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マルチパラダイム時代におけるデータ構造 第16回 ー 不変オブジェクトと宣言型プログラミング

 この記事は、「マルチパラダイム時代におけるデータ構造 第15回 ー 続可変オブジェクトと命令型プログラミング」の続きです。前回は、可変オブジェクトと命令型プログラミングについて解説しました。今回は、不変オブジェクトと宣言型プログラミングについて解説します。
 この連載で何度も、不変オブジェクトと宣言型プログラミングに言及してきましたが、実際にプログラミングするときについて解説したいので書きます。不変オブジェクトと宣言型プログラミングでは、基本的に常に新しいインスタンスを使用する事が大事です。命令型プログラミングに慣れている人は、その点で間違いをしやすいので注意しましょう。
 実例として不変コンセンスセルのテストを実装します。これにより、不変オブジェクトと宣言型プログラミングを楽しむための準備は万全だと思います。

using System;
using DataStructure;

namespace Test
{
    //IImmutablDataManager<T>を実装するオブジェクトに対するテスト。
    abstract class IImmutablDataManagerTest<T>
    {
        //要素数が正しいかチェックする。
        protected virtual void CountCheck(
            string testName,
            IImmutablDataManager<T> target,
            string methodName,
            int before,
            int rightValue )
        {
            if ( target.Count != rightValue )
                throw new TestException(
                    testName,
                    methodName +
                    "メソッド実行後のCountプロパティの値が正しくありません。"
                    + Environment.NewLine +
                    "予想値:" + rightValue +
                    " 実際の値:" + target.Count
                    + Environment.NewLine +
                    methodName +
                    "メソッドとCountプロパティを確認してください。" );
        }

        //指定したデータが選択可能か否か判定する。
        protected abstract bool CanSelect(
            IImmutablDataManager<T> target,
            int count,
            T value );

        //発生したデータが選択できないときに行うエラー処理。
        protected void InsertSelectError(
            string testName,
            IImmutablDataManager<T> target,
            string methodName, //オーバーロードがあるから
            bool success,
            T value )
        {
            if ( !success ) {
                throw new TestException(
                    testName,
                    methodName +
                    "メソッド実行後に発生したデータを選択できませんでした。"
                    + Environment.NewLine +
                    "選択できない値:" + value
                    + Environment.NewLine +
                    methodName +
                    "メソッドとSelectメソッドを確認してください。" );
            }
        }

        //発生したデータが選択できないときに行うエラー処理。
        protected void DeleteSelectError(
            string testName,
            IImmutablDataManager<T> target,
            string methodName, //オーバーロードがあるから
            bool success,
            T value )
        {
            if ( success ) {
                throw new TestException(
                    testName,
                    methodName +
                    "メソッド実行後に消滅したデータを選択できてしまいました。" +
                    "選択値:" + value
                    + Environment.NewLine +
                    methodName +
                    "メソッドとSelectメソッドを確認してください。" );
            }
        }

        //1つのデータを生成・消滅できる事を確認するテスト。
        protected void OneDataLifeCycleTest(
            IImmutablDataManager<T> target,
            T value )
        {
            string testName = "OneDataLifeCycleTest";
            int count = target.Count;
            var oneTarget = OneDataInsertSubTest( target, value, testName, count );
            OneDataDeleteSubTest( oneTarget, value, testName, count );
        }

        //1つのデータを発生させるサブテスト。
        private IImmutablDataManager<T> OneDataInsertSubTest(
            IImmutablDataManager<T> target, T value,
            string testName, int count )
        {
            var newTarget = target.Insert( value );
            this.CountCheck(
                testName: testName,
                target: newTarget,
                methodName: "Insert",
                before: count,
                rightValue: ( count + 1 ) );
            bool success = this.CanSelect(
                target: newTarget,
                count: 1,
                value: value );
            if ( !success ) {
                this.InsertSelectError(
                    testName: testName,
                    target: target,
                    methodName: "Insert",
                    success: success,
                    value: value );
            }
            return newTarget;
        }

        //1つのデーターを消滅させるサブテスト。
        private void OneDataDeleteSubTest(
            IImmutablDataManager<T> target, T value,
            string testName, int count )
        {
            var newTarget = target.Delete();
            this.CountCheck(
                testName: testName,
                target: newTarget,
                methodName: "Delete",
                before: count,
                rightValue: count );
            bool error = this.CanSelect(
                target: newTarget,
                count: 1,
                value: value );
            if ( error ) {
                this.DeleteSelectError(
                    testName: testName,
                    target: newTarget,
                    methodName: "Delete",
                    success: error,
                    value: value );
            }
        }

        //2つのデータが生成・消滅できる事を確認するテスト。
        protected virtual void TwoDataLifeCycleTest(
            IImmutablDataManager<T> target,
            T one,
            T two )
        {
            string testName = "TwoDataLifeCycleTest";
            int count = target.Count;
            var twoTarget = TwoDataInsertSubTest( target, one, two, testName, count );
            TwoDataDeleteSubTest( twoTarget, testName, count );
        }

        //2つのデータを発生させるサブテスト。
        private IImmutablDataManager<T> TwoDataInsertSubTest(
            IImmutablDataManager<T> target, T one, T two,
            string testName, int count )
        {
            var oneTarget = target.Insert( one );
            var twoTarget = oneTarget.Insert( two );
            this.CountCheck(
                testName: testName,
                target: twoTarget,
                methodName: "Insert",
                before: count,
                rightValue: ( count + 2 ) );
            return twoTarget;
        }

        //2つのデーターを消滅させるサブテスト。
        private void TwoDataDeleteSubTest(
            IImmutablDataManager<T> target, string testName, int count )
        {
            var newTarget = target.Delete();
            this.CountCheck(
                testName: testName,
                target: newTarget,
                methodName: "Delete",
                before: count,
                rightValue: ( count + 1 ) );
            var zeroTarget = newTarget.Delete();
            this.CountCheck(
                testName: testName,
                target: zeroTarget,
                methodName: "Delete",
                before: count,
                rightValue: count );
        }
    }
}

using System;
using DataStructure;

namespace Test
{
    abstract class IImmutablDataFreeManagerTest<T> : IImmutablDataManagerTest<T>
    {
        //1つのデータを任意の場所で、生成・更新・消滅できる事を確認するテスト。
        protected void OneDataLifeCycleToIndexTest(
            IImmutablDataFreeManager<T> target,
            T value )
        {
            string testName = "OneDataLifeCycleTest";
            int count = target.Count;
            int index = 0;
            var oneTarget = this.OneDataInsertSubTest(
                target, value, testName, count, index );
            this.OneDataDeleteSubTest(
                oneTarget, value, testName, count, index );
        }

        //1つのデータを生成するサブテスト。
        protected IImmutablDataFreeManager<T> OneDataInsertSubTest(
            IImmutablDataFreeManager<T> target,
            T value,
            string testName,
            int before,
            int index )
        {
            var newTarget = target.Insert( value, index );
            this.CountCheck(
                testName: testName,
                target: newTarget,
                methodName: "Insert(int)",
                before: before,
                rightValue: ( before + 1 ) );
            if ( !newTarget.Select( index ).Equals( value ) )
                throw new TestException(
                    testName,
                     "挿入した位置に正しいデータがありません。"
                     + Environment.NewLine +
                    "予想値:" + value +
                    ", 実際の値:" + newTarget.Select( index ) +
                    "Insert(index)メソッドと" +
                    "Select(index)メソッドを確認してください。" );
            return newTarget;
        }

        //1つのデータを消滅するサブテスト。
        protected IImmutablDataFreeManager<T> OneDataDeleteSubTest(
            IImmutablDataFreeManager<T> target,
            T value,
            string testName,
            int before,
            int index )
        {
            var newTarget = target.Delete( index );
            this.CountCheck(
                testName: testName,
                target: newTarget,
                methodName: "Delete(int)",
                before: before,
                rightValue: before );
            if ( newTarget.Select( index ).Equals( value ) )
                throw new TestException(
                    testName,
                   "任意の位置にあるデータを正常に消滅できていません。"
                   + Environment.NewLine +
                   "Select(int)メソッドと" +
                   "Delete(int)メソッドを確認してください。" );
            return newTarget;
        }

        //2つのデータが生成・更新・消滅できる事を確認するテスト。
        protected void TwoDataLifeCycleToIndexTest(
            IImmutablDataFreeManager<T> target,
            T one,
            T two )
        {
            string testName = "TwoDataLifeCycleTest";
            int initCount = target.Count;
            var result = this.TwoDataInsertSubTest(
                target, one, two, testName, initCount );
            this.TwoDataDeleteSubTest(
                result.First, 
                one, 
                two, 
                testName, 
                initCount, 
                result.Second );
        }

        //2つのデータを生成するサブテスト。
        protected DataStructure.ImmutabTuple<IImmutablDataFreeManager<T>, int> 
            TwoDataInsertSubTest(
            IImmutablDataFreeManager<T> target,
            T one,
            T two,
            string testName,
            int before )
        {
            int oneindex = 0;
            int twoIndex = oneindex + 1;
            var oneTarget = target.Insert( one, oneindex );
            var twoTarget = oneTarget.Insert( two, twoIndex );
            this.CountCheck(
               testName: testName,
               target: twoTarget,
               methodName: "Insert(int)",
               before: before,
               rightValue: ( before + 2 ) );
            if ( !twoTarget.Select( oneindex ).Equals( one ) )
                throw new TestException(
                    testName,
                   "挿入した位置に正しいデータがありません。"
                   + Environment.NewLine +
                    "予想値:" + one +
                    ", 実際の値:" + twoTarget.Select( oneindex ) +
                    "Insert(index)メソッドと" +
                    "Select(index)メソッドを確認してください。" );
            if ( !twoTarget.Select( twoIndex ).Equals( two ) )
                throw new TestException(
                    testName,
                   "挿入した位置に正しいデータがありません。"
                   + Environment.NewLine +
                    "予想値:" + two +
                    ", 実際の値:" + twoTarget.Select( twoIndex ) +
                    "Insert(index)メソッドと" +
                    "Select(index)メソッドを確認してください。" );
            return new DataStructure.ImmutabTuple<IImmutablDataFreeManager<T>, int>( 
                twoTarget, 
                oneindex );
        }

        //2つのデータを消滅するサブテスト。
        protected virtual void TwoDataDeleteSubTest(
            IImmutablDataFreeManager<T> target,
            T one,
            T two,
            string testName,
            int before,
            int oneindex )
        {
            var oneTarget = target.Delete( oneindex );
            this.CountCheck(
               testName: testName,
               target: oneTarget,
               methodName: "Delete(int)",
               before: before,
               rightValue: ( before + 1 ) );
            if ( oneTarget.Select( oneindex ).Equals( one ) )
                throw new TestException(
                    testName,
                   "任意の位置にあるデータを正常に消滅できていません。"
                   + Environment.NewLine +
                   "Delete(int)メソッドを確認してください。" );
            var zeroTarget = oneTarget.Delete( oneindex );
            this.CountCheck(
               testName: testName,
               target: zeroTarget,
               methodName: "Delete(int)",
               before: before,
               rightValue: before );
            if ( zeroTarget.Select( oneindex ).Equals( two ) )
                throw new TestException(
                    testName,
                   "任意の位置にあるデータを正常に消滅できていません。"
                   + Environment.NewLine +
                   "Delete(int)メソッドを確認してください。" );
        }
    }
}

using System;
using DataStructure;

namespace Test
{
    //不変コンセンスセルのテスト
    class ImmutabConsCellTest<T> : IImmutablDataFreeManagerTest<T>
    {
        //指定したデータが選択可能か否か判定する。
        protected override bool CanSelect(
            IImmutablDataManager<T> target,
            int count,
            T value )
        {
            bool result = false;
            var temp = ( ImmutabConsCell<T> ) target;
            try {
                T returnValue = temp.Select( count );
                result = returnValue.Equals( value );
            } catch ( IndexOutOfRangeException ) {
            }
            return result;
        }

        //全てのテストを実行する。
        public void AllTestExecute(
            Func<ImmutabConsCell<T>> initFunc,
            T one,
            T two,
            T selectRightValue )
        {
            this.OneDataLifeCycleTest( initFunc(), one );
            this.TwoDataLifeCycleTest( initFunc(), one, two );
            this.OneDataLifeCycleToIndexTest( initFunc(), one );
            this.TwoDataLifeCycleToIndexTest( initFunc(), one, two );
        }
    }
}

一目でわかると思いますが、基本的にインスタンスを処理→新しいインスタンスを使って処理...というふうに、連鎖的にインスタンスを使用しています。利点は、処理前の状態がわかることです。以前テストがやり易くなると述べましたが、その言葉には、この利点があるから処理結果を追いやすく、デバッグ作業がやり易いという意味も含まれています。
 今回はこれで終わりです。次回は新しいデータ構造を解説しますが、読者の方は不変配列と、不変キューを作ってみてください。そうすれば、不変オブジェクトと宣言型プログラミングの基本を押さえられるでしょう。続く...
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テーマ : プログラミング
ジャンル : コンピュータ

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Author:インドリ
みなさん、はじめまして、
コンニチハ。

ボクは、無限の夢(infinity dream)を持つネタ好きな虹色の鳥インドリ(in dre)です。
色々な情報処理技術を啄ばむから楽しみにしてね。

http://twitter.com/indori
は別人による嫌がらせ行為です。
私とは関係ないので注意して下さい。
次はなりすましブログなどをするかもしれませんが、ここ以外でブログをするつもりがないので、ここ以外にインドリのブログがあったとしても無視してください。


何度言っても分からない人がいるので、ここにコメント欄へ書き込むときの注意事項を書きます。


一、社会人としてのマナーをわきまえましょう。
一、妄想に基づく書き込みを止めてください。
一、暴言の類は書かないで下さい。
一、某誹謗中傷サイトの書き込みは彼らの妄想に基づく書き込みですから無視して、ここへ書き込まないで下さい。
一、コメント書く前に他のコメントよく読んでから行って下さい。
一、言いがかかり等の行為を禁止します。
一、その他常識的に考えて迷惑なコメントはしないで下さい。


以上のルールを守れない人のコメントは削除します。



利用上の注意
ここに紹介してある文章およびプログラムコードは正確であるように心がけておりますが、内容を保証するものではありません。当サイトの内容によって生じた損害については、一切の責任を負いませんので御了承ください。


執筆したCodeZineの記事


【VB.NETで仮想CPUを作ろう】

  1. VB.NETで仮想CPUを作ろう
  2. レジスタの実装
  3. 仮想CPUのGUI化
  4. テストドライバの改良
  5. CPUの基礎動作の実装
  6. MOV命令の実装
  7. ADD命令実装
  8. SUB命令実装
  9. INC命令&DEC命令の実装と命令長
  10. MLU命令の実装とModR/Mについて
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  12. 機械語駆動式 関数電卓を作ろう!
  13. 機械語駆動式 関数電卓を作ろう! 解答編(前半)
  14. 機械語駆動式 関数電卓を作ろう! 解答編(後半)


【仮想ネットワーク実装でTCP/IPを学ぼう】
  1. TCP/IPの基礎と勘所
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  3. インターネット層の勘所
  4. トランスポート層の勘所
  5. アプリケーション層の勘所
  6. セキュリティの基礎と仮想ネットワークの仕様
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【並列化】
インテル Parallel Studioを使って並列化プログラミングを試してみた
並列プログラミングの効率的なデバッグを実現する「Parallel Inspector」


【TBBシリーズ】
  1. インテル スレッディング・ビルディング・ブロックの概要
  2. インテルTBBから学ぶループの並列化
  3. スレッドセーフとインテルTBBのコンテナ
  4. インテルTBBのスレッドクラス


【OpenMPシリーズ】
  1. OpenMPの基礎構文
  2. OpenMPの実行時ライブラリと並列ループ
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