関数型プログラミングの威力を知ろう-前編

関数とは

さて関数とはなんでしょうか。

一般的には

「同じ入力に対して常に同じ出力を返す」ルーチンのことを、関数と呼びます。

例えば、オブジェクト指向でよく見られるセッターメソッドは関数とは呼びません。

class Data {
    int number;

    void setNumber(int pNumber) {
        this.number = pNumber;
    }
}

class Add {
    static long add(int a, int b) {
        retur a + b;
    }
}

package oop;

/**
 * 自動販売機クラス.
 */
public class MacBookAirVendingMachine {

    private static final int PRICE = 120_000;

    private int investedMoney = 0;

    /**
     * @return 現在投入されている金額.
     */
    public int getInvestedMoney() {
        return investedMoney;
    }

    /**
     * @param pMoney お金を投入する.
     */
    public void investMoney(final int pMoney) {
        this.investedMoney += pMoney;
    }

    /**
     * @return お釣りを返す.
     */
    public int payBack() {
        final int ret = this.investedMoney;
        this.investedMoney = 0;
        return ret;
    }

    /**
     * @return 購入したことを示すメッセージ.
     * @throws MoneyShortage お金が不足している.
     */
    public String sell() throws MoneyShortage {
        if (this.investedMoney < PRICE) {
            throw new MoneyShortage();
        }
        this.investedMoney -= PRICE;
        return "MacBook Air 13インチが販売されました！";
    }
}

このクラスの機能は以下の通りです。

• ★お金を投入してもらう
• 今残っている金額を提示する
• ★MacBookAirを売る
• ★お釣りを返す

先頭に★を付けている機能は、オブジェクト内部の状態（＝残っている金額）を更新します。

ごく普通のオブジェクト指向プログラムです。さて同じお題を関数型のスタイルで書くとどうなるでしょうか。

Haskellの自動販売機

代表的な関数型プログラミング言語であるHaskellで自動販売機を作ってみましょう。Haskellの文法が分からない方も、なんとなく読み解けると思うので、あまり深く考えずに読み進めて下さい。

関数型では、データと処理を明確に分離するスタイルが一般的です。

今回の自販機では、投入された金額をどう扱うのかがポイントです。

ここでは、次のようなアプローチをとります。

• 自販機の状態をデータとして扱う
• 自販機の操作を「ある状態から別の状態を作り出す関数」として定義する

まずは自販機の状態を表す型の周りを見てみましょう。

{-- Integerに別名を付けてお金を表現する. --}
type Money = Integer

{-- Mac自販機の状態を表現する型. --}
data MacBookAirVendingMachineState = MacBookAirVendingMachineState {
    investedMoney :: Money -- 投入してまだ残っている金額
} deriving (Show)

{-- Mac自販機の初期状態. --}
initialState :: MacBookAirVendingMachineState
initialState = MacBookAirVendingMachineState { investedMoney = 0 }

次に操作を見てみましょう。まずはお金を投入する関数です。

{-- 自販機操作関数：お金を投入 --}
investMoney :: MacBookAirVendingMachineState -> Money -> MacBookAirVendingMachineState
investMoney state money = MacBookAirVendingMachineState { investedMoney = (investedMoney state) + money }

{-- 自販機操作関数：お釣りを返す --}
payBack :: MacBookAirVendingMachineState -> (Money, MacBookAirVendingMachineState)
payBack state = (investedMoney state, initialState)

type ErrorMessage = Text
type SellingMessage = Text
mbaPrice = 120000


{-- 自販機操作関数：MacBook Airを販売する
 -  Eitherは２つの状態を表現する型.
 -  お金が足りないなどのエラーが発生したらLeft <エラーメッセージ>という値、
 -  無事販売出来たらRight (<メッセージ>, 販売後の自販機の状態)という値となる.
 --}
sell :: MacBookAirVendingMachineState -> Either ErrorMessage (SellingMessage, MacBookAirVendingMachineState)
sell state = if investedMoney state < mbaPrice then
                 Left "お金が足りません."
               else
                 Right ("MacBook Airを販売しました！", MacBookAirVendingMachineState { investedMoney = investedMoney state - mbaPrice })

いかがでしょうか。１つ１つの関数がとても簡潔なことが分かると思います。

前編のまとめ

いかがでしょうか。オブジェクト指向とは随分異なるアプローチのプログラムになることに驚かれたのではないでしょうか。

オブジェクト指向では状態は「保持する」もの、関数型では状態は「遷移していく」もの・・・とでも言えばイメージが掴みやすいでしょうか。

さて前編はここまでです。

後編では関数型言語の特徴を追っていくことにします。