オブジェクトの構成

コンピュータサイエンスにおいて、オブジェクトの構成とオブジェクトの集約は、オブジェクトまたはデータ型をより複雑なものに結合する密接に関連した方法です。会話では、構成と集約の区別はしばしば無視されます。^[1]一般的な構成の種類には、オブジェクト指向プログラミングで使用されるオブジェクト、 タグ付きユニオン、セット、シーケンス、およびさまざまなグラフ構造があります。オブジェクトの構成はデータ構造に関連していますが、同じではありません。

オブジェクト構成とは、情報の論理的または概念的な構造のことであり、それを表すために使用される実装や物理的なデータ構造のことではありません^[要出典]。たとえば、シーケンスはセットとは異なります。これは、前者では (とりわけ) 構成されたアイテムの順序が重要になりますが、後者では重要ではないためです。配列、リンク リスト、ハッシュ テーブルなどのデータ構造は、どちらも実装するために使用できます。紛らわしいかもしれませんが、データ構造と複合体の両方に同じ用語がいくつか使用されています。たとえば、「バイナリ ツリー」はどちらを指す場合もあります。データ構造としては、アイテムの線形シーケンスにアクセスする手段であり、ツリー内のアイテムの実際の位置は無関係です (ツリーは、意味を変えずに、内部で好きなように並べ替えることができます)。ただし、オブジェクト構成としては、位置が重要であり、位置を変更すると意味が変わります (たとえば、系統樹の場合) ^[要出典]。

オブジェクト指向プログラミングは、オブジェクトを使用してデータと動作をカプセル化することを基本としています。機能をより複雑なものに組み立てて構成するために、サブタイプ化とオブジェクト構成という 2 つの主な手法を使用します。 ^[2]オブジェクト構成とは、複合オブジェクト内でオブジェクトを結合し、同時に、内部を見えなくても明確に定義されたインターフェイスを使用して各オブジェクトのカプセル化を確実にすること です。この点で、オブジェクト構成は、カプセル化を強制しないデータ構造とは異なります。

オブジェクトの構成は、オブジェクトのセットやシーケンスなど、複数の関連するオブジェクトのグループに関するものである場合もあります。委任は、複合オブジェクトを囲む要求や呼び出しをその内部コンポーネントの1つに転送することで、構成を充実させます。^[3]

クラスベースおよび型付きプログラミング言語では、型は複合型と非複合型に分けられ、合成は型間の関係とみなすことができます。つまり、複合型のオブジェクト (例: car )には、他の型のオブジェクト (例: wheel ) が "あります"。複合オブジェクトに同じ型のサブオブジェクトが複数含まれる場合、それらは特定の役割に割り当てられ、多くの場合、名前または番号で区別されます。たとえば、Pointオブジェクトには、それぞれが 'x'、'y'、'z' などの異なる軸に沿った距離を表す 3 つの数値が含まれる場合があります。一般に、部分と全体の関係の研究は、メレオロジー (mereology)と呼ばれます。

合成は、サブタイピングとは区別する必要があります。サブタイピングは、一般的なデータ型に詳細を追加して、より具体的なデータ型を作成するプロセスです。たとえば、車は特定の種類の車両である可能性があります。車は 車両です 。サブタイピングは、異なるオブジェクト間の関係を記述するのではなく、ある種類のオブジェクトが同時に別の種類のオブジェクトであることを示します。このような関係を研究するのがオントロジーです。

JavaScriptなどのプロトタイプベースのプログラミング言語では、オブジェクトはインスタンス化の瞬間にプロトタイプ オブジェクトから動作を動的に継承できます。コンポジションはプロトタイピングと区別する必要があります。新しくインスタンス化されたオブジェクトはプロトタイプのコンポジションを継承しますが、それ自体が独自にコンポジションされることもあります。

複合オブジェクトは、構成されたオブジェクトを同じ場所に配置したり、参照を同じ場所に配置したり、その他さまざまな方法でストレージ内に表すことができます。複合オブジェクト内の項目は、属性、フィールド、メンバー、プロパティ、またはその他の名前で参照され、結果として得られる構成は、複合型、ストレージ レコード、構造体、タプル、またはユーザー定義型 (UDT)と呼ばれます。詳細については、以下の集約セクションを参照してください。

UMLモデリングでは、プログラミング言語による実装とは独立して、オブジェクトを概念的に構成することができます。UMLでは、プロパティ、関連、集約、構成の4つの方法でオブジェクトを構成できます。^[4]

• プロパティはクラスの属性を表します。
• 関連は、関連クラスのインスタンス間の意味的関係を表します。関連のメンバー エンドは、関連クラスのプロパティに対応します。
• 集約は、集約 (全体) と関連するコンポーネントのグループ (部分) 間の部分/全体の関係をモデル化する一種の関連付けです。
• 構成は、複合集合とも呼ばれ、複合 (全体) と排他的に所有される部分のグループとの間の部分/全体の関係をモデル化する集合の一種です。

集約とそのコンポーネントの関係は弱い「has-a」関係です。コンポーネントは複数の集約の一部である場合があり、集約を経由せずに他のオブジェクトを介してアクセスされる場合があり、集約オブジェクトよりも長く存続する場合があります。^[4]コンポーネントオブジェクトの状態は、依然として集約オブジェクトの一部を形成します。^[要出典]

複合体とそのパーツの関係は、強い「has-a」関係です。つまり、複合体オブジェクトは「複合体オブジェクトの存在と保存に対する責任」を単独で持ち、複合体オブジェクトは最大 1 つの複合体の一部になることができ、「複合体オブジェクトが削除されると、そのオブジェクトであるパー​​ツ インスタンスもすべて一緒に削除されます」。したがって、UML では、コンポジションは通常のオブジェクト コンポジションよりも狭い意味を持ちます。

グラフィカル表記は次のことを表します。

• プロパティを囲むクラスのボックス内の型付き要素として、
• 関連クラス間の明確な線としての関連性、
• 集合体は集合体の側面に塗りつぶされていないダイヤモンドと実線で表示される。

• 複合体の側面に塗りつぶされたダイヤモンドと実線として複合体を構成します。

集約は、所有権を意味しないという点で通常の構成とは異なります。構成では、所有オブジェクトが破棄されると、含まれているオブジェクトも破棄されます。集約では、これは必ずしも当てはまりません。たとえば、大学にはさまざまな学部 (化学など) があり、各学部には複数の教授がいます。大学が閉鎖されると、学部は存在しなくなりますが、それらの学部の教授は存在し続けます。したがって、大学は学部の構成と見なすことができますが、学部には教授の集合があります。さらに、教授は複数の学部で働くことができますが、学部は複数の大学の一部になることはできません。

合成は通常、オブジェクトが別のオブジェクトを含むように実装されます。たとえば、C++では次のようになります。

class Professor ; // 他の場所で定義   

クラスDepartment { public : Department ( const std :: string & title ) : title_ ( title ) {}  
 
      

 private : 
// 集約: |教授| は |学科| より長生きする場合があります。std :: vector < std :: weakness_ptr < Professor >> Members_ ; const std :: string title_ ; };  
   
    



クラスUniversity { public : University () = default ;  
 
    

 private : 
// 構成: |Department| は学部が存在する限り存在します。std :: vector < Department > Faculty_ = { Department ( "chemistry" ), Department ( "physics" ), Department ( "arts" ), }; };  
     
      
      
      
  

集約では、オブジェクトにはオブジェクトへの参照またはポインターのみが含まれる場合があります (オブジェクトに対する存続期間の責任はありません)。

通常の構成と集約の区別が重要でない場合は、集約が構成と呼ばれることもあります。

上記のコードは、次の UML クラス図に変換されます。

Microsoft のコンポーネント オブジェクト モデルでは、集約とは、オブジェクトが、あたかもそれが所有する別のオブジェクトの1 つまたは複数のインターフェイスを、その所有者であるかのようにエクスポートすることを意味します。形式的には、これは集約というよりは、合成やカプセル化に似ています。ただし、所有オブジェクトのインターフェイスを呼び出してエクスポートされたインターフェイスを実装するのではなく、所有オブジェクトのインターフェイス自体がエクスポートされます。所有オブジェクトは、IUnknownから継承されたインターフェイスのメソッドが、所有者の対応するメソッドを実際に呼び出すことを保証する責任があります。これは、所有者の参照カウントが正しく、所有者のすべてのインターフェイスがエクスポートされたインターフェイスを通じてアクセス可能である一方で、所有オブジェクトの他の (プライベート) インターフェイスにはアクセスできないことを保証するためです。^[5]

複合データ型の複数のインスタンスを格納するために使用される構成は、包含と呼ばれます。このようなコンテナーの例としては、配列、連想配列、バイナリ ツリー、リンク リストなどがあります。

UMLでは、包含は 0..* または 1..* の多重度で表され、複合オブジェクトが、構成されたクラスのインスタンスの不明な数で構成されていることを示します。

オブジェクトは再帰的に構成することができ、その型は再帰型と呼ばれます。例としては、さまざまな種類のツリー、DAG、グラフなどがあります。ツリー内の各ノードは、ブランチまたはリーフになることができます。言い換えると、各ノードは、別のツリーに属しているときでも、同時にツリーでもあります。

UML では、再帰的な構成は、クラスとクラス自体の関連付け、集約、または構成によって表されます。

複合設計パターンは、複合型に基づくオブジェクト指向設計であり、再帰的な構成と包含を組み合わせて複雑な部分全体階層を実装します。

これはCでの合成の例です。

struct Person { int age ; char name [ 20 ]; enum { job_seeking 、professional 、non_professional 、retired 、student } employment ; }; 

   
   
        

この例では、プリミティブ (非複合) 型int、enum {job_seeking、professional、non_professional、retired、student }、および複合配列型 char[]が結合されて、複合構造Personが形成されます。各Person構造には、年齢、名前、および雇用タイプが「あります」。

C ではレコードをstructまたは structure と呼びます。Java 、 Smalltalk 、 C ++などのオブジェクト指向言語では、レコードをオブジェクト(クラスインスタンス) 内に隠すことがよくあります。ML ファミリーの言語では、単にレコードと呼びます。COBOLは、レコードを直接サポートした最初のプログラミング言語でした。 ^[6] ALGOL 68 はこれを COBOL から取得し、Pascal は多かれ少なかれ間接的に ALGOL 68 から取得しました。Common Lisp は、構造体とクラス (後者はCommon Lisp Object System経由) を提供します。^[要出典]

1959 – COBOL

      01  顧客レコード. 
03  顧客番号pic 9(8) comp . 03  顧客名. 05  名pic x(15) . 05  頭文字 2 pic x . 05  姓pic x(15) . 03  顧客住所. 05  番地. 07  番地名pic x(15) . 09  番地pic 999 comp . 05  市区町村pic x(10) . 05  国コードpic x(3) . 05  郵便番号pic x(8) . 03  未払い金額pic 9(8) comp .              
        
                 
                   
                     
        
          
                 
                 
                        
                
                    
                 

1960年 – アルゴル60

配列は、 Algol 60における唯一の複合データ型でした。

1964 – PL/I

dcl 1 newtypetベース（P）;
 2 (a, b, c) 固定ビン(31)、
 2 (i, j, k) 浮動小数点数、
 2 r ポイント;
newtypet を割り当てます。

1968 – アルゴル 68

整数最大値 = 99;
モードnewtypet = [0..9] [0..max]構造体(
 長整数 a、b、c、短整数 i、j、k、参照実数 r
);
newtypet newarrayt = (1, 2, 3, 4, 5, 6, ヒープ実数 := 7)

たとえば、リンク リストは次のように宣言されます。

モードノード = union (real, int, compl, string)、
 list = struct (ノード val、ref list next);

ALGOL 68 の場合、等式の左側には型名のみが表示され、最も重要なのは、優先順位に関係なく左から右に構築され、読み取ることができることです。

1970年 – パスカル

タイプ
a =整数の配列[ 1 .. 10 ] ; b =レコードa 、b 、c :実数; i 、j 、k :整数;終了;      
   
     
     
 

1972 – K&R C

#define max 99 
struct newtypet { double a 、b 、c ; float r ; short i 、j 、k ; } newarrayt [ 10 ] [ max + 1 ];  
     
   
     
    

1977 – FORTRAN 77

Fortran 77 には配列がありますが、正式なレコード/構造定義がありませんでした。通常、複合構造はEQUIVALENCEまたはCOMMONステートメントを使用して構築されます。

       キャラクター名* 32 、住所* 32 、電話番号* 16実際の債務共通/顧客/名前、住所、電話番号、債務  
       
           

1983 – エイダ

タイプ Custは レコードです
 。名前: Name_Type ;アドレス: Addr_Type ;電話: Phone_Type ;支払先:整数範囲1..999999 ;レコード終了;
     
     
    
      
 

Ada 95 では、タグ付き型 (C++ クラスに相当) を通じて OOP の概念が導入され、Ada 2012 ではクラス全体の契約を通じて 置換検証のサポートが追加されました。

1983 – C++

const int max = 99 ;クラス{ public : double a 、b 、c ; float & r ; short i 、j 、k ; } newtypet [ 10 ] [ max + 1 ];    
 
  
     
   
     
   

1991 – パイソン

max  =  99 
class  NewTypeT : 
    def  __init__ ( self ): 
        self . a  =  self . b  =  self . c  =  0 
        self . i  =  self . j  =  self . k  =  0.0 
# このクラスのサンプル配列を初期化します。
newarrayt  =  [[ NewTypeT ()  for  i  in  range ( max  +  1 )]  for  j  in  range ( 10 )]

1992 – FORTRAN 90

配列と文字列はFORTRAN 77から継承され、新しい予約語typeが導入されました。

型newtypet
倍精度a , b , c整数* 2 i , j , k *ポインター型なしREF REAL R終了型   
    
   
 

タイプ( newtypet ) t ( 10 , 100 )   

FORTRAN 90 は更新され、 NAMELIST と呼ばれるFORTRAN IVの概念が追加されました。

INTEGER :: jan = 1 、feb = 2 、mar = 3 、apr = 4ネームリスト/週/ 1 月、2 月、3 月、4 月             
       

1994 – ANSIコモン Lisp

Common Lisp は構造体を提供し、ANSI Common Lisp 標準では CLOS クラスが追加されました。

( defclass some-class () (( f :type float ) ( i :type integer ) ( a :type ( array integer ( 10 )))))  
    
     
       

C/C++ での合成の詳細については、「複合型」を参照してください。

• C++ 構造
• 複合型
• 継承よりも合成
• 委任（プログラミング）
• 関数合成（コンピュータサイエンス）
• ハスア
• 実装の継承
• 継承セマンティクス
• デメテルの法則
• オブジェクト指向分析と設計
• 仮想継承

• 関連、集約、構成、2009 年 2 月にアクセス
• Harald Störrle、UML2、Addison-Wesley、2005 年