恒例の授業アンケートの結果を見てみた。 回答数が少ないため、評価値はあんまり宛てにはならないが、 例年通りのポイントであった。

今年は、オブジェクト指向が応用でどのように使われているのか、 事例をプログラム例を見せながら説明したりして、例年よりは 進度が早まった。(その点UMLの図法の詳細説明を省いている)

さらに講義室に、大型テレビがあったので、パソコンで 以前の自分のBLOG記事や、他のWebの解説記事などを見せながら 説明したり、プログラムを実演しながら見せたりと、 パソコン画面を用いた説明を増やしてみた。

概ね好評であったと思うが、ポイントには出ているのかは、 少数データで判別は困難かな…

今年の卒業研究では、型落ちしたスマホなどが出た時の活用として、 川の氾濫警報のための監視システムを作ることをテーマにしている。

そこで、平常時の川の写真よりも、濁流となった状態がどういったものなのか、 サンプルが欲しいということで、今朝の川の動画を撮影してみた。

これより解かることとして、濁流状態では水しぶきで霞んだ状態になっている。 このため、時間軸の差分法では、明確な「濁流」を検出することは難しいと思われる。

オブジェクト指向で、純粋仮想基底クラスと、仮想関数を使った応用では、 コンテナクラスと呼ばれる方法が使われる。 コンテナクラスでは、空っぽの純粋仮想基底クラスを使って、データを便利に扱える 処理(アルゴリズム)を記述しておく。 自分でデータを扱うプログラムを作成する場合には、その空っぽクラスから派生させた クラスを定義し、仮想関数のメカニズムを使ってそのアルゴリズムが動くようにしておく。 こうすれば、面倒なアルゴリズムを、違う型でもそのアルゴリズムを使える。 このようなクラスは、コンテナクラスなどと呼ばれたり、Generic クラスなどと呼ばれる。

過去の記事では純粋仮想クラスの説明で、Object という純粋仮想基底クラスで、 データ並び替えなどのアルゴリズムが、使える例を示した。

しかし、この過去の記事では、配列には、Object から派生させた Integer や、CString が 入っている例で、便利に使える例として説明しているが、 一つの配列の中に、Integer や CString が混在したら、実は cmp() 関数で、 異なる型のことを考えていないため、実行時に動かなくなる。

こういった問題の解決として、色々なテクニックが考案されているが、この例が、 C++ のテンプレート機能と、Java の Generics 機能である。 ただ、この2つの機能は、文法の字面では似ているが、考え方はまるっきり違う。 以下に、固定長スタックを例に使い方を中心に説明する。

C++ テンプレート

C++のテンプレート機能の基本原理は、実はあんまりオブジェクト指向と関係はない。 例えば、整数データを記憶するスタックのプログラムは以下のようになる。

class Stack {
private:
   int data[ 100 ] ;
   int sp ;
public:
   Stack() { sp = 0 ; }
   void push( int x ) {
      data[ sp++ ] = x ;
   }
   int pop() {
      return data[ --sp ];
   }
} ;
void main() {
   Stack s ;
   s.push( 1 ) ; s.push( 2 ) ;
   printf( "%d" , s.pop() ) ;
   printf( "%d" , s.pop() ) ;
}

しかし、整数を覚えるスタックは記述できたが、実数を覚えるスタックや文字列を覚えるスタックは、改めて記述する必要がある。 この不便さを解消するのがテンプレート機能である。

template<class T>
class Stack {
private:
   T data[ 100 ] ;
   int sp ;
public:
   Stack() { sp = 0 ; }
   void push( T x ) {
      data[ sp++ ] = x ;
   }
   T pop() {
      return data[ --sp ] ;
   }
} ;
void main() {
   Stack<int> si ;  // 型Tにintを割り当てた、処理が生成される。
   si.push( 1 ) ; printf( "%d" , si.pop() ) ;
   Stack<double> sd ; // 型Tにdoubleを割り当てた、処理が生成される。
   sd.push( 1.23 ) ; printf( "%lf" , sd.pop() ) ;
}

テンプレートの基本は、型情報を<class T>として雛形プログラムを記述しておき、 具体的に型を明記して使われた時点で、その型に応じた機械語を生成してくれる。

JavaのGenerics

JavaのGenericsは、字面や使い勝手では、C++のテンプレートと同じように使う。 しかし、実際は、Java の全データの純粋仮想基底クラスの Object 型を使っている。

public class Stack<T> {
   private T[] data ;
   private int sp ;
   public Stack() {
      sp = 0 ;
      data = (T[]) new Object[10] ;
   }
   public void push( T x ) {
      data[ sp++ ] = x ;
   }
   public T pop() {
      return data[ --sp ] ;
   }
   public static void main() {
      Stack<Integer> si ; // Integerはintのラッパークラス
      si.push( 1 ) ; System.out.println( si.pop() ) ;
      Stack<Double> sd ;  // Doubleはdoubleのラッパークラス
      sd.push( 1.23 ) ; System.out.println( sd.pop() ) ;
   }
}