遅延バインディング

コンピューティングにおいて、遅延バインディングまたは動的リンク^[1]は、インポートされたコードライブラリを動的にリンクするプロセスと同一ではありませんが、オブジェクトに対して呼び出されるメソッド、または引数で呼び出される関数が、実行時に名前で検索されるコンピュータプログラミングメカニズムです。言い換えると、名前はコンパイル時ではなく実行時に特定の操作またはオブジェクトに関連付けられます。動的バインディングという名前が使用されることもありますが^{[2] 、}動的スコープを指すのによく使用されます。

オブジェクト指向言語における早期バインディング、または静的バインディングでは、コンパイル段階ですべての種類の変数と式が固定されます。これは通常、コンパイルされたプログラムに仮想メソッドテーブル(「v-table」) のオフセットとして格納されます。^[3]これとは対照的に、遅延バインディングでは、コンパイラはメソッドが存在することを確認したり、v-table にそのスロットをバインドしたりするのに十分な情報を読み取らないため、実行時に名前でメソッドが検索されます。

コンポーネント オブジェクト モデル(COM) プログラミングで遅延バインディングを使用する主な利点は、コンパイラがコンパイル時にオブジェクトを含むライブラリを参照する必要がないことです。これにより、コンパイル プロセスは、クラスの v-table が誤って変更される可能性があるバージョン競合に対してより耐性になります。(これは、.NETやJavaなどのジャストインタイム コンパイルプラットフォームでは問題になりません。v-table は、実行中のアプリケーションにライブラリがロードされるときに、仮想マシンによって実行時に作成されるためです。 ^[4] )

「遅延バインディング」という用語は、少なくとも1960年代にまで遡り、Communications of the ACMで見つけることができます。この用語は、Lispなどの言語での呼び出し規約を説明するために広く使用されていましたが、通常はパフォーマンスに関して否定的な意味合いを伴っていました。^[5]

1980年代にSmalltalkはオブジェクト指向プログラミング(OOP)とそれに伴う遅延バインディングを普及させました。Alan Kayはかつてこう言いました。「私にとってOOPとは、メッセージング、ローカル保存、状態プロセスの保護と隠蔽、そしてすべてのものの極端な遅延バインディングを意味します。これはSmalltalkとLISPで実行できます。これが可能な他のシステムもあるかもしれませんが、私は知りません。」^[6]

1990 年代前半から中頃にかけて、Microsoft はさまざまな OOP プログラミング言語間のバイナリ インターフェイスとして COM 標準を積極的に推進しました。COM プログラミングでは、早期バインディングと遅延バインディングが同様に推進され、多くの言語が構文レベルで両方をサポートしていました。

2000 年に、Alex Martelli は、同様の概念を指すために「ダック タイピング」という用語を作り出しましたが、重点は異なっています。遅延バインディングは一般に実装の詳細に重点を置いていますが、ダック タイピングは型を無視してオブジェクトが現在持っているメソッドに集中する機能に重点を置いています。

ほとんどの動的型付け言語では、オブジェクトのメソッドのリストは実行時に変更できます。これには遅延バインディングが必要です。

Lispでは、遅延バインディングされたグローバル関数呼び出しは、シンボルの関数セル を介して実行時に効率的に検索されます。これらの関数バインディングは変更可能です。

インタラクティブなClozure Common Lispセッションを使用した例:

? ( defun foo () ( bar pi )) ; まだ定義されていない関数 BAR が呼び出されます;コンパイラ警告: ; FOO 内: 未定義の関数 BAR FOO   
        




? ( defun bar ( x ) ; ここでそれを定義( * x 2 )) BAR      
      


? ( foo ) ; foo を呼び出し、BAR 6.283185307179586D0の最新の定義を使用します。     


? ( defun bar ( x ) ; ここで BAR ( * x 1000 ) を再定義します) BAR      
      


? ( foo ) ; FOO は新しい関数を呼び出すので、 FOO 3141.592653589793D0を再コンパイル/リンク/ロードする必要はありません。     


? ( type-of 'bar ) ; BAR はシンボルSYMBOLです     


? ( symbol-function 'bar ) ; シンボル BAR には関数バインディング# <Compiled-function BAR #x302000D1B21F >があります    
  

C++ では、遅延バインディング (「動的バインディング」とも呼ばれる) は、virtualキーワードがメソッドの宣言で使用されたときに通常発生することを指します。次に、C++ は、いわゆる仮想テーブルを作成します。これは、呼び出されたときに常に参照される関数のルックアップ テーブルです。

COM プログラミングでは、遅延バインディング メソッド呼び出しはIDispatchインターフェイスを使用して実行されます。Visual Basic 6 などの一部の COM ベースの言語では、このインターフェイスを呼び出すための構文サポートがあります。^[7]これは、変数の型を Object として定義することによって行われます。C++ などの他の言語では、メソッドを検索するために GetIDsOfNames を明示的に呼び出し、メソッドを呼び出すために Invoke を呼び出す必要があります。

.NET では、遅延バインディングは C++ などのメソッドをオーバーライドしたり、インターフェイスを実装したりすることを指します。コンパイラvirtualは、実行する実装を決定するために実行時に使用されるすべての仮想メソッドまたはインターフェイス メソッド呼び出しに対して仮想テーブルを構築します。

また、COM や Java と同様に、共通言語ランタイムは、遅延バインディング呼び出しを行うことができるリフレクション API を提供します。これらの呼び出しの使用方法は言語によって異なります。

C# 4 では、言語に「dynamic」疑似型も追加されました。これは、遅延バインディングが必要であることを示すために、オブジェクト型の代わりに使用されます。必要な特定の遅延バインディング メカニズムは、動的言語ランタイムを開始点として使用して実行時に決定されます。

Visual Basic では、変数が Object 型で、コンパイラ ディレクティブ "Option Strict Off" が有効な場合は常にこれらを使用します。これは、新しい VB プロジェクトの既定の設定です。バージョン 9 より前では、.NET および COM オブジェクトのみが遅延バインディング可能でした。VB 10 では、これが DLR ベースのオブジェクトに拡張されました。

Java には遅延バインディングの定義が 3 つあります。

Java に関する初期のドキュメントでは、クラスがコンパイル時にリンクされないことが説明されていました。型はコンパイル時に静的にチェックされますが、クラスの異なる実装は、実行直前にクラス ファイルを上書きするだけで入れ替えることができます。新しいクラス定義のクラス名とメソッド名が同じであれば、コードは引き続き機能します。この意味では、従来の遅延バインディングの定義に似ています。

現在、Java プログラミングでは、動的ディスパッチの同義語として遅延バインディングという用語がよく使用されています。具体的には、これは仮想メソッドで使用される Java の単一ディスパッチメカニズムを指します。

最後に、Java では、COM や .NET プログラミングとほぼ同じように、リフレクション API と型イントロスペクションを使用して遅延バインディングを使用できます。一般的に、Java のみでプログラミングする人は、この遅延バインディングを呼び出しません。同様に、Java プログラミングでは「ダック タイピング」手法の使用は好ましくなく、代わりに抽象インターフェイスが使用されます。

Javaの現在の所有者であるOracleは、同じドキュメントでJavaと他の言語の両方について説明する際に、「ダックタイピング」の意味で遅延バインディングという用語を使用することが知られています。^[8]

Adaとデータベースストアドプロシージャ間の早期バインディングを使用する場合、タイムスタンプがチェックされ、コードがコンパイルされてからストアドプロシージャが変更されていないことが検証されます。これにより、実行速度が向上し、アプリケーションが間違ったバージョンのストアドプロシージャに対して実行されるのを防ぎます。^[9]

遅延バインディングを使用する場合、タイムスタンプ チェックは実行されず、ストアド プロシージャは匿名 PL/SQL ブロックを介して実行されます。これは遅くなる可能性がありますが、ストアド プロシージャが変更されたときにすべてのクライアント アプリケーションを再コンパイルする必要がなくなります。

この区別は、PL/SQL と Ada に固有のようです。PL/SQL プロシージャを呼び出すことができる他の言語、および他のデータベース エンジンでは、遅延バインディングのみが使用されます。

遅延バインディングは、早期バインディング メソッド呼び出しよりもパフォーマンスが低くなります。ほとんどの実装では、各呼び出しで正しいメソッド アドレスを名前で検索する必要があり、比較的コストのかかる辞書検索と、場合によってはオーバーロード解決ロジックが必要になります。ほとんどのアプリケーションでは、最新のコンピューターでは、必要な追加の計算と時間はごくわずかです。

一部のコンパイラでは、遅延バインディングにより静的型チェックが使用できなくなる場合があります。遅延バインディング呼び出しを行う際、コンパイラはメソッドが存在すると想定する必要があります。つまり、単純なスペルミスによって実行時エラーが発生する可能性があります。最新のコンパイラは、コンパイル時にすべての可能な呼び出しに実装が必要であることを保証することで、これを回避します。

遅延バインディングは、統合開発環境(IDE)に必要な静的分析の形式を妨げる可能性があります。たとえば、IDE が呼び出しがどのクラスを参照するかを知らない場合、IDE の「定義へ移動」機能は遅延バインディング呼び出しでは機能しない可能性があります。最新の IDE では、特にオブジェクト指向言語の場合、遅延バインディング メソッドは常にインターフェイスまたは基本クラスを指定するため、「定義へ移動」が導く場所であり、「すべての参照を検索」を使用してすべての実装またはオーバーライドを検索できるため、この問題を簡単に解決できます。^[10]

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