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Lua Academy · レッスン

オーバーライドとポリモーフィズム

親メソッドをオーバーライドし、実行時の多態的ディスパッチを実現します。

「オーバーライドとポリモーフィズム」はCoddyKit上の無料Lua Academyレッスンです。 これはレッスン4/4です。 下記で完全なレッスンを無料で読むことができます。その後、ブラウザ内の組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューターでハンズオン演習できます。 これはLua Academy学習パスの一部であり、ウェブとCoddyKitアプリ全体で進捗が同期されます。 Lua Academyコースには全4レッスンが含まれています。

メソッドのオーバーライド

子クラスで親メソッドと同じ名前のメソッドを定義すると、親メソッドをオーバーライドできます。子クラスのインスタンスに対して呼び出すと、子クラス側の実装が実行されます。親クラスの実装にはParent.method(self)でアクセスできます。

local Shape={} Shape.__index=Shape
function Shape:area() return 0 end
function Shape:describe() print(type(self).." area="..self:area()) end

local Circle={} Circle.__index=Circle
setmetatable(Circle,{__index=Shape})
function Circle.new(r) return setmetatable({r=r},Circle) end
function Circle:area() return math.pi*self.r^2 end

local Square={} Square.__index=Square
setmetatable(Square,{__index=Shape})
function Square.new(s) return setmetatable({s=s},Square) end
function Square:area() return self.s^2 end

Circle.new(5):describe()
Square.new(4):describe()

多相ディスパッチ

ポリモーフィズムとは、異なる型のオブジェクトが同じメッセージに対して異なる応答をする仕組みです。任意の「shape」を受け取り:area()を呼び出す関数は、どのshape型にも使用でき、それぞれの型が独自の実装で応答します。

local shapes={
  Circle.new(3),
  Square.new(4),
  Circle.new(1),
}

local total=0
for _,shape in ipairs(shapes) do
  total=total+shape:area()
end
print(string.format("Total area: %.2f",total))

ダックタイピング

Luaはダックタイピングを使用します。オブジェクトがそのメソッドを持っていれば動作し、正式なインターフェース宣言は必要ありません。:speak()を呼び出す関数は、クラスに関係なくspeakメソッドを持つ任意のオブジェクトで動作します。

local function makeNoise(obj)
  if type(obj.speak)=="function" then
    obj:speak()
  else
    print("(silent)")
  end
end

local Duck={speak=function(self) print("Quack!") end}
local Robot={speak=function(self) print("Beep boop!") end}
local Rock={}

makeNoise(Duck)   -- Quack!
makeNoise(Robot)  -- Beep boop!
makeNoise(Rock)   -- (silent)

演算子のポリモーフィズム

__addなどのメタメソッドによって、演算子にもポリモーフィズムを持たせられます。各型で__addを定義すれば、異なる型が+に独自の意味で応答できます。

local Vec2={} Vec2.__index=Vec2
Vec2.__add=function(a,b) return Vec2.new(a.x+b.x,a.y+b.y) end
Vec2.__tostring=function(v) return "("..v.x..","..v.y..")" end
function Vec2.new(x,y) return setmetatable({x=x,y=y},Vec2) end

local Color={} Color.__index=Color
Color.__add=function(a,b)
  return Color.new(math.min(255,a.r+b.r),math.min(255,a.g+b.g),math.min(255,a.b+b.b))
end
function Color.new(r,g,b) return setmetatable({r=r,g=g,b=b},Color) end

print(tostring(Vec2.new(1,2)+Vec2.new(3,4)))  -- (4,6)

Visitorパターン

Visitorパターンは、操作をオブジェクトから分離します。操作側が異なる型のオブジェクトを「訪問」し、型に応じた適切なメソッドを呼び出します。型を変更せずに型ごとに異なる操作を実装したい場合に使用します。

local function printInfo(obj)
  local mt = getmetatable(obj)
  if mt == Circle then
    print(string.format("Circle r=%.1f area=%.2f",obj.r,obj:area()))
  elseif mt == Square then
    print(string.format("Square s=%.1f area=%.2f",obj.s,obj:area()))
  end
end
for _,s in ipairs({Circle.new(3),Square.new(4)}) do
  printInfo(s)
end

インターフェーステーブル

インターフェースをメソッド名のテーブルとして定義します。ポリモーフィックに使用する前に、オブジェクトが必要なすべてのメソッドを実装していることを検証します。

local function implements(obj, interface)
  for _, method in ipairs(interface) do
    if type(obj[method]) ~= "function" then
      return false, "missing: "..method
    end
  end
  return true
end

local Drawable = {"draw","resize","move"}

local Widget = {
  draw=function(self) print("draw "..self.type) end,
  resize=function(self,w,h) self.w,self.h=w,h end,
  move=function(self,x,y) self.x,self.y=x,y end,
  type="button"
}

local ok,err = implements(Widget,Drawable)
print(ok,err)  -- true nil

メソッドの存在確認

オプションのメソッドをポリモーフィックに呼び出す前に、オブジェクトがそのメソッドを持っているか確認します。これにより、共通の基底クラスを必要とせずにオプションの機能を利用できます。

local function maybeUpdate(obj, dt)
  if type(obj.update)=="function" then
    obj:update(dt)
  end
end

local objects={
  {x=0,y=0,update=function(self,dt) self.x=self.x+10*dt end},
  {x=0,y=0},  -- no update
  {x=0,y=0,update=function(self,dt) self.y=self.y+5*dt end},
}

for _,o in ipairs(objects) do maybeUpdate(o,1) end
for _,o in ipairs(objects) do print(o.x,o.y) end

型ベースのディスパッチテーブル

if/elseifの連鎖の代わりに、型名をハンドラー関数へ対応付けるディスパッチテーブルを使用します。これはテーブル駆動型ポリモーフィズムのパターンです。

local handlers={
  number  = function(v) return "num:"..v end,
  string  = function(v) return "str:\"".."..v.."\"" end,
  boolean = function(v) return "bool:"..(v and "T" or "F") end,
  table   = function(v) return "tbl:#"..tostring(#v) end,
}

local function describe(v)
  local h=handlers[type(v)]
  return h and h(v) or "unknown"
end

print(describe(42))
print(describe("hello"))
print(describe({1,2,3}))

共変戻り値

子クラスのメソッドは、親クラスのメソッドより具体的な型を返せます(共変戻り値)。Luaは動的型付けなので、これは自然に実現できます。子クラスのファクトリは親クラスではなく、子クラスのインスタンスを返します。

local Base={} Base.__index=Base
function Base.new() return setmetatable({type="base"},Base) end
function Base:copy() return Base.new() end

local Child={} Child.__index=Child
setmetatable(Child,{__index=Base})
function Child.new(extra)
  local self=setmetatable({type="child"},Child)
  self.extra=extra; return self
end
function Child:copy() return Child.new(self.extra) end  -- covariant

local c=Child.new("hello")
local c2=c:copy()
print(c2.extra,getmetatable(c2)==Child)  -- hello true

ポリモーフィズムのまとめ

Luaのポリモーフィズムでは、同じメソッド名に対して型ごとに異なる振る舞いを実装します。メタテーブルベースのOOP、ダックタイピングによる確認、またはディスパッチテーブルで実現できます。正式なインターフェースシステムは必要なく、一貫したメソッド命名規則があれば十分です。

-- Three ways to achieve polymorphism:
-- 1. Metatable inheritance + method override
-- 2. Duck typing: just call it if it exists
-- 3. Dispatch table: map type -> handler

local function area(shape)
  -- Duck typing approach:
  assert(type(shape.area)=="function","needs area()")
  return shape:area()
end

print(area({area=function() return 16 end}))  -- 16

ポリモーフィズムに関する質問

Luaではポリモーフィズムはどのように機能しますか?

まとめ:オーバーライドとポリモーフィズム

子クラスで親メソッドを再定義すると、親メソッドをオーバーライドできます。Luaは__indexチェーンを下から上へたどって呼び出しを解決し、実行時の多相ディスパッチを自然に実現します。

よくある質問

「オーバーライドとポリモーフィズム」レッスンは無料ですか?

はい。「オーバーライドとポリモーフィズム」の完全なテキストはこのウェブで無料で読めます。インタラクティブに演習し(組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューター)、Lua Academyコースの残りをアンロックするには、CoddyKit PROにアップグレードしてください。 Lua Academyコースには全4レッスンが含まれています。

「オーバーライドとポリモーフィズム」で何を学びますか?

親メソッドをオーバーライドし、実行時の多態的ディスパッチを実現します。 ブラウザで直接実行するハンズオンコードでLua Academyを演習し、24時間対応のAIチューターがレッスンを進める中での質問に答えます。

Lua Academyを始めるのに経験は必要ですか?

事前経験は必要ありません。CoddyKitのLua Academyは初級者から上級者向けに構成されているため、ここから始めるか最初から始めて、自分のペースで進むことができます。 これはレッスン4/4です。

「オーバーライドとポリモーフィズム」レッスンにはどのくらい時間がかかりますか?

ほとんどのCoddyKitレッスンは約5~10分かかります。各レッスンはコンパクトでインタラクティブなので、着実に進歩し、ウェブとアプリ全体で正確に前回の場所から再開できます。

このLua Academyレッスンでコードを書いて実行できますか?

はい。すべてのLua Academyレッスンに組み込みコードエディタが含まれているため、ブラウザでリアルコードを書いて実行し、即座のAIフィードバックを取得できます。ローカル設定は不要です。

このコースのすべてのレッスン

  1. __indexチェーンによる単一継承
  2. superによる親メソッドの呼び出し
  3. Mixinパターン
  4. オーバーライドとポリモーフィズム
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