Ruby オブジェクトモデルの鶏と卵パラドックス：BasicObject と Class はどちらが先か

はじめに

Ruby オブジェクトモデルを理解する（.class / .superclass / ancestors） という記事で、Ruby のオブジェクトモデルを図で整理しました。

                         .class（俺を作ったのは？）
                         ─────────────────────────→
                                                          BasicObject
                                                              ↑ .superclass
                                                            Object
                                                              ↑ .superclass
               BasicObject ────────────.class───→ ┐         Module
                    ↑ .superclass                 │           ↑ .superclass
                    Object ────────────.class───→ ├──→ Class ─┘
                    ↑ .superclass                 │    ↑ │
"hello" ──.class──→ String ────────────.class───→ ┘    └─┘ .class（自分自身！）

  ↑ .superclass（俺の継承元は？）

• 縦（上向き） = .superclass で継承元を辿る → クラスごとに違う
• 横（右向き） = .class で「俺を作ったクラス」を辿る → 全員 Class に行き着く

この図を眺めていると、ある矛盾に気づきます。

パラドックスの発見

Ruby のオブジェクトモデルには次の2つの事実があります。

BasicObject.class        # => Class
Class.superclass         # => Module
Module.superclass        # => Object
Object.superclass        # => BasicObject

つまり：

• BasicObject.class = Class ← Class が先に存在している必要がある
• Class.superclass を辿ると Module → Object → BasicObject に行き着く ← BasicObject が先に存在している必要がある

図にすると：

BasicObject.class = Class         ← Class が先に必要
       ↑
Class.superclass → BasicObject    ← BasicObject が先に必要

どちらが先に存在できるのか？

これは有名な「鶏と卵」問題です。通常の Ruby コードではこの構造を作ることは絶対にできません。

# 通常の Ruby コードでは不可能
class BasicObject; end      # ← この時点で BasicObject.class は何？
class Class < BasicObject; end  # ← Class を定義するには BasicObject が必要

Ruby MRI がどう解決しているか

これは Ruby の C 実装（MRI）がブートストラップ時に2段階で強引に構築することで解決しています。

実際の C ソースコード（ruby/ruby/blob/master/class.c）を見てみましょう。

void
Init_class_hierarchy(void)
{
    // ① まず superclass の繋がりだけ作る（.class の関係は後回し）
    rb_cBasicObject = boot_defclass("BasicObject", 0);
    rb_cObject      = boot_defclass("Object", rb_cBasicObject);
    rb_cModule      = boot_defclass("Module", rb_cObject);
    rb_cClass       = boot_defclass("Class",  rb_cModule);

    // ② 後から .class を全員 Class に向ける
    RBASIC_SET_CLASS(rb_cClass,       rb_cClass);
    RBASIC_SET_CLASS(rb_cModule,      rb_cClass);
    RBASIC_SET_CLASS(rb_cObject,      rb_cClass);
    RBASIC_SET_CLASS(rb_cBasicObject, rb_cClass);
}

ポイント1：boot_defclass とは

boot_defclass は通常の rb_define_class とは異なる特殊な関数です。

通常 Ruby でクラスを定義するには Class がすでに存在している必要があります。しかし boot_defclass は「.class への参照を空にしたまま」オブジェクトを作れるため、Class が存在しない状態でも使えます。

ポイント2：2段階で矛盾を回避

ステップ①: superclass の連鎖だけ構築

BasicObject（.class は空）
    ↑ superclass
  Object（.class は空）
    ↑ superclass
  Module（.class は空）
    ↑ superclass
  Class（.class は空）

ステップ②: 全員の .class を Class に貼り付ける

BasicObject.class = Class ✅
Object.class      = Class ✅
Module.class      = Class ✅
Class.class       = Class ✅（自己参照）

ステップ①では .class の関係をいったん無視して superclass の連鎖だけ作ります。この時点では矛盾が発生しません。

ステップ②で後から .class を全員 Class に向けることで、矛盾なく完成します。

まとめ

Ruby のオブジェクトモデルに見える「鶏と卵」パラドックスは、C ランタイムが2段階でブートストラップすることで解決されています。

ステップ	内容
①	boot_defclass で superclass の連鎖だけ作る（.class は空のまま）
②	RBASIC_SET_CLASS で全員の .class を Class に向ける

通常の Ruby コードでは絶対に書けない構造を、起動時に C のレベルで無理やり作っています。一言で言えば「Ruby のランタイムが最初に全部同時に作ったから矛盾しない」ということです。

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参考

• ruby/ruby/blob/master/class.c
• Ruby オブジェクトモデルを理解する（.class / .superclass / ancestors）