Zero のジェネリクス｜関数と shape の型パラメータ

なぜジェネリクスか

複数の要素型で動くべき型に、すぐに行き当たります。2 つの値の「ペア」は、その値が整数か文字列かユーザー定義の shape かは気にしません。ジェネリクスを使えば、型を 一度 書けば、呼び出し側が必要とするどんな要素型でもインスタンス化できます。

代替——IntPair、StringPair、BytePair などを書く——はすぐに飽きるし、合成できません。Zero のジェネリクスはこの仕事のための標準的な道具です。

ジェネリック関数

関数名とパラメータリストの間の山括弧に型パラメータを宣言します。

fun makePair<T, U>(left: T, right: U) -> Pair<T, U> {
    return Pair { left: left, right: right }
}

T と U はプレースホルダーの型——呼び出し側が何にするかを決めます。

呼び出しは通常、それらを綴り出す必要はありません——コンパイラーが引数の型から推論します。

let pair = makePair(40, 2_u8)

ここでは T は i32 と推論され（サフィックスのない整数リテラルのデフォルト）、U は u8 です（_u8 サフィックスから）。結果のバインディング pair の型は Pair<i32, u8> です。

推論が間違った型を選ぶ場合——たとえばリテラルが曖昧な場合——呼び出し箇所でパラメータを固定できます。

let pair = makePair<u8, u8>(1, 2)

（山括弧の呼び出し構文の正確な形は Zero バージョンで異なる場合があります——正確な綴りは現行ドキュメントを確認してください。推論優先の動作が安定した部分です。）

ジェネリックな shape

shape も同じ方法で型パラメータを取ります。

shape Pair<T, U> {
    left: T,
    right: U,
}

各フィールドの型はパラメータを言及できます。インスタンスはそれらを固定します。

let intBytes: Pair<i32, u8> = Pair { left: 40, right: 2_u8 }
let words:    Pair<String, String> = Pair { left: "hi", right: "there" }

ジェネリックな shape とジェネリック関数を組み合わせた動作例——Run をクリックして推論の動きを見てください。

shape Pair<T, U> {
    left: T,
    right: U,
}

fun makePair<T, U>(left: T, right: U) -> Pair<T, U> {
    return Pair { left: left, right: right }
}

pub fun main(world: World) -> Void raises {
    let pair: Pair<i32, u8> = makePair(40, 2_u8)
    if pair.left == 40 && pair.right == 2_u8 {
        check world.out.write("generic pair ok\n")
    } else {
        check world.out.write("generic pair broke\n")
    }
}

ジェネリックな shape 宣言ひとつ、ジェネリック関数ひとつ、強く型付けされた呼び出しひとつ。IntBytePair のような決まり文句はありません。

型エイリアス

同じパラメータ化された型が何度も登場するなら、type で名前を付けます。

type BytePair = Pair<u8, u8>

これで BytePair は、型を書ける場所ならどこでも Pair<u8, u8> と互換になります。

type BytePair = Pair<u8, u8>

shape Pair<T, U> {
    left: T,
    right: U,
}

pub fun main(world: World) -> Void raises {
    let pair: BytePair = Pair { left: 1_u8, right: 2_u8 }
    if pair.left == 1_u8 && pair.right == 2_u8 {
        check world.out.write("type alias ok\n")
    } else {
        check world.out.write("type alias broke\n")
    }
}

エイリアスは単なる命名機能で、別個の型を作りません。BytePair を取る関数は喜んで Pair<u8, u8> 型の値を受け入れます（その逆も）。

標準ライブラリのジェネリクス

同じ機構が標準ライブラリの多くを動かしています。実際の Zero コードで見かけるいくつか。

• Maybe<T>——T か何もないかを保持するオプション値。
• Span<T>——T の値に対する借用スライス。Span<u8> はバイトバッファに対する定番のビュー。
• ref<T> と mutref<T>——コピーせずにデータを共有する必要があるケースのための明示的な参照型。

これらをすべて一度に学ぶ必要はありません。ジェネリクスのポイントは、同じ shape が手元のどんな要素型でも動く、ということです。

ジェネリクスが見合うとき（そして見合わないとき）

同じ関数や shape を異なる要素型で 2 回書きそうになったら、ジェネリクスに手を伸ばしましょう。次のときは具体型を使います。

• 関数のロジックが特定の型でしか意味をなさない（たとえば String のパーサー）。
• デバッグしやすくするためにエラーメッセージに型を表示させたい。
• パフォーマンス特性が特定のメモリサイズに依存する。

ジェネリクスのコストは実在します——バイナリが大きくなり（各インスタンス化が新しいコードを生成）、コンパイル時間がわずかに遅くなります。ほとんどのアプリケーションコードでは無視できるコストですが、バイナリサイズが重要な、組み込み風のきついコードを書くときには知っておく価値があります。

制約についてのメモ

「T は == をサポートしなければならない」「T は Iterator を実装しなければならない」のように、型パラメータに制約を付けられるジェネリックシステムもあります。pre-1.0 における Zero の制約のストーリーはまだ進化中です——公式リポジトリのサンプルは、洗練された境界なしの素のジェネリクスを使っています。言語が落ち着くにつれて、言語の他の部分と一貫した小さく規則的な形で制約構文が登場することが期待されます。今のところは、実際に渡す T で動くジェネリクスを書き、操作がサポートされていないとコンパイラーが教えてくれるのを待ちましょう。

次回: enum

ジェネリクスは型をパラメータ化させました。次のビルディングブロックは、スペクトルのもう一方の端にあります——enum、バリアントが追加データを運ばないケースのための Zero のプレーンな列挙型です。