Dart ジェネリクス

ジェネリクス（Generics）を使用すると、コードを書くときに具体的な型を指定せず、型パラメータをプレースホルダとして使用し、使用時に型を決定できます。

ジェネリクスの核心的な価値は型安全性とコードの再利用——1つのコードで複数の型に対応し、同時にコンパイラが型エラーをチェックしてくれます。

なぜジェネリクスが必要なのか

まず、ジェネリクスがない場合の課題を見てみましょう。

例

ジェネリクスを使わない書き方：

// ジェネリクスなし：Objectしか格納できず、取り出すときに手動で型変換が必要
class IntBox {
int value;
IntBox(this.value);
}

class StringBox {
String value;
StringBox(this.value);
}

// 新しい型を追加するたびに新しい Box クラスを書く必要があり、コードが大量に重複する

void main() {
var intBox = IntBox(42);
var stringBox = StringBox('サンプル');

print('整数: ${intBox.value}');
print('文字列: ${stringBox.value}');
}

int も String も格納でき、しかもコンパイル時に型安全性を保証できる Box クラスを書く方法はないでしょうか？

これがジェネリクスが解決する問題です。

ジェネリクスクラス

ジェネリクスクラスは、クラス名の後に山かっこ <> で型パラメータを宣言し、クラス内部でこの型パラメータを使用します。

例

// <T> は型パラメータで、T は「何らかの型」を表すプレースホルダ
// 慣例のな命名：T（Type）、E（Element）、K（Key）、V（Value）
class Box<T> {
T value;

Box(this.value);

T getValue() {
return value;
}

void setValue(T newValue) {
value = newValue;
}

void printValue() {
print('Box 内の値: $value (型: ${value.runtimeType})');
}
}

void main() {
// ジェネリクスクラスを使用するときに具体的な型を指定
var intBox = Box<int>(42);
var stringBox = Box<String>('サンプル Dart チュートリアル');
var doubleBox = Box<double>(3.14);

intBox.printValue();
stringBox.printValue();
doubleBox.printValue();

// 型安全性：以下のコードはコンパイル時にエラーになる
// intBox.setValue('hello'); // エラー：String は int に代入できない

// 型推論：Dart はコンストラクタの引数から型を推論できる
var autoBox = Box('String として自動推論');
print('推論された型: ${autoBox.value.runtimeType}');
}

Box 中的值: 42 (类型: int)
Box 中的值: サンプル Dart 教程 (类型: String)
Box 中的值: 3.14 (类型: double)
推断类型: String

複数の型パラメータ

ジェネリクスクラスは複数の型パラメータを持つことができます。

例

// K はキーの型、V は値の型を表す
class Pair<K, V> {
K key;
V value;

Pair(this.key, this.value);

@override
String toString() => 'Pair($key: $value)';
}

void main() {
var pair1 = Pair<String, int>('サンプル', 10);
var pair2 = Pair('score', 95.5); // 型推論

print(pair1);
print(pair2);
}

Pair(サンプル: 10)
Pair(score: 95.5)

ジェネリクスメソッド

ジェネリクスクラスに加えて、関数やメソッドでもジェネリクスを使用できます。

例

// ジェネリクス関数：戻り値の型と引数の型が一致
// 戻り値の型の前に <T> を宣言
T firstElement<T>(List<T> list) {
if (list.isEmpty) {
throw ArgumentError('リストを空にすることはできません');
}
return list[0];
}

// ジェネリクス関数：2つの値を交換
void swap<T>(List<T> list, int i, int j) {
T temp = list[i];
list[i] = list[j];
list[j] = temp;
}

void main() {
// 呼び出し時に Dart が自動的に型を推論
var names = ['サンプル', 'Dart', 'Flutter'];
print('最初の名前: ${firstElement(names)}');

var scores = [95, 88, 72];
print('最初のスコア: ${firstElement(scores)}');

// 要素の交換
var items = ['A', 'B', 'C'];
print('交換前: $items');
swap(items, 0, 2);
print('交換後: $items');
}

第一个名字: サンプル
第一个分数: 95
交换前: [A, B, C]
交换后: [C, B, A]

型制約 extends

型パラメータを特定の型のサブタイプのみに制限したい場合があります。

extends キーワードを使用すると、ジェネリクスパラメータに制約を課すことができます。

例

// 数値計算機を定義
// <T extends num> は T が num またはそのサブクラス（int、double）でなければならないという制約
class Calculator<T extends num> {
T a;
T b;

Calculator(this.a, this.b);

// T extends num という制約があるため、num のメソッドを安全に使用できる
double add() => (a + b).toDouble();
double subtract() => (a - b).toDouble();
double multiply() => (a * b).toDouble();
double divide() => a / b;

void printOperations() {
print('サンプル計算機: $a と $b');
print(' 加算: ${add()}');
print(' 減算: ${subtract()}');
print(' 乗算: ${multiply()}');
print(' 除算: ${divide().toStringAsFixed(2)}');
}
}

void main() {
var intCalc = Calculator<int>(10, 3);
intCalc.printOperations();

var doubleCalc = Calculator<double>(3.5, 1.5);
doubleCalc.printOperations();

// 以下の行はエラーになる：String は num のサブクラスではない
// var strCalc = Calculator<String>('a', 'b'); // エラー！
}

サンプル 计算器: 10 和 3
  加: 13.0
  减: 7.0
  乘: 30.0
  除: 3.33
サンプル 计算器: 3.5 和 1.5
  加: 5.0
  减: 2.0
  乘: 5.25
  除: 2.33

型制約により、ジェネリクスの柔軟性を保ちながら、制約された型のメソッドを使用できます。例えば上記で T extends num と制約した場合、num 型がこれらの演算をサポートしているため、メソッド本体内で +、-、*、/ などの演算子を使用できます。

ジェネリクスコレクションの使用

Dart の主要なコレクションクラス（List、Set、Map）はすべてジェネリクスです。

ジェネリクスコレクションを使用すると、コンパイル時の型チェックが可能になります。

例

void main() {
// 要素の型を String に指定
List<String> names = ['サンプル', 'Dart', 'Flutter'];
// names.add(42); // エラー：int は List<String> に追加できない

// キーと値の型を指定
Map<String, int> scores = {
'サンプル': 95,
'Alice': 87,
};
// scores['Bob'] = '优秀'; // エラー：String は int に代入できない

// Set の要素型を指定
Set<double> prices = {9.99, 19.99, 29.99};

// ジェネリクスコレクションの関数型操作
List<int> numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6];

// 型安全なフィルタリングとマッピング
List<int> evenNumbers = numbers.where((n) => n % 2 == 0).toList();
List<String> labels = numbers.map((n) => 'サンプル-$n').toList();

print('偶数: $evenNumbers');
print('ラベル: $labels');

// fold を使用した型安全な累積計算
int sum = numbers.fold<int>(0, (prev, n) => prev + n);
print('合計: $sum');
}

偶数: [2, 4, 6]
标签: [サンプル-1, サンプル-2, サンプル-3, サンプル-4, サンプル-5, サンプル-6]
总和: 21

実践応用：ジェネリクスリポジトリパターン

ジェネリクスの実開発における最も古典的な応用の1つが「リポジトリパターン」（Repository Pattern）です。

例

// 汎用リポジトリインターフェースを定義
abstract class Repository<T> {
void add(T item);
void remove(T item);
T? findById(String id);
List<T> getAll();
}

// ユーザーモデル
class User {
String id;
String name;

User(this.id, this.name);

@override
String toString() => 'User($id, $name)';
}

// 商品モデル
class Product {
String id;
String name;
double price;

Product(this.id, this.name, this.price);

@override
String toString() => 'Product($name, ¥$price)';
}

// 具体的な実装：ユーザーリポジトリ
class UserRepository implements Repository<User> {
final List<User> _users = [];

@override
void add(User user) => _users.add(user);

@override
void remove(User user) => _users.remove(user);

@override
User? findById(String id) {
try {
return _users.firstWhere((u) => u.id == id);
} catch (_) {
return null;
}
}

@override
List<User> getAll() => List.unmodifiable(_users);
}

// 具体的な実装：商品リポジトリ（同じインターフェース、異なる型）
class ProductRepository implements Repository<Product> {
final List<Product> _products = [];

@override
void add(Product product) => _products.add(product);

@override
void remove(Product product) => _products.remove(product);

@override
Product? findById(String id) {
try {
return _products.firstWhere((p) => p.id == id);
} catch (_) {
return null;
}
}

@override
List<Product> getAll() => List.unmodifiable(_products);
}

void main() {
var userRepo = UserRepository();
userRepo.add(User('u1', 'サンプル'));
userRepo.add(User('u2', 'Alice'));

var productRepo = ProductRepository();
productRepo.add(Product('p1', 'Dart チュートリアル', 29.99));
productRepo.add(Product('p2', 'Flutter チュートリアル', 49.99));

print('ユーザーリスト: ${userRepo.getAll()}');
print('商品リスト: ${productRepo.getAll()}');
print('ユーザー u1 を検索: ${userRepo.findById('u1')}');
print('商品 p2 を検索: ${productRepo.findById('p2')}');
}

用户列表: [User(u1, サンプル), User(u2, Alice)]
商品列表: [Product(Dart 教程, ¥29.99), Product(Flutter 教程, ¥49.99)]
查找用户 u1: User(u1, サンプル)
查找商品 p2: Product(Flutter 教程, ¥49.99)

ジェネリクスリポジトリパターンを使用すると、統一されたインターフェースで異なる型のデータを処理でき、型安全性を保証しつつ、重複コードを回避できます。

その他の拡張