非関数型プログラマにおくるデータフロー図のすゝめ真鍋俊之

まとめ

• 副作用のあるプログラムは複雑になりやすい

• 副作用が少ないプログラムは、▫ モジュール性が高まる

▫ テストが簡単になる

▫ 並列化しやすくなる

• データフロー図を用いた設計を行うことで、副作用の少ないプログラムができる、かも

関数型プログラミング

• 副作用をできるだけ用いないプログラミングスタイル

• 副作用とは、▫ 「式の値を計算して求める(評価)」以外の動作

引用：Qiita「関数型言語」に関するFAQ形式の一般的説明http://qiita.com/esumii/items/ec589d138e72e22ea97e

副作用のない関数例

• int add ( int a, int b ) {

return a + b;}

副作用のある関数例

• int add ( int a, int b ) {printf ( “%d”, a );return a + b;

}

• 「 printf ( “%d”, a ); 」の行で画面に出力している。▫ 「画面に表示する」という副作用を含んでいる。

副作用がないことで何が嬉しい？

• 関数の出力が入力にのみに依存する(＝文脈によって、結果が変わらない)▫ 関数の独立性が高い

▫ テスト、検証が容易

▫ 人が理解しやすい

オブジェクト指向と関数型プログラミング• 「オブジェクト指向は副作用の分割統治を、

関数型プログラミングは副作用の排除を行うことで、モジュール性を高めようとしたと考えられます。」

引用：なぜリアクティブプログラミングは重要か。http://d.hatena.ne.jp/pokarim/20101226

関数型プログラミングは難しい？

• 難しい話が多い▫ 再帰関数

▫ 高階関数

▫ 参照透明性

▫ 遅延評価

▫ モナド

▫ 型推論

なぜ、データフロー図を使うのか

• 設計なので、関数型(プログラミング)言語を使わない人でも利用可能

• 副作用のない関数を考える目的でも使える

処理データ データ

データフロー図の書き方

• データと処理を矢印でつなげる。

• 「データ⇒処理」はデータが処理の入力であることを示す

• 「処理⇒データ」はデータが処理の出力であることを示す

• 処理は副作用がないように、必要なデータはできる限り書く

処理

入力 出力

データ データ

データフロー図の何が嬉しいのか

• どの順序でデータを作ればよいか(≒処理順序)が分かりやすくなる

• 並列に実行できるところが分かる

処理

処理

データ

データ

データ

データ

処理 データ並列に実行可能

実例：ライフゲーム(1/2)

• 碁盤のような格子があり、一つの格子はセル（細胞）と呼ばれる。

• 各セルには8つの近傍のセルがある (ムーア近傍)

• 各セルには「生」と「死」の2つの状態があり、あるセルの次のステップ（世代）の状態は周囲の8つのセルの今の世代における状態により決定される。

実例：ライフゲーム(2/2)

• セルの生死は次のルールに従う。• 誕生

▫ 死んでいるセルに隣接する生きたセルがちょうど3つあれば、次の世代が誕生する。

• 生存▫ 生きているセルに隣接する生きたセルが2つか3つならば、次の

世代でも生存する。

• 過疎▫ 生きているセルに隣接する生きたセルが1つ以下ならば、過疎に

より死滅する。

• 過密▫ 生きているセルに隣接する生きたセルが4つ以上ならば、過密に

より死滅する。

実例：ライフゲーム(2/2)

• セルの生死は次のルールに従う。• 誕生

▫ 死んでいるセルに隣接する生きたセルがちょうど3つあれば、次の世代が誕生する。

• 生存▫ 生きているセルに隣接する生きたセルが2つか3つならば、次の

世代でも生存する。

• 過疎▫ 生きているセルに隣接する生きたセルが1つ以下ならば、過疎に

より死滅する。

• 過密▫ 生きているセルに隣接する生きたセルが4つ以上ならば、過密に

より死滅する。

今のセルの状態と、隣接する生きたセルの数で次の世代の状態が決まる

世界 次の世代の世界

座標

セルの生死

隣接する生きているセルの数

次の世代のセルの生死

ルール

まとめる

隣接セル見る

セルの座標取得

セルの生死を見る

まとめ

• 副作用のあるプログラムは複雑になりやすい

• 副作用が少ないプログラムは、▫ モジュール性が高まる

▫ テストが簡単になる

▫ 並列化しやすくなる

• データフロー図を用いた設計を行うことで、副作用の少ないプログラムができる、かも