クラスベースのプログラミング

クラスベース プログラミング、またはより一般的にはクラス指向は、オブジェクト指向プログラミング(OOP)のスタイルであり、継承がオブジェクトのみを介して発生するのではなく、オブジェクトのクラスを定義することによって発生するスタイルです (プロトタイプ ベース プログラミングと比較してください)。

OOP で最も普及し、開発されたモデルは、オブジェクト ベース モデルではなく、クラス ベース モデルです。このモデルでは、オブジェクトは状態(データなど)、動作(手順、メソッドなど)、およびID (他のすべてのオブジェクト間での一意の存在) を組み合わせたエンティティです。オブジェクトの構造と動作は、特定のタイプのすべてのオブジェクトの定義、つまり設計図であるクラスによって定義されます。オブジェクトはクラスに基づいて明示的に作成する必要があり、作成されたオブジェクトはそのクラスのインスタンスであると見なされます。オブジェクトは、メソッド ポインター、メンバー アクセス制御、およびクラス階層内でクラスのインスタンス (クラスのオブジェクト) を検索する暗黙のデータ メンバー (実行時継承機能に不可欠) を追加した、構造体に似ています。

カプセル化により、ユーザーはクラスの不変条件を破ることができなくなります。これは、ユーザー コードに影響を与えることなく、インターフェイスで公開されていない側面についてオブジェクトのクラスの実装を変更できるため便利です。カプセル化の定義は、セキュリティの問題ではなく、関連情報のグループ化とパッケージ化 (凝集性) に重点を置いています。

クラスベースのプログラミングでは、継承は既存のクラスの拡張として新しいクラスを定義することによって行われます。既存のクラスは親クラスで、新しいクラスは子クラスです。子クラスが親クラスを 1 つしか持たない場合、これは単一継承と呼ばれます。一方、子クラスが複数の親クラスを持つことができる場合、これは多重継承と呼ばれます。これにより、クラスはツリー(単一継承の場合) または格子(多重継承の場合) のいずれかの階層に編成されます。

継承の特徴は、インターフェースと実装の両方が継承されることです。インターフェースのみが継承される場合は、インターフェース継承またはサブタイプ化と呼ばれます。プロトタイプベースのプログラミングのように、継承はクラスなしで行うこともできます。

クラスベースの言語、またはより正確には、サブクラス化がサブタイピングの唯一の方法である型付き言語は、実装とインターフェース（オブジェクト指向プログラミングの基本原則）を混同していると批判されてきました。批判者たちは、オブジェクトのコレクションを格納する bag クラスを作成し、それを拡張して、オブジェクトの重複が排除された set クラスと呼ばれる新しいクラスを作成すると言います。^{[1] [2]} さて、bag クラスのオブジェクトを受け取る関数は、2 つのオブジェクトを追加すると bag のサイズが 2 増加すると予想しますが、set クラスのオブジェクトを渡すと、2 つのオブジェクトを追加しても bag のサイズが 2 増加する場合とそうでない場合があります。この問題は、Liskov の置換原則として知られるサブタイピングの原則が成り立たない場合でも、サブクラス化がサブタイピングを意味するために発生します。Barbara LiskovとJeannette Wing は、1994 年の論文でこの原則を次のように簡潔に定式化しました。

サブタイプ要件: ⁠ ⁠ を${\displaystyle \phi (x)}$タイプ ⁠ ⁠ のオブジェクト⁠ ⁠について${\displaystyle x}$証明可能なプロパティとします。すると、⁠ ⁠が⁠ ⁠のサブタイプである、タイプ⁠ ⁠のオブジェクト⁠ ⁠に対して⁠ ⁠が真である必要があります。${\displaystyle T}$${\displaystyle \phi (y)}$${\displaystyle y}$${\displaystyle S}$${\displaystyle S}$${\displaystyle T}$

したがって、通常はサブタイプ化とサブクラス化を区別する必要があります。現在のほとんどのオブジェクト指向言語ではサブタイプ化とサブクラス化を区別していますが、設計アプローチによっては区別しないものもあります。

また、別の一般的な例としては、子クラスから作成された person オブジェクトは親クラスのオブジェクトになることができない、というものがあります。これは、子クラスと親クラスが person クラスを継承しているものの、クラスベースの言語では通常、実行時にオブジェクトのクラスの種類を変更できないためです。クラスベースの言語では、この制限は、ユーザーに対してクラスの統一されたビューを維持するために不可欠です。ユーザーは、メソッドの実装の 1 つがクラスの不変条件を壊す変更を引き起こすかどうかを気にする必要はありません。このような変更は、オブジェクトを破棄し、その代わりに別のオブジェクトを構築することで行うことができます。オブジェクトはブラック ボックスの抽象化として表示され、オブジェクトIDを介してアクセスされるため、ポリモーフィズムを使用すると、このような変更が行われた場合でも関連するインターフェイスを保持できます。ただし、通常、オブジェクトを参照するオブジェクト参照の値が変更され、クライアント コードに影響を及ぼします。

Simula はクラス抽象化を導入しましたが、クラスベース言語の標準的な例はSmalltalkです。他にはPHP、C++、Java、C#、Objective-Cなどがあります。

• プロトタイプベースのプログラミング（対比）
• プログラミングパラダイム
• クラス（コンピュータプログラミング）