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初心者必見！Rubyでポインタ渡しを理解する5つのステップ

初心者がRubyでポインタ渡しを理解するためのステップバイステップガイド Ruby
2023.06.23
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この記事では、プログラムの基礎知識を前提に話を進めています。

説明のためのコードや、サンプルコードもありますので、もちろん初心者でも理解できるように表現してあります。

本記事のサンプルコードを活用して機能追加、目的を達成できるように作ってありますので、是非ご活用ください。

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はじめに

この記事を読むことで、Rubyにおけるポインタ渡しについて完全に理解できるようになります。

まず、Rubyとポインタ渡しが何なのかを学び、次に具体的な使い方や応用例、さらに注意点と対処法について詳しく解説します。

そして、カスタマイズ方法まで詳細に説明します。

これを読めば、Rubyでのポインタ渡しを活用したプログラミングが身につきます。

●Rubyとは？

Rubyは、まつもとゆきひろ氏によって開発されたオブジェクト指向スクリプト言語です。

文法が直感的で理解しやすく、コードの可読性が高いため、初心者でも取り組みやすい言語とされています。

また、Rubyには「ポインタ渡し」という重要な概念が存在します。

●ポインタ渡しとは？

ポインタ渡しとは、プログラミング言語における一つの概念で、メモリ上の特定の場所を指すポインタを引数として関数やメソッドに渡すことを指します。

Rubyはポインタを明示的に扱う言語ではありませんが、オブジェクトの参照を渡すことで、同様の振る舞いを実現します。

●Rubyでのポインタ渡しの基本

○変数とオブジェクト

Rubyでは、変数はオブジェクトへの参照として機能します。

これは、変数がオブジェクトの実体ではなく、メモリ上のオブジェクトを指し示すポインタのような役割を果たすということです。

○メソッドと引数

メソッドに引数を渡す際、Rubyではその引数がオブジェクトへの参照（つまりポインタ）であることから、関数内で参照先のオブジェクトを変更すると、元のオブジェクトも影響を受けます。

●ポインタ渡しの具体的な使い方

○サンプルコード1：基本形

def change_value(array)
  array[0] = "changed"
end

arr = ["original"]
change_value(arr)
puts arr[0]

このコードでは、メソッドchange_valueに配列arrを渡しています。

メソッド内で配列の値を変更すると、元の配列arrも変更されます。結果として”changed”が出力されます。

○サンプルコード2：オブジェクトの操作

def add_element(array)
  array << "added"
end

arr = ["original"]
add_element(arr)
puts arr

このコードでは、add_elementメソッドに配列arrを渡し、メソッド内で配列に新たな要素を追加しています。

その結果、元の配列arrに”added”が追加され、[“original”, “added”]が出力されます。

○サンプルコード3：配列とハッシュ

def modify_collection(collection)
  collection.each do |key, value|
    collection[key] = "modified"
  end
end

hash = { "key1" => "original1", "key2" => "original2" }
modify_collection(hash)
puts hash

このコードでは、ハッシュの値を変更するmodify_collectionというメソッドを紹介しています。

この例では、ハッシュを引数として受け取り、ハッシュの各値を”modified”に変更しています。

ハッシュhashをmodify_collectionメソッドに渡すと、メソッド内で変更した内容が元のハッシュhashに反映されます。

結果として{“key1″=>”modified”, “key2″=>”modified”}が出力されます。

●応用例：ポインタ渡しを使ったアプリケーション作り

○サンプルコード4：シンプルなToDoリスト

class TodoList
  def initialize
    @list = []
  end

  def add(task)
    @list << task
  end

  def display
    @list.each_with_index do |task, index|
      puts "#{index + 1}: #{task}"
    end
  end
end

todo = TodoList.new
todo.add("洗濯する")
todo.add("買い物に行く")
todo.display

このコードでは、シンプルなToDoリストを作成しています。

TodoListクラスの中に、ToDoのリストを保持する@listというインスタンス変数があり、タスクを追加するaddメソッドとリストを表示するdisplayメソッドが定義されています。

新たにタスクを追加する度に@listが更新され、displayメソッドでは最新のリストが表示されます。

これは、addメソッドが@listの参照を操作しているからです。結果として以下のように出力されます。

1: 洗濯する
2: 買い物に行く

これにより、Rubyのポインタ渡し（正確には参照渡し）の特性を活用したアプリケーション作成の一例を見ることができます。

○サンプルコード5：データのソートと検索

def sort_and_search(array, target)
  array.sort!
  index = array.index(target)
  if index
    puts "#{target}は配列の#{index + 1}番目に存在します"
  else
    puts "#{target}は配列に存在しません"
  end
end

numbers = [5, 3, 8, 1, 4]
sort_and_search(numbers, 3)
puts numbers

このコードでは、配列のデータをソート（並び替え）し、特定の値を検索するsort_and_searchメソッドを紹介しています。

この例では、引数として配列と検索対象の値を受け取り、配列をソートした後で検索対象の値の位置を探しています。

その位置（index）が見つかれば、その値と位置を表示します。見つからなければ、その値が配列に存在しないことを表示します。

sort_and_searchメソッドで配列をソートした結果は、元の配列numbersにも反映されます。

これは、Rubyが配列を参照渡しによりメソッドに渡しているためです。

したがって、このコードを実行すると、次のような出力結果が得られます。

3は配列の2番目に存在します
[1, 3, 4, 5, 8]

●ポインタ渡しの注意点と対処法

Rubyでは、「ポインタ渡し」（正確には「参照渡し」）の挙動を理解することが重要です。

なぜなら、オブジェクトを変更するメソッドを呼び出した際、その変更が呼び出し元のオブジェクトにも反映されるからです。

これは、Rubyがメソッドにオブジェクトを渡すとき、そのオブジェクトの「参照」（つまり、そのオブジェクトへの「ポインタ」）を渡しているためです。

しかし、この挙動は予期せぬバグを引き起こす可能性もあります。

例えば、メソッド内で変更を加えるつもりがないオブジェクトを、うっかり変更してしまう可能性があります。

これを防ぐためには、「破壊的なメソッド」（オブジェクト自身を変更するメソッド）を使う際には注意が必要です。

また、必要に応じて.dupや.cloneメソッドを使って、オブジェクトのコピーを作ることも一つの解決策です。

これにより、元のオブジェクトを変更せずに、そのコピーに対して操作を行うことができます。

ただし、これらのメソッドは「浅いコピー」を作るため、配列やハッシュのような「ネストしたオブジェクト」をコピーする際には注意が必要です。

●Rubyのポインタ渡しをカスタマイズする方法

Rubyでは、ポインタ渡し（参照渡し）の挙動を変更する直接的な方法は提供されていません。

しかし、上述のようにオブジェクトのコピーを作ることで、あたかも「値渡し」のように挙動させることは可能です。

さらに、Rubyのメソッドはデフォルトでオブジェクトの参照を渡しますが、オブジェクト自体を変更しない「非破壊的なメソッド」を作ることもできます。

例えば、配列のソートにはsortとsort!の2つのメソッドがありますが、前者は元の配列を変更せず新しい配列を返す非破壊的なメソッドです。

このようなメソッドを利用することで、オブジェクトの不必要な変更を避けることができます。

また、オブジェクトを凍結するfreezeメソッドを使うことで、そのオブジェクトを変更不可能にすることもできます。

これは、特定のオブジェクトが絶対に変更されないことを保証したい場合に有用です。

ただし、一度凍結されたオブジェクトは元に戻すことはできませんので、このメソッドの使用には注意が必要です。

まとめ

Rubyのポインタ渡し（参照渡し）の概念は、Rubyでのプログラミングにおいて重要な役割を果たします。

オブジェクトの状態を変更するメソッドを理解し、適切に使うことで、効率的かつパワフルなコードを書くことができます。

一方で、その挙動は予期せぬバグを引き起こす可能性もあるため、慎重に扱う必要があります。

そのためには、破壊的なメソッドの使用に注意するとともに、必要に応じてオブジェクトのコピーを作るなどのテクニックを活用することが求められます。

この記事を通じて、Rubyのポインタ渡しについて深く理解することができれば幸いです。