オブジェクト指向

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1 オブジェクト指向

2 オブジェクトとは コンピュータで扱う複雑な対象のモデル化の一つ オブジェクトの内部データは変数 ( インスタンス変数 ) の集合で表現されている オブジェクトの内部データに関する処理の方法 ( ) をオブジェクト自身が 知っている オブジェクトの内部は外からは見えない ( 隠蔽, またはカプセル化 ) 処理の名前が同じでも, オブジェクトごとに処理の中身が異なり得る ( 多相性, またはポリモルフィズム )

3 オブジェクト メッセージとも言う オブジェクト A 1 インスタンス変数 の名前を使って処理を依頼 それに対する応答 同じ名でも処理の中身は異なり得る ( 多相性 ) 隠蔽されている ( カプセル化 ) オブジェクト B 4 インスタンス変数

4 クラスと継承 クラス 内部構造が同じオブジェクトをまとめたもの ( 抽象化その 1) オブジェクトの内部データ構造やはクラスが知っている クラスに属するオブジェクトをそのクラスのインスタンスと呼ぶ スーパークラス 内部構造が似たクラスの共通部分を抜き出してまとめたもの ( 抽象化その 2) サブクラス あるクラスの内部構造に何かを付け加えたり, 少し変更を加えたりして ( 継承, またはインヘリタンスして ) 作ったクラス スーパークラスとサブクラスは親子関係, 木構造になる

5 クラス 同じ内部構造をもつオブジェクトならば オブジェクト A 1 インスタンス変数 オブジェクト A 2 オブジェクト A 3 インスタンス変数 インスタンス変数

6 クラス 同じインスタンス変数の集合と同じをもつものをまとめたもの クラス A そのインスタンスに共通の情報を保持 インスタンス変数の集合の情報 個々のインスタンスは自分の内部状態を保持 オブジェクト A 1 オブジェクト A 2 オブジェクト A 3 インスタンス変数 インスタンス変数 インスタンス変数

7 スーパークラス サブクラス クラス A インスタンス変数の集合の情報 インスタンス変数の追加 の追加や変更 クラス B インスタンス変数の集合の情報 オブジェクト A 1 インスタンス変数 継承 矢印を逆に見れば抽象化 オブジェクト B 4 インスタンス変数

8 x-y 平面上の点をオブジェクトで記述 教科書のようにレコードとして記述された点 ( ポイント ) との違いに注目 レコードとして記述された点 ( ポイント ) について学んでいなければ, 上の 注目 は無視してもよい 以下, オブジェクト指向そのものまたは Ruby に関する説明 プログラムの意味に関する説明

9 class Point def = = v 初期化 Point.new(u,v) とすると必ず呼ばれる の 2 のついた変数がインスタンス変数 def def = u 無引数の x というの定義定義のときも, 呼び出すときも () は省略してよい. ただし, スライドでは x, y, height, color 以外は省略しない への代入もとして定義される! の名前は x= 引数は 1 個 ( 引数のカッコは省略化, 後述 ) # 以下 y 座標についても同様 内部の x と y を隠蔽する書き方

10 class Pointpolar def = Math.sqrt(u**2 = Math.atan2(v, u) def * Math.cos(@theta) def = Math.sqrt(u**2 = Math.atan2(self.y, u) クラス名はともかく, 内部がどうなっているかユーザにはわからない 内部が極座標で表されている点オブジェクトただし, はデカルト座標を使用! Math.sqrt は include(math) としてから単に sqrt と書くのと同じ. 以下同様 同じ名でも Point クラスとは中身が違う self は自分自身のこと自分自身の y 座標を聞いている 練習 : def y() と def y=(v) を完成せよ

11 Person のソースを見てみよう Person: ソートのアニメーションで使った人形 5 番目のスライドを参照 主な 属性 x x= y y= height height= color color= 身長の比較 < <= > >= x= のような 代入 風のがあるものは x() と書かず単に x と書こう ( 単なるお約束 ) アニメ move flash raise_hand lower_hand 表示 非表示 show hide そのほかの 状態の質問 initialize is_raising_hand is_visible 描画 display (display_all_objectsの中から自動的に呼ばれる) Personは描画対象となる図形一般のクラスSpriteのサブクラス API 説明書を参照しながら見るとよい

12 ソースプログラム等のありか ( 簡易版 ) 以下からダウンロード 中身はここで必要になる以下の 3 のファイルのみ person.rb (Personクラスのソースコード) alien.rb (Personクラスの拡張等が入っている) API_reference.mht ( 簡単なAPI 仕様を書いたhtml 文書 )

13 ソースプログラム等のありか ( 本格版 ) 以下からダウンロード のページの一番下のアーカイブ info.tar.gz タグ これを解凍して, info/lib/komaba/mini_star/person.rb (Personクラスのソースコード) info/examples/alien.rb (Personクラスの拡張等が入っている) info/documents/api.html ( 簡単なAPI 仕様書が入っている )

14 class Person < Sprite Person クラスは Sprite クラスのサブクラス def initialize() = = = = [1.0, 1.0, = = true redisplay_all_objects() def def = height redisplay_all_objects() Person の initialize は引数なし super は Person のスーパークラス Sprite の同名の initialize を呼び出す. この場合引数がないので () がつく redisplay_all_objects により画面上の描画対象をすべて描画しなおす initialize は手の上がり具合を示す は表示されるか否か 1 つの Person インスタンスの身長を変更しただけでも全体を描画しなおす ( 簡単のため ). color= や right_arm_height_ratio= なども同様 Person.rb

15 def <(other) self.height < other.height def <=(other) self.height <= other.height def >(other) self.height > other.height def >=(other) self.height >= other.height height とせずに,self.height とするのは,height というインスタンス変数がない場合にも使えるようにするため ( 一般化 ) 呼び出すときは person1.< (person2) と書くのが正式だが, このような記号の場合には. と () を省いて, person1 < person2 と書くことができる. 同様に, person.x=(20) と書くべきところを person.x=20 と, カッコを省いて書くことができる.Ruby の便利記法により, 通常の演算子のように使える.

16 move の仕様 (API 仕様書から ) move(x, y) move(x, y, options) 人形を現在位置から (x, y) 座標に移動させる options で移動にかかる時間またはスピードを指定できる p = Person.new() p.move(0, 0) p.move(100, 100, :time => 5) p.move(200, 200, :speed => 100) # 省略可能 # 5 秒かけて移動 # 100[px/s] の速度で移動 両方同時に指定した場合は :time を優先

17 def move(dst_x, dst_y, options = {}) # begin parsing options if options[:time] frame = (options[:time] * FPS).to_i() elsif options[:speed] d = Math.sqrt((self.x - dst_x) ** 2 (self.y - dst_y) ** 2) frame = ((d * FPS) / options[:speed]).to_i() else frame = 20 # parsing option start_x = self.x start_y = self.y m = frame for i in 1..m ratio = i.to_f() / m x = (ratio * dst_x (1 - ratio) * start_x).to_i() y = (ratio * dst_y (1 - ratio) * start_y).to_i() self.set_xy(x, y) 薄いところは option を解析して移動速度を求めている.FPS は冒頭で定義された定数 ( 毎秒 30 フレーム ). 変数 frame に何フレームかけて移動するかを入れる.( 参考程度に見ればよい ) x 座標や y 座標はすべての図形の位置を表現するのに必要なので, Person の x,x=,y,y= はスーパークラスの Sprite で定義されている. 所要フレーム数だけ移動幅に分割して少しずつ動かす set_xy は x 座標と y 座標を同時に変更する. 別々に変更するとそのたびに redisplay_all_objects() が走るので千鳥足のように動いてしまう

18 def is_raising_hand() self.right_arm_height_ratio == 1.0 手を挙げているかどうか? def raise_hand() if self.is_raising_hand() return m = 3 for i in 1..m self.right_arm_height_ratio = i.to_f() / m すでに手を挙げていれば何もしない 3 フレームかけて滑らかに手を挙げる lower_hand() も同様

19 def = true redisplay_all_objects() def = false が false になっているものは redisplay_all_objects() では描画されない def

20 Person からいろいろ作ってみよう Woman クラス < Person クラス スカートをはいている ( スカートは台形で描画 ) Child クラス < Person クラス 身長が 100 以下に制限される Alien クラス < Person クラス 内部座標系が極座標 しかし, 表向きはデカルト座標で生活 すべて,alien.rb に入っている

21 class Woman < Person def display() if!self.is_visible return super() - / 2, 10, / まずは Person として描画 display が上書きされている 台形の左上のx 座標台形の左上のy 座標台形の上底の幅台形の下底の幅台形の高さ台形の色スカート

22 class Child < Person def initialize() super() self.height = 50 def height=(v) if 100 < v v = 100 super(v) initialize と height= が上書きされている デフォルトの身長は 50 指定された身長 v が 100 を超えていたら,100 にして, スーパークラスの height= に v を渡して, 身長を設定してもらう

23 class Alien < Person def = = Math::PI / 4 super() def * Math.cos(@theta) Math::PI で Math ライブラリに入っている定数 PI が参照できる あとのことはスーパークラスの Person は存在するが何の働きもしない def set_xy(x, = Math.sqrt(x ** 2 y ** = Math.atan2(y, x) redisplay_all_objects(() initialize,x() などが上書きされている 新しい x 座標と y 座標を両方求めてから一挙に描画する

24 練習 これまでに学んだものを利用して, いろいろと面白いプログラムを書いてみよう ( ゲーム的なものもある程度可能なはず ) 次の 3 文をファイルの先頭に入れておくとよい require "komaba/mini_star" include(komaba::ministar) load("alien.rb") API 仕様書には chekpoint(), halt(), is_pressed(key) などの関数の説明がある ちなみに alien.rb には Alien オブジェクトと Person オブジェクトを適当に混ぜた 16 個を配列に入れるプログラムがある

25 具体的な練習例 Woman,Child,Alien のインスタンスを作ってみよう Person の代わりに Woman や Alien でソートを可視化してみよう 子供の場合は, 手の上げ下げにかかるフレーム数を 2 にしてみよう キーボードの矢印キーのとおりに動く人形を作ってみよう (Person のサブクラス Robot) Person と Alien が混じったものが画面上にあるとき,Robot を操縦し, 人形のところで右手を上げたら, 人形の正体が色でわかる.Alien 2 体の正体をばらしてしまったらゲームオーバー 2 人ゲームにできないかどうか考えてみよう などなど