Scala入門その5 関数とクロージャ

こんにちは、 @kz_morita です。

今回は、Scala 入門その5 ということで関数とクロージャについてまとめます。

メソッドと関数

Scala では、メソッドと関数が明確な違いがあります。

関数はそれ自体が値となりますが、メソッドはScalaの言語の機能でそのままでは値として扱えないようです。

それぞれみていきます。

メソッド

クラス、トレイト、シングルトンオブジェクトのメンバーになっている関数をメソッドと呼びます。

object Hoge {
  def hello(): Unit = {
    println("Hello")
  }
}

println などもメソッドですが、Scala の Predef オブジェクトの中に定義されています。

package scala
object Predef extends scala.LowPriorityImplicits {
    // ...
    def println() : scala.Unit = { /* ... */ }
    // ...
}

関数値と関数リテラル

一方関数は、以下のような関数リテラルで定義することができます。

object Main {
  def main(args: Array[String]): Unit = {

    val add = (x: Int, y: Int) => x + y
    println(add(1,2))   // => 3
    println(add)        // => Main$$$Lambda$15/0x0000000800081200@37d31475
  }
}

関数の実態は、FunctionN トレイトを実装したオブジェクトらしいです。以下の書き方と同じになります。

object Main {
  def main(args: Array[String]): Unit = {

    val addF = new Function2[Int, Int, Int] {
      override def apply(v1: Int, v2: Int): Int = v1 + v2
    }
    println(addF(1,2))  // 3
    println(addF)       // <function2>
  }
}

型が、Main$$$Lambda と <function2> で違うのですがこれはどういった違いがあるかはわかってません。

クロージャ

変数をキャプチャした関数リテラルのことをクロージャと呼びます。

以下のように、num という変数をキャプチャした add 関数はクロージャです。

object Main extends App {

  var num = 1

  // 変数 num をキャプチャした関数
  val add = (x: Int) => x + num

  println(add(10)) // 10 + 1 で 11

  num = 3
  println(add(10)) // => キャプチャするのはあくまで参照なので、13 になる
}

また、上記の例のように、キャプチャするのは変数への参照のようでキャプチャした変数を書き換えると関数の結果自体も変化します。

上記のような (x: Int) => x + num のような関数リテラルに置いて、x を束縛された変数といい、num を自由変数と呼びます。そして、自由変数を持つ (x: Int) => x + num のような関数リテラルを開項と呼び、(x: Int) => x + 1 のように自由変数のない関数リテラルを閉項と呼ぶそうです。自由変数を持つ開項を変数をキャプチャ (参照情報を保持) することによって閉じることからクロージャー (Closure) と呼ばれます。

部分適用とカリー化

部分適用

関数に部分的に、引数を適用した関数を作ることもできます。

object Main extends App {
  def add(x: Int, y: Int) = x + y

  // 10 を適用した add10 関数
  val add10 = add(10, _: Int)
  println(add10(5)) // => 15
}

上記の例では、add 関数の第一引数に 10 を適用した add10 関数を生成しています。 add10(5) は適用した 10 を用いて、10 + 5 = 15 が計算されます。

引数を一つも適用しないこともできて、以下のようにすると、add 関数と同じ a という関数を生成できます。

object Main extends App {
  def add(x: Int, y: Int) = x + y
  
  val a = add _
  println(a(5, 10)) // => 15
}

カリー化

また、関数の引数のリストを複数定義することでカリー化もできる。


object Main extends App {

  def add(x: Int)(y: Int) = x + y

  val add5 = add(5)
  println(add5(10))   // => 15

  // 複数のカッコを繋げてもかける
  println(add(5)(10)) // => 15
}

カリー化を使えば以下のような File を読み込んで処理を行った後に必ず close するようなメソッドを作ることができます。

import scala.io.Source

object Main extends App {

  withSource("./src/Main.scala") { src =>
    src.getLines().foreach(println)
  }

  def withSource(filepath: String)(op: Source => Unit) = {
    val source = Source.fromFile(filepath)
    try {
      op(source)
    } finally {
      source.close()
    }
  }
}

特殊な関数の引数

関数の引数で特殊なパターンがいくつかあるので説明します。

連続パラメータ

引数を次のように指定すると def (args: Type*) = { ... } 可変長の引数を渡すことができます。

object Main extends App {
  def sum(args: Int*) = args.fold(0) { (acc, x) => acc + x }

  println(sum(1,2,3,4)) // => 10
  println(sum(10,20))   // => 30

  val seq = Seq(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)
  println(sum(seq: _*)) // 55
}

可変長引数を受け取る関数に対してリストを渡したい場合は、上記の最後のように、sum(seq: _*) といった風に呼び出す必要があります。

名前付き引数

下記のように引数名を指定して関数を呼び出すことができます。

object Main extends App {
  def sub(x: Int, y: Int) = x - y

  println(sub(10, 5)) // 10 - 5 = 5
  println(sub(x = 10, y = 5)) // 10 - 5 = 5
  println(sub(y = 10, x = 5)) // 5 - 10 = -5
}

デフォルト値

引数のデフォルト値も定義することができます。

object Main extends App {
  def sub(x: Int, y: Int = 1) = x - y

  println(sub(10, 5)) // 10 - 5 = 5
  println(sub(10)) // 10 - 1 = 9
}

引数が1つの時

引数が一つのみの関数の場合は、中括弧を使って下記のように書けます。（カリー化の節の withSource でもこれを使いました）

object Main extends App {
  def inc(x: Int) = x + 1

  val num = inc { 10 }
  println(num)
}

名前渡しパラメータ

名前渡しパラメータは、関数の引数に式をそのまま渡すことができるものです。

実際のコードを見てみます。

print_1, print_2, print_3 という三つのメソッドを定義しました。

object Main extends App {
  def print_1(s: String) = {
    println("before print")
    println(s)
    println("after print")
  }

  def print_2(s: () => String) = {
    println("before print")
    println(s())
    println("after print")
  }

  def print_3(s: => String) = {
    println("before print")
    println(s)
    println("after print")
  }


  def getName(): String = {
    println("exec getName()")
    "Taro"
  }

  println("======== print_1 ========")
  print_1(getName())
  println("======== print_2 ========")
  print_2(() => getName())
  println("======== print_3 ========")
  print_3(getName())
}

上記を実行すると以下のような結果になります。

======== print_1 ========
exec getName()
before print
Taro
after print
======== print_2 ========
before print
exec getName()
Taro
after print
======== print_3 ========
before print
exec getName()
Taro
after print

print_1 は、getName が先に評価されて、print が実行されています。

print_2 は、関数を渡しているので print 内部でgetName が実行されています。

注目すべきは print_3 で、print_3(getName()) と実行しているのにもかかわらず、getName の評価は、print メソッドの中になります。これが名前渡しパラメータで、def print_3(s: => String) = {} と定義すると、getName() がそのまま評価される前の式として渡され、print_3 メソッドの中で評価されたタイミングで実行されるようになります。

print_2(() => getName()) の呼び出し方の省略記法とも言えるかもしれません。

まとめ

今回は、関数とクロージャについてまとめました。

関数型言語でもある Scala だけあって、カリー化など色々な機能が備わっていて表現力も高いなぁと感じました。これらをうまく活用して効率の良いコードを書いていけると良さそうです。

こんにちは、 @kz_morita です。前回の記事で、Java のセットアップをしたので続いて Scala を実行するところまでセットアップします。セットアップ IDE は、IntelliJ を使用しようと思うのでインストールします。Community 版を公式サイトからダウンロードします。 https://www.jetbrains.com/ja-jp/idea/download/#section=mac 自分の環境は、M1 なので、Apple Silicon 版をダウンロードします。 IDE を起動して、Plugins を選択します。開いたら、Scala の Plugin をインストールして、IDE を再起動します。 Scala を選択して、初回なので Scala の SDK などをダウンロードします。 Use Library の右の Create... を押して Scala のバージョンを入力します。今回は 2021 年 9 月 12 日時点で最新の、3.0.2 を選択しました。ダウンロードが完了したらプロジェクトの情報を入力して、作成します。ここまでできたらセットアップは完了であとは以下のようにコードを書き、実行ができるはずです。 object Main extends App { println("Hello Scala") } まとめ今回は、Scala を使うための IntelliJ のセットアップを画像付きでメモしておきました。 IntelliJ がかなり親切なので、フローに従ってセットアップしていけば悩むことはなさそうでしたが、備忘録として残しておきます。

Scala入門 その5 関数とクロージャ