[Elixir] オブジェクト指向プログラミング

Elixirにおけるオブジェクト指向のまとめ

クラスの定義（Struct）

何度も繰り返すと思いますが、Elixir にはクラスはないです。代わりに、Elixir の構造体を使います。

defmodule でモジュールの宣言
モジュールの宣言の内の defstruct で構造体の宣言

defmodule User do
  defstruct [:name, :age]
end


defmodule Main do
  require User
  alice = %User{name: "Alice", age: 20}
  IO.inspect alice.name # => "Alice"
end

コンストラクタ、フィールド、メソッド

コンストラクタはありません。構造体は、Key の名前が事前に指定されている Map と同じだからです。
フィールドは defstruct を使って定義します。
フィールド名だけを宣言するには defstruct に名前を表す Atom の配列を渡します。例：defstruct [:x, :y]
フィールド名の宣言と一緒に初期値を設定する場合は、defstruct にハッシュでパラメータを渡します。例：defstruct x: 0, y: 0
インスタンスメソッドを定義することはできませんので、代わりにクラスメソッドを定義します（Elixir の Module で行う def を使った普通の関数定義）。

defmodule Point do
  defstruct x: 0, y: 0

  def add(%Point{x: x, y: y}, %Point{x: other_x, y: other_y}) do
    %Point{x: x + other_x, y: y + other_y}
  end
end


defmodule Main do
  require Point
  p1 = %Point{x: 3, y: 4}
  p2 = %Point{x: -2, y: 2}
  IO.inspect Point.add(p1, p2) # => %Point{x: 1, y: 6}
end

関数の引数でのマップのキーとマップ全体をそれぞれバインドする方法（補足）

関数の引数でのマップのキーとマップ全体をそれぞれバインドするには = variableを使います。

def check_data(%Point{x: x, y: y} = point) do
  # access x, y, point
end

アップデート構文（update syntax）（補足）

構造体は、ほとんど Map と同じなので、Map のアップデート構文を使うことができます。

defmodule Point do
  defstruct x: 0, y: 0
end


defmodule Main do
  require Point
  p1 = %Point{x: 3, y: 4}
  p2 = %Point{p1 | y: 7}
  IO.inspect p2 # => %Point{x: 3, y: 7}
end

クラスメソッド、クラス変数

module で定義した関数は全てクラスメソッドです

defmodule Math do
  def sqrt(x) do
    :math.sqrt(x)
  end

  def pow(x, e) do
    :math.pow(x, e)
  end
end

IO.inspect Math.sqrt(3) # => 1.7320508075688772
IO.inspect Math.pow(2, 10) # => 1024.0

「クラス変数」は Agent や GenServer のようなステートを保持する機構でこれを実装するのが好ましいと思われます。

defmodule User do
  defstruct [:name, :age]

  def new(name: name, age: age) do
    increment_user_count
    %User{name: name, age: age}
  end

  # --- Agent ---

  def start_link do
    Agent.start_link(fn -> 0 end, name: __MODULE__)
  end

  def get_user_count do
    Agent.get(__MODULE__, fn count -> count end)
  end

  defp increment_user_count do
    Agent.update(__MODULE__, fn count -> count + 1 end)
  end
end


User.start_link
IO.inspect User.get_user_count  # => 0

_user1 = User.new(name: "Alice", age: 20)
_user2 = User.new(name: "Bob", age: 22)

IO.inspect User.get_user_count  # => 2

アクセス権

モジュールのメソッドは public と private の2種類があります。
def で宣言されたメソッドは public
defp で宣言されたメソッドは private

defmodule Sample do
  def public_function do
    # ...
  end

  defp private_function do
    # ...
  end
end

オーバーロード

Elixirではパターンマッチ（オーバーロード）ができます

defmodule PatternMatch do
  def call(x) when is_number(x) do
    x + 123
  end

  def call(x) when is_list(x) do
    [123 | x]
  end

  def call(x) when is_function(x) do
    x.(123)
  end
end

IO.inspect PatternMatch.call(1)   # => 124
IO.inspect PatternMatch.call([1]) # => [123, 1]
IO.inspect PatternMatch.call(fn a -> a * 2 end) # =>  246

デフォルト引数を取ることもできます

defmodule Concat do
  def join(a, b, sep \\ " ") do
    a <> sep <> b
  end
end

IO.puts Concat.join("Hello", "world")      #=> Hello world
IO.puts Concat.join("Hello", "world", "_") #=> Hello_world

継承

Elixirは関数型言語なのでクラスはありません。つまり継承もありません。 Elixirのモジュールや構造体も同じように継承という考え方はありません。

インターフェース

Javaでいう「インターフェース」に近いものがElixirにはあります。 ビヘイビア （Behaviours）です。

ビヘイビアはモジュールの宣言と同じように宣言しますが、抽象メソッドや抽象マクロを定義する時は @callback と @macrocallback を使います。これらのモジュール属性の値にはTypespecsを使用します。

defmodule MyBehaviour do
  @callback my_fun(arg :: any) :: any
  @macrocallback my_macro(arg :: any) :: Macro.t

  # @optional_callbacks を使うことで、そのcallbackの実装を強制しないようになる
  # 引数は {関数orマクロ名, 引数} のリスト
  @optional_callbacks my_fun: 0, my_macro: 1
end

ビヘイビアの実装は、実装するモジュール側で @behaviour モジュール名 と記述します。

defmodule MyBehaviour do
  @callback my_fun(arg :: any) :: any
end

defmodule MyCallbackModule do
  @behaviour MyBehaviour
  def my_fun(arg), do: arg
end

プロトコル

ビヘイビア（Java で言うところの Interface）は先に抽象メソッドを定義するのに対して、 プロトコル（Protocol）は後からその型（ユーザ定義も含む）に対応する関数を書く方法です。

具体的な組み込みプロトコルの例としては、Enumerable や String.Chars などがあります。なお、Enumerable を実装していると Enum の関数が、 String.Chars を実装していると to_string が使えるようになります。

Elixirではfalseとnilだけがfalseとして扱われ、他の全てはtrueと評価されます。ここでは、オブジェクトがブランクなとき（空文字、空リストなど）に true を返すような blank? プロトコルを規定する例を示します。

# プロトコルの定義
defprotocol Blank do
  @fallback_to_any true  # これを宣言すると、Anyに対する実装（impl）が行えるようになる
  def blank?(data)
end

# 全てのデータ型に対するデフォルトの実装
defimpl Blank, for: Any do
  def blank?(_),  do: false
end

# Listに対するBlankプロトコルの実装
defimpl Blank, for: List do
  def blank?([]), do: true
  def blank?(_),  do: false
end

# Atomに対するBlankプロトコルの実装
defimpl Blank, for: Atom do
  def blank?(false), do: true
  def blank?(nil),   do: true
  def blank?(_),     do: false
end

# Stringに対するBlankプロトコルの実装
defimpl Blank, for: BitString do
  def blank?(str), do: String.length(str) == 0
end

IO.inspect Blank.blank?([])  # => true
IO.inspect Blank.blank?(nil) # => true
IO.inspect Blank.blank?("")  # => true
IO.inspect Blank.blank?(0)   # => false （Integerに対してはBlankを実装していない）

実装が可能な組み込みデータ型は、次の通りです。

Atom
BitString（文字列型）
Float
Function
Integer
List
Map
PID
Port
Reference
Tuple

また、プロトコルの実装は組み込みデータ型の他に、ユーザの定義した構造体に対しても実装することができます。

晴耕雨読

working in the fields on fine days and reading books on rainy days