Smalltalk

オブジェクト指向言語に分類される プログラミング言語 >>他のプログラミング言語 ■カテゴリ / ■テンプレート Smalltalk（スモールトーク）は、Simula のオブジェクト（およびクラス）、LISPの徹底した動的性、LOGO のタートル操作や描画機能に、アラン・ケイの「メッセージング」というアイデアを組み合わせて作られたクラスベースで手続き型の純粋オブジェクト指向プログラミング言語、および、それによって記述構築された統合化プログラミング環境の呼称。 Smalltalk で一語であり、「Small Talk」「SmallTalk」などは誤りである。 大規模な開発実績としてはCargill Lynx Projectがあり、国産製品の開発実績としてはMCFrameがある。 ゼロックスのパロアルト研究所（PARC）で1970年代に約10年かけ3世代（Smalltalk-72、76、80）を経て整備された。当初は、ダイナブックである Alto（アルト） のオペレーティングシステム的位置付けだったが、Alto のゼロックス社製品としての販売の可能性が同社上層部決定により完全に排除されたこと、発案者であるアラン・ケイの研究開発グループ離脱などを受けてダイナブック色は失せ、Alto のハードウェア技術を基にした商用マシン上で動作するプロの開発者向け統合化プログラミング環境「Smalltalk-80」として1983年に発売されることになる。現在はシンコムより VisualWorks（ビジュアルワークス）という製品名で主要なオペレーティングシステム向けに販売されている。 ※この節はを元に執筆されている。 豊富で整備されたクラスライブラリーは、特にオブジェクト指向プログラミングの手本とされ、デザインパターンの宝庫と称されるまで洗練されたものになっている。また、後世の多くのオブジェクト指向プログラミング言語に直接間接的に多大な影響を与えた。 アラン・ケイが「オブジェクト指向」という言葉を創った当初は、Smalltalk システムが体現した「パーソナルコンピューティングに関わる全てを『オブジェクト』とそれらの間で交わされる『メッセージ送信』によって表現すること」を意味していた。しかしのちに、C++ の設計者として知られるビャーネ・ストロヴストルップが（自身、Smalltalk の影響は受けていないと主張する）C++ の設計を通じて整理し発表した「『継承』機構と『多態性』を付加した『抽象データ型』のスーパーセット」という考え方として広く認知されるようになった（カプセル化、継承、多態性）。現在は、両者の渾然一体化した曖昧な概念として語られることが多い。 Smalltalk は、オブジェクトへのメッセージ送信を率直に記述する表記の特殊性や、制御構造をもたずオブジェクトへのメッセージ送信の形で記述する徹底ぶりとも併せて、C言語や C++ などの流れを強く受け継ぐ言語、およびその開発手法に慣れた開発者にとって極めてとっつきにくい言語・環境であるといわれている。このことは、Smalltalk が単なるプログラミング言語ではなく、従来のオペレーティングシステムの概念をも包括する「環境」であることが一つの理由である。Smalltalk を単なる言語としてとらえると、他の言語と比較したとき、使用するオペレーティングシステムのグラフィカルユーザインターフェースに全く従わないなど、その独自性が大きな「欠点」として映る場合もある。 これは VisualWorks や Squeak（スクイーク） など、旧来の Smalltalk 環境、つまりダイナブックコンピュータ環境の要素を引き継ぐ統合開発環境を通じて Smalltalk 言語や処理系を学ぶなら、多かれ少なかれ新たなオペレーティングシステムに接するような心構えを持つべきことを意味する。 Smalltalk 環境から見た Smalltalk 言語は、いわば bash などのシェルに近い。Smalltalk 環境内であればどこでもマウスで選択した文字列を Smalltalk のソースコードとして実行できるためシェルにコマンドを打ち込んだ時の様に簡単な問い合わせをすぐ実行できるようになっている。 例えばオブジェクト(クラスやメソッドも含む)の構造を調べたければ、そのオブジェクトに#browse（ブラウズ）セレクターあるいは#inspect（インスペクト）セレクターを使ったメッセージ式を書き、そのメッセージ式をマウスで選択してdo it(WindowsであればCtrl+Dを押す)すれば良い。 また、設定値の指定に Smalltalk 言語のメッセージ式が使われる。現在設定されている値がメッセージ式として取得でき、値の設定をメッセージ式として指定する。この設定値を指定するメッセージ式は Smalltalk 環境の実行中に設定用のウィンドウから入力される。 Smalltalk 環境は、Smalltalk 環境の実行方法として現実のハードウェアに依存している機械語命令を使わず、現実のハードウェアから独立した中間言語命令(仮想機械に対する機械語命令)を仮想機械により実行する仮想機械方式を採用している。 Smalltalk の中間言語命令は、全てイメージファイルというファイルに書き込まれ Smalltalk の仮想機械はそのイメージファイルを読み込んでSmalltalk 環境を実行する。 この仮想機械方式による Smalltalk の実行方法は Smalltalk の言語仕様にも含まれている。 なお、Smalltalk が導入したこの仮想機械方式はEULERのpコードマシンからアラン・ケイが着想を得たものである。 イメージファイルは、Smalltalk 環境の実行状態をそのまま保存したファイルである。イメージファイルは Smalltalk 環境実行中に生成された全てのオブジェクトを直列化して保存することでSmalltalk 環境の実行状態を保存している。この直列化されたオブジェクトには、Smalltalk の中間言語も含まれている。イメージファイルに含まれる中間言語命令は、Smalltalk 自身によって記述されたコンパイラーによってソースコードから翻訳された、バイト列のオブジェクトである。 Smalltalk の実行環境が全く存在しない初期の状況ではコンパイラーも仮想機械も Smalltalk で用意する事はできない。このため Smalltalk の初期段階ではALTOのアセンブリ言語によりコンパイラーや仮想機械が実装されていた。 Smalltalk環境は翻訳方式を使う処理系としては珍しくプログラムの実行時書き換えを基本とする。例えば後述のClass Browserに入力したプログラムはソースコードを中間言語に変換したあとSmalltalk環境の一部として取り込まれ、環境を再起動したり読み込み操作をしなくても起動中のSmalltalk環境内で実行することができる。C++のような翻訳式の言語であれば原則、ソースコードを書き換えた場合は原則プログラムの再起動が必要となる。またPythonの様な言語ではソースコードを再読み込みする処理を予め書き換えたい処理の呼び出し元に組み込んでおかなければソースコードをいくら書き換えても動作に反映できない。Smalltalkではその再起動や再読み込み処理の組み込みが必要ない。このため環境をソースコードを書き換える都度環境全体を再起動しなくて済むのはもちろん、Windowを表示するプログラムを作った場合であれば、Window内のButtonの動作を変更する時もWindowを表示したままソースコードを書き換えて動作を変更できる。このためButtonを押すまでに複数の手順が必要なプログラムやWindowの表示に時間がかかるプログラムでもButtonを表示した状態から再起動せず何度でもやり直しができ効率的なソースコード変更が可能になっている。 GUIを使わないような特殊なものを除き、大半のSmalltalk環境では次のようなGUIツールが用意されている。 Class Browser(System Browser) Transcript Workspace Debugger/Notifier Inspector Smalltalkの開発ではこれらのツールを使って開発する事が半ば前提となっている。 Smalltalk環境内に存在する全てのクラスを(存在する場合は名前空間も)表示/編集できるツールで、Smalltalk開発において中核となるツールである。 言うなれば出力しかできないコンソールといったツールで、プログラムの実行結果を簡易的に表示したいときに使われるツールである。Smalltalk環境内でTranscript変数に書き込まれたメッセージは、全てこのTranscriptに表示される。 言うなればコンソールの入力側とテキストエディターを組み合わせた様なツールである。一見すれば書いたコードを実行できるだけの簡易的なテキストエディターにしか見えないが、WorkspaceはWorkspace変数というWorkspace固有の変数を持っており、Workspace内で実行されたSmalltalkコードの実行結果を保持することができる。このため、長いコードを書くような用途では使わず、Smalltalk環境に対するパッケージの追加や、環境設定、ファイルの一時的な操作など一時的な操作を実行する場所として使われる。 オブジェクトの内部構造を再帰的に表示するツールである。また、多くの場合オブジェクトの編集が可能でありWorkspaceと組み合わせてオブジェクトを組み立てていくことが可能である。例えば画面部品をWindowを表すオブジェクトに組み込み、クラス変数に格納するといった具合である。Inspectorに限らずSmalltalk環境全体に共通することであるが、オブジェクト内の変数を表示するときは内部構造そのままではなくオブジェクトの文字列表現で表示する。このため内部がHash map等複雑な構造になっている場合でもDictionary (#key -> 'value' )といった読み易い表示となる。 言語として Smalltalk が目指したもの。それは計算機を計算機の集合体として構築し、さらに計算機を構成する個々の計算機も計算機の集合体で構築するというように、再帰的な計算機を構築することであった。この再帰的な計算機を構築している無数の計算機は、個々の内部には干渉せずメッセージによる通信のみによって相互作用を発生させ目的の計算を完遂させる。 ここでいう計算機が Smalltalk ではオブジェクトという形で実装された。 この設計思想の誕生は、ロバート・S・バートン（英語版）とB5000の設計者らが会談した際の次の発言をアラン・ケイが聞き「計算機の全体を計算機とみなした場合、その計算機の構成要素を計算機に分解するのではなく関数やデータ構造に分解したいと誰が思うのか」と疑問を浮かべた事がきっかけとなっている。 “The basic principal of recursive design is to make the parts have the same power as the whole.” 「再帰設計の基本原理は、部品が全体と同じ力を持つようにすることだ」 ここで言及された再帰という概念は、オブジェクトの成立以外にも Smalltalk の至るところに影響を与えている。 反復はメソッドの再帰呼び出し。 インスタンスオブジェクトを生成しているクラスオブジェクトも、クラスオブジェクトに所属するインスタンスオブジェクトであり再帰関係を持つ。 MetaclassはMetaclass classのインスタンスオブジェクトでありMetaclass classは、Metaclassであり再帰関係を持つ。 基本的な派生元となるObjectやProtoObjectは、それらから派生したUndefinedObjectのインスタンスオブジェクトであるnilを継承しており再帰関係を持つ。 Smalltalk 言語は Smalltalk 言語自身によりメッセージ送信等の言語機能が制御される。 Smalltalk 言語の翻訳や仮想機械は Smalltalk 言語により実装される。 Smalltalk 言語の大域変数はSmalltalk変数に格納されたオブジェクトにより管理されるが、Smalltalk変数自体も大域変数である。 Smalltalk の言語仕様は原則として非常に単純なため、環境もしくは処理系の相違による互換の有無は、クラスライブラリーの差異程度に由来するもの（ある意味、バージョンの違いもこれも含まれる）から、言語仕様自体の改変に由来のものまで空間的に連続で多岐にわたる。このため、単に Smalltalk として語弊のある場合、一般にその環境および処理系の呼称もしくは商標（必要ならそのバージョン）をして他と区別するために用いる慣習がある。 「"～"」のようにダブルクオーテーションでくくった文字列がコメントとして扱われる。 主な定数表現には次のようなものがある。 定数ではないが、よく用いられるオブジェクトの生成式には次のようなものがある。 言語機能の様に見えるが「/」や「@」などはただのセレクターであり、Smalltalk の使用者も同様の機能を作ることが出来る。 一時変数は宣言が必要で、「|」で挿むように記述する。変数への代入は「:=」。古い処理系では「_」が使用された（字形は「←」）。変数に型はなく全てハンドルになっている。 | a b | a := 3. b := 4. 他の言語で予約語にあたる擬変数は self、super、nil、true、false、thisContext の6つ。self と super はそのメソッドを呼び出したメッセージの受け手（レシーバー）を、nil と true と false はそれぞれ UndefinedObject、True、False に属するソルインスタンス（唯一の実体）を、thisContext は実行中のコンテキスト（スタックフレーム）を参照するのに使える。 self と super は同種のオブジェクトだが、メッセージ式でメッセージレシーバーに指定されたときのメソッド検索の起点が異なり、self ではオブジェクトが属するクラス、super ではその基底クラスである。 Smalltalk では「メッセージ式」と呼ばれる書式でコードを記述する。メッセージ式は「レシーバー」に「メッセージ」を送ることを表すためのもので、そのまま receiver message と記述する。メッセージはさらに、呼び出されるされるメソッド（方法）の名前を表す「メッセージセレクター」と0個以上の引数の組み合わせからなる。ただし Smalltalk の場合必ずしもセレクターとメソッド名は一致しない。また、メッセージの送り先はメソッドではなくブロックや外部の関数になっている場合もある。セレクターは引数の数だけコロンを自身に含まなければならず、メッセージとして記述する際にはコロンの直後に引数を挿入する。 引数なしのメッセージを単項メッセージ、そのセレクターを単項セレクターと呼び、引数ありのメッセージをキーワードメッセージ、そのセレクターをキーワードセレクターと呼ぶ。メッセージ記述の際に引数の挿入により分断されたキーワードセレクター断片（例えば firstArg:secondArg: なら firstArg: と secondArg:）をキーワードと呼ぶが、あくまで便宜的な呼び名に過ぎず、そうした言語要素は存在しない。他の言語に見られる「キーワード引数」のように省略できるものではなく、また引数順を入れ替えられるものでもない。 セレクターは原則としてアルファベットと数字と0個以上（かつ、引数と同数）のコロンから成るが、例外として二項演算を模した記述が可能となるように記号のみから成る引数1つのセレクターを使ってメッセージ式を記述することもできる。これを二項メッセージ、そのセレクターを二項セレクターと呼ぶ。 この場合、上の「3 + 4」では、「3」がレシーバーで「+ 4」がメッセージである。 通常の処理系では、単項メッセージ、二項メッセージ、キーワードメッセージの順で評価される。二項メッセージ間で乗除の優先はない。 セミコロン「;」でメッセージ式を区切る事により、1個のレシーバーに対して複数のメッセージを送ることが出来る。これをカスケード式という。 | collection | collection := OrderedCollection new add: 0; add: 1; add: 2; add: 3; add: 4; yourself. カスケード式を用いて書いた上記の文は、カスケード式を用いない次の文と等価である。 | collection | collection := OrderedCollection new. collection add: 0. collection add: 1. collection add: 2. collection add: 3. collection add: 4. 複数の式を順次実行する場合は、式をピリオドで区切る。メソッドを中断し戻り値を指定するには復帰文「^ 戻り値式」を使う。言語機能として持つ制御構文は復帰文を除いて存在せず、復帰文以外の制御は制御構文と同等の機能を持ったメッセージ式で代用する。 ブロックは、他の言語で言えば無名関数やクロージャーに該当する機能である。ただし Smalltalk のブロックは関数ではなくオブジェクトである事に加え、無名関数というより制御構文としての性格が強くなっている。並列実行の基本単位にもなる。 ブロックは、引き数の数毎に複数定義された「value」を含むメッセージを送る事で、ブロック内に記述されたメッセージ式を実行し結果を返す。 [ 　0 ] value. "-> 0" [ :value1 | value1 ] value: 1. "-> 1" [ :value1 :value2 | value1 + value2 ] value: 1 value: 1. "-> 2" ブロック内の:value1 :value2は引き数であり、「|」以降は「value」を含むメッセージが送られた際実行するメッセージ式である。「value」を複数ならべたセレクターは4個程度まで( #value:value:value:value: )しか定義されておらず。5個以上引き数を取る場合は、配列を引き数とする#valueWithArguments:を使う必要がある。メソッドが値を返す際は、復帰文の記述が必要となるがブロックの場合は値を返すのに復帰文は必要ない。最後に実行されたメッセージ送信の結果あるいは、最後に書かれた値が戻り値となる。ブロックは制御の基本となるオブジェクトであるため、「value」を含むメソッド以外にも膨大なメソッドを持っている。ただし、後述する他の制御構文はブロックに対し#valueセレクターまたは、#value:セレクターを使ったメッセージしか送らない。 ブロックにはvalueと合わせてよく使われるセレクターとして「cull」がある。cullの振る舞いは、ほぼvalueと同じであるが、ブロックがメッセージに含まれる引き数を無視できるという違いがある。 [ :value1 | value1 ] cull: 1 cull: 2. "-> 1" cullはブロックによる分岐制御が主目的であるが、分岐の基準になったオブジェクトを参照する場合もあるようなセレクターで使われる。典型的な例は、オブジェクトがnilで無いときだけブロックを実行する#ifNotNil:である。 | block value1 value2 | block := [ :value | value ]. value1 := 1. value2 := 2. value1 ifNotNil: [ 9 ]. "-> 9" value1 ifNotNil: block. "-> 1" value2 ifNotNil: block. "-> 2" 条件分岐は #ifTrue:ifFalse: セレクターを用いたメッセージ式として、条件式の結果の真偽値へのメッセージ送信の形で次のように記述する。 3 < 4 ifTrue: [ 5 ] ifFalse: [ 6 ]. Smalltalk では nil がオブジェクトである。これを利用した nil 専用の条件式も存在する。 object := nil. object ifNil: [ 5 ] ifNotNil: [ 6 ]. object ifNotNilDo: [ :value | value inspect. ]. 条件分岐の制御において、他の言語でいうswitchに直接該当する文は存在しない。多態性を利用して分岐するか、次のように連想配列を利用して分岐するため不要である。 something: aNumber | switch | "速度が求められる場合は、初期化済みのDictionaryのオブジェクトをインスタンス変数やクラス変数にキャッシュする。" switch := Dictionary new at: 1 put: [ #a ]; at: 2 put: [ #b ]; at: 3 put: [ #c ]; yourself.