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配列はコンバートしよう、キャストでなく
話題: Javaプログラミング言語
どんなObject配列インスタンスもString配列にはキャストできない、たとえObject配列がString要素だけしか持っていなくても
ああ、String要素だけを格納したObject []インスタンスをString []型にはキャストできないのか。そうか . . .
勿論、できないとも。
勿論？それはそんなに自明なことか？うーん、我々が話しているのは以下のようなプログラムのことだ。
void aMethod (String [] p_stringsArray) {
for (String l_string: p_stringsArray) {
System.out.println (l_string);
}
}
void anotherMethod () {
Object [] l_objectsArray = new Object [2];
l_objectsArray [0] = "A String";
l_objectsArray [1] = "Another String";
aMethod ( (String []) l_objectsArray);
}
このプログラムは正常にコンパイルできるが、実行時に例外、"java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.String"を投げる。
正常にコンパイルできるのか？むしろそのことに驚いた、実行時例外にではなく。
そうかい？なぜだ？
それはオブジェクト指向言語の原則に違反していて、コンパイラはコンパイル時にそれを知っているはずだから。
私はむしろ、「このキャストで何の害があるんだ？」と思ったんだが。
何の害もないと思うかもしれないが、それは君のプログラムに限ったことだ。一般的に言って、そのような、オブジェクト指向言語の原則への違反は何らかの害を引き起こす可能性がある。
このキャストがどう、オブジェクト指向言語の原則への違反なのか分からないんだが。
うーん、オブジェクトのキャストがプリミティブのキャストと本質的に違うことは理解しているか？
していると思っている。
復習しておこう。
プリミティブのキャストとオブジェクトのキャストの違いを復習しよう
プリミティブがキャストされるときは、値そのものがコンバートされる。例えば、以下のキャストを考えてみよう。
int l_int = 1;
short l_short = (short) l_int;
'l_int'に格納されている値は4バイト値であり、'l_short'に格納されている値は2バイト値だ。値はキャストによってコンバートされている。
他方、オブジェクトがキャストされるときは、オブジェクトそのものが全然コンバートされない。例えば、以下のキャストを考えよう。
Object l_object = "A String";
String l_string = (String) l_object;
このStringオブジェクト、"A String"はキャストによってコンバートされていない。オブジェクトにとってキャストはオブジェクトのコンバートではなく、プログラマーからコンパイラへの請け合いにすぎない。つまり、「コンパイラさん、あなたは'l_object'が一種のStringだと知らないかもしれませんが、私は知っています。確かにそれは一種のStringなんですよ。だから、お願いだからコンパイルを通してください。何か問題があれば、責任は私が受けます。」
そう、理解しているようだ。コンパイラは、'l_object'が一種のStringである可能性があれば、コンパイラエラーを出さない。しかし、'l_object'が実行時に実際に一種のStringでなければ、ランタイムが'java.lang.ClassCastException'例外を投げる。
Object配列インスタンスが一種のString配列であることは決してない
それでどうした？
どうやら、君は、Object配列インスタンスが一種のString配列であることは決してないことを理解していないようだ。
そうなのか？
Strings配列の定義を考えてみろ。
String []の定義は、要素としてどんなStringインスタンスも入れられる配列だ。
そうではない。Stringインスタンスしか入れられないという点が重要だ。さもなければ、以下のようなことはできないだろう。
void aMethod (String [] p_stringsArray) {
for (String l_string: p_stringsArray) {
System.out.println (l_string);
}
}
ああ、全ての要素がStringであることが保証されていなければ、それはできない。すると、String []のもっと正確な定義は、要素としてどんなStringインスタンスも、しかしStringインスタンスだけが入れられる配列だ。
何かが「一種のString []」だと言えるには、その何かは、この定義を満たしていなければならない。それが定義の意味だ。何らかのObject []がこの定義を満たすか？
どんなObject []インスタンスにも、Stringでない要素を入れることはできるので、確かに、どんなObject []インスタンスも、この定義を満たさない。たとえ、あるObject []インスタンスがある時点でString要素のみを持っていたとしても、だからといって、そのObject []インスタンスにString要素だけを入れられるということにはならない。上の最初のプログラムについて言えば、あのObject []インスタンスがキャスト時にString要素のみを持っていたとしても、その後にそれにStringでない要素を、例えば別スレッドから、入れることはできる。Object []インスタンスは、変更不能ではないので、それがある時点でString要素のみを持っているからといって、一種のString []であるとは言えない。
だから、どんなObject []インスタンスも一種のString []ではなく、そのようなキャストは決して許されるべきではない。なぜなら、そうでないと、String []にキャストしたものが一種のString []であると信頼できなくなるから。どんなきてれつな世界になるだろう？String []変数の値が一種のString []ではないかもしれないなんて . . .。それでは、タイプ定義は何のためにあるのか？
実のところ、String配列インスタンスが一種のObject配列であることも決してない
他方で、こんなことができる。
void aMethod (Object [] p_objectsArray) {
for (Object l_object: p_objectsArray) {
System.out.println (l_object.toString ());
}
}
void anotherMethod () {
String [] l_stringsArray = new String [2];
l_stringsArray [0] = "A String";
l_stringsArray [1] = "Another String";
aMethod (l_stringsArray);
}
はあ？それができるって？
実は、できる。
そのString []はObject []にキャストする必要すらないのか？
自動的にObject []にキャストされるようだ。そして、プログラムは実行時例外も投げない。
それは問題だぞ。分かるだろうが、どんなString []も一種のObject []ではない。
それは、前のものよりも明らかだ。Object []の定義は、要素としてどんなObjectインスタンスも、しかしObjectインスタンスだけが入れられる配列だ。どんなString []もこの定義を満たさないので（それにはStringインスタンスだけが入れられる）、それは一種のObject []ではない。
Stringが一種のObjectであることの類推から、String []が一種のObject []であるかのように感じられるかもしれないが、そうではない。
どんなタイプ'XXX'の配列も一種のタイプ'YYY'の配列ではない、'XXX'が'YYY'でない場合は。'XXX'が'YYY'の祖先であろうが子孫であろうが関係ない。だｋら、配列タイプ間のキャストは、本質的に不当だ。
コンパイラは、そのような不当なキャストをコンパイル時に検出できるはずだ。実のところ、上の最初のプログラムは正常のコンパイルされるべきでない。
コンパイラは、以下のようなことができるからそれをコンパイルさせるわけ。
void anotherMethod () {
Object [] l_objectsArray = new String [2];
l_objectsArray [0] = "A String";
l_objectsArray [1] = "Another String";
aMethod ( (String []) l_objectsArray);
}
平たく言って、 "Object [] l_objectsArray = new String [2];"は許されるべきでない。このString []インスタンスは一種のObject []ではないのだから。コンパイラがそれを許すから、"(String []) l_objectsArray"が可能になる。コンパイラが正当なタイプキャストチェックを始めから行なっていれば、配列タイプ間のすべてのキャストは、コンパイル時にエラーとして検出できていたはずだ。
そのような不当なキャストを許すことの害
そのような不当なキャストを許すことの害を理解するために、以下のようなプログラムを考えてみよう。
public static void aMethod (Object [] p_objectsArray) {
if (p_objectsArray != null && p_objectsArray.length > 0) {
p_objectsArray [0] = new Integer (1);
for (Object l_object: p_objectsArray) {
System.out.println (l_object.toString ());
}
}
}
これは、極めて正常で落ちる可能性のないプログラムに思える。このメソッドの作者は、引数をObject []として宣言し、したがって、そのとおりに扱った。もし、このメソッドが落ちるのであれば、それは不条理だろう。
しかし、これは、以下のように簡単に落とすことができる。
public static void anotherMethod () {
String [] l_stringsArray = new String [2];
l_stringsArray [0] = "A String";
l_stringsArray [1] = "Another String";
aMethod (l_stringsArray);
}
引数をObject []だと宣言しているのに、それが一種のObject []だと信頼できないというのはあんまりだ。. . . しかも、我々はキャストをしてすらいない。
キャストは自己責任で行なうので、キャストが間違っていれば問題が起こることはある。しかし、キャストを全然してもいないのに、このようなタイプ例外が起こってしまう . . .
それでは、どうすべきなのか？
結局、配列を別の配列タイプの変数に入れる（配列をメソッドの引数に渡す場合も含む）ときは、キャストは忘れて、遠慮なくコンバートすべきだ。
キャストは、自動キャストを含め、コンパイラが許すかもしれず、それで何事もなくすむ可能性さえあるが、決して正当ではない。
配列のコンバートは、'java.util.Arrays.copyOf'を使って、以下のように行なえる。
import java.util.Arrays;
String [] l_stringsArray = new String [2];
l_stringsArray [0] = "A String";
l_stringsArray [1] = "Another String";
Object [] l_objectsArray = Arrays. <Object, String>copyOf (l_stringsArray, l_stringsArray.length, Object [].class);
キャストに比べて長々しく見えるかもしれないが、これは必要なことだ。
この関数を呼ぶのが面倒に感じられるのであれば、私が思うには、配列をコピーするシンタックスシュガーがプログラム言語に実装されるべきだ。不当で奇妙なキャストを許すというのが解決策であるべきでは絶対ない。
それに、様々なオブジェクト配列タイプ（要素がプリミティブでない配列タイプ）の基底クラスが望まれるのであれば、すべてのオブジェクト配列タイプの基底抽象クラスがあるべきだと思う。
察するに、その基底クラスでは、要素をObjectタイプとして取り出すことができるが、何も入れられない。というのも、それに何を入れられるかはそのタイプからは判断できないから。
そう、しかし、この基底タイプをメソッドの引数として使用でき、引数が参照しているインスタンスを非抽象配列タイプ（例えば、String []）にキャストすることもできる。もし、それが本当にString []インスタンスであればだが。そうすれば、それに要素を入れられる。このキャストは不当でも奇妙でもなく、オブジェクト指向言語のすべての原則に沿っている。
