      │       └── 3番目: :employees関数でcompanyから従業員リストを取得
;; │      └─────────── 2番目: second関数で2番目の要素を取得
;; └────────────────── 1番目: :name関数で名前を取得

読み方が不自然: 実際の処理順序と逆順で書かれている！

->マクロの革命

;; スレッディングマクロ（左から右に読める）
(-> company :employees second :name)
;; ↑  ↑       ↑          ↑      ↑
;; │  │       │          │      └── 4番目: :name関数で名前を取得
;; │  │       │          └─────── 3番目: second関数で2番目の要素を取得
;; │  │       └────────────────── 2番目: :employees関数で従業員リストを取得
;; │  └────────────────────────── 1番目: company（開始データ）
;; └───────────────────────────── マクロ: ->（スレッディング）

読み方: 「companyから始めて、employeesを取得し、その2番目を取得し、その名前を取得する」

->マクロの展開過程

->マクロは、実際には以下のように段階的に変換されます：

;; 元のコード
(-> company :employees second :name)

;; ステップ1: companyを:employeesの引数にする
(-> (:employees company) second :name)

;; ステップ2: (:employees company)をsecondの引数にする
(-> (second (:employees company)) :name)

;; ステップ3: (second (:employees company))を:nameの引数にする
(:name (second (:employees company)))

結果: 最終的に従来の書き方と同じになる！

7. 実際の実行過程を追ってみよう

データの準備

;; まずデータを定義
(def company {:name "ABC Corp"
              :employees [{:name "taro" :dept :engineering}
                          {:name "花子" :dept :sales}]})

ステップバイステップ実行

;; ステップ1: 元データ
company
;; => {:name "ABC Corp", :employees [{:name "taro", :dept :engineering} {:name "花子", :dept :sales}]}

;; ステップ2: :employees関数を適用
(:employees company)
;; ↑          ↑
;; │          └── 引数: company（マップ）
;; └───────────── 関数: :employees（キーワード）
;; => [{:name "taro", :dept :engineering} {:name "花子", :dept :sales}]

;; ステップ3: second関数を適用
(second [{:name "taro", :dept :engineering} {:name "花子", :dept :sales}])
;; ↑      ↑
;; │      └── 引数: ベクター（従業員リスト）
;; └───────── 関数: second
;; => {:name "花子", :dept :sales}

;; ステップ4: :name関数を適用
(:name {:name "花子", :dept :sales})
;; ↑     ↑
;; │     └── 引数: マップ（花子のデータ）
;; └──────── 関数: :name（キーワード）
;; => "花子"

->を使った場合の実行

;; 一度に実行
(-> company :employees second :name)
;; => "花子"

;; 途中経過も確認できる
(-> company :employees)                    ;; => [{...} {...}]
(-> company :employees second)             ;; => {:name "花子", :dept :sales}
(-> company :employees second :name)       ;; => "花子"

8. より複雑な例で理解を深める

詳細なデータ構造

(def detailed-company 
  {:name "ABC Corp"
   :founded 2020
   :employees [{:name "taro" 
                :dept :engineering 
                :skills ["Java" "Clojure"]
                :contact {:email "[e-mail]" :phone "090-1234-5678"}}
               {:name "花子" 
                :dept :sales 
                :skills ["営業" "マーケティング"]
                :contact {:email "[e-mail]" :phone "090-8765-4321"}}]})

深いネストへのアクセス解析

;; 最初の従業員のメールアドレスを取得
(-> detailed-company :employees first :contact :email)

;; 完全分解
;; ステップ1
detailed-company
;; => {:name "ABC Corp", :founded 2020, :employees [...]}

;; ステップ2: :employees関数適用
(-> detailed-company :employees)
;; 内部的には (:employees detailed-company) と同じ
;; => [{:name "taro", :dept :engineering, ...} {...}]

;; ステップ3: first関数適用
(-> detailed-company :employees first)
;; 内部的には (first (:employees detailed-company)) と同じ
;; => {:name "taro", :dept :engineering, :skills [...], :contact {...}}

;; ステップ4: :contact関数適用
(-> detailed-company :employees first :contact)
;; 内部的には (:contact (first (:employees detailed-company))) と同じ
;; => {:email "[e-mail]", :phone "090-1234-5678"}

;; ステップ5: :email関数適用
(-> detailed-company :employees first :contact :email)
;; 内部的には (:email (:contact (first (:employees detailed-company)))) と同じ
;; => "[e-mail]"

9. 関数の引数が複数ある場合

nth関数を->で使う

;; 3番目の従業員を取得したい場合
;; 従来の書き方
(nth (:employees company) 2)
;; ↑   ↑                  ↑
;; │   │                  └── 引数2: インデックス
;; │   └───────────────────── 引数1: ベクター
;; └─────────────────────── 関数: nth

;; ->を使った書き方
(-> company :employees (nth 2))
;; ↑          ↑         ↑    ↑
;; │          │         │    └── 引数2: インデックス
;; │          │         └─────── 関数: nth
;; │          └─────────────── 1番目の処理: :employees
;; └────────────────────────── データの出発点: company

重要: 引数が複数ある関数は括弧で囲む！

括弧の使い分け

;; 引数が1つの場合（括弧不要）
(-> data :key func)

;; 引数が複数の場合（括弧必要）
(-> data :key (func arg1 arg2))

;; 具体例
(-> company :employees (nth 1))              ;; nth関数は引数2つ
(-> company :employees (get 1))              ;; get関数は引数2つ  
(-> company :employees count)                ;; count関数は引数1つ
(-> company :employees (take 2))             ;; take関数は引数2つ

補足: defの正体と役割

defは関数ではなく「特殊形式（Special Form）」

(def company {:name "ABC Corp" :employees [...]})
;; ↑   ↑       ↑
;; │   │       └── 引数2: 保存する値
;; │   └─────────── 引数1: 変数名（シンボル）
;; └───────────── 特殊形式: def

重要: defは関数ではありません！**特殊形式（Special Form）**と呼ばれる、Clojureの基本的な構文要素です。

関数 vs 特殊形式の違い

種類	評価のタイミング	例
関数	引数を先に評価してから関数を実行	(+ 1 2) → まず1と2を評価 → +を実行
特殊形式	引数を評価せずに直接処理	(def x 10) → xを評価せず、そのまま変数名として使用

defの具体的な動作

;; defの基本構文
(def 変数名 値)

;; 具体例1: 数値の保存
(def my-number 42)
;; 動作: 「my-number」という名前で「42」という値を保存

;; 具体例2: 文字列の保存
(def my-name "太郎")
;; 動作: 「my-name」という名前で「"太郎"」という文字列を保存

;; 具体例3: マップの保存
(def person {:name "花子" :age 30})
;; 動作: 「person」という名前で「{:name "花子" :age 30}」というマップを保存

なぜdefは特殊形式なのか？

;; もしdefが普通の関数だったら...（これは実際には動かない例）
(def company {:name "ABC"})

;; 普通の関数なら、引数が先に評価される
;; 1. company → "companyという変数の値を取得しようとする" → エラー！
;; 2. {:name "ABC"} → マップを評価
;; 3. def関数を実行

;; でも実際のdefは特殊形式なので
;; 1. companyを「変数名」として認識（評価しない）
;; 2. {:name "ABC"}を評価
;; 3. companyという名前で値を保存

Clojureの特殊形式一覧

Clojureにはdef以外にも特殊形式があります：

特殊形式	役割	例
def	変数定義	(def x 10)
if	条件分岐	(if true "yes" "no")
let	ローカル変数	(let [x 5] (+ x 2))
fn	関数定義	(fn [x] (* x 2))
quote	評価停止	(quote (+ 1 2)) → (+ 1 2)

defの実際の動作を確認

;; ステップ1: 変数定義前
company
;; => エラー: Unable to resolve symbol: company

;; ステップ2: defで変数を定義
(def company {:name "ABC Corp"})
;; => #'user/company （変数が作成されたことを示す）

;; ステップ3: 変数定義後
company
;; => {:name "ABC Corp"} （値が取得できる）

;; ステップ4: 変数の存在確認
(bound? #'company)
;; => true （companyという変数が存在する）

defと関数の組み合わせ

;; 関数の結果をdefで保存
(def sum-result (+ 1 2 3))
;; 動作:
;; 1. (+ 1 2 3) を評価 → 6
;; 2. sum-resultという名前で6を保存

;; 確認
sum-result
;; => 6

;; 他の例
(def employee-count (count (:employees company)))
;; 動作:
;; 1. (:employees company) を評価 → ベクター
;; 2. (count ベクター) を評価 → 数値
;; 3. employee-countという名前で数値を保存

defnの正体

実はdefn（関数定義）もdefを使って作られています！

;; この書き方
(defn greet [name]
  (str "こんにちは、" name "さん！"))

;; は実際にはこれと同じ
(def greet 
  (fn [name]
    (str "こんにちは、" name "さん！")))

;; つまり
;; defn = def + fn の組み合わせ

メモリでの動作イメージ

;; defが実行されるとメモリ上で...

(def company {:name "ABC Corp"})
;; メモリ上:
;; company → {:name "ABC Corp"}

(def person {:name "太郎"})
;; メモリ上:
;; company → {:name "ABC Corp"}
;; person  → {:name "太郎"}

;; 変数を使用すると
(:name company)
;; 動作:
;; 1. companyという名前からメモリ上の値を取得
;; 2. {:name "ABC Corp"} を取得
;; 3. :name関数で "ABC Corp" を取得

def使用時の注意点

;; ❌ 同じ名前で再定義（混乱の原因）
(def x 10)
(def x 20)
x ;; => 20 （前の値は消える）

;; ❌ letの中でdef（推奨されない）
(let [y 5]
  (def z y))  ;; グローバル変数になってしまう

;; ✅ 適切な使い方
(def config {:db-host "localhost" :db-port 5432})
(def users [{:name "太郎"} {:name "花子"}])

まとめ：defの特徴

1. 特殊形式: 関数ではなく、Clojureの基本構文
2. 変数作成: グローバルな変数を作成する
3. 評価制御: 最初の引数（変数名）は評価しない
4. 永続的: 一度定義すると、そのREPLセッション中はずっと使える
5. 上書き可能: 同じ名前で再定義できる（注意が必要）

覚え方:

• def = 「このデータに名前をつけて保存する」命令
• 関数 = 「データを受け取って何かを返す」処理