Delphi での無名メソッド

手続きと関数:インデックスへの移動

名前のとおり、無名メソッドとは、名前が付いていない手続きや関数のことです。無名メソッドでは、変数に代入したりメソッドへのパラメータとして使用できるエンティティとしてコードブロックを扱います。さらに、無名メソッドは、自らが定義されるコンテキストで変数を参照したりそれらの変数に値をバインドすることもできます。無名メソッドは、簡単な構文で定義および使用することができます。これらは、他の言語に定義されているクロージャの構文要素と似ています。

メモ: このトピックでは、Delphi コードでの Delphi 無名メソッドの処理について説明します。 C++ コードについては、「C++ での Delphi 無名メソッドの扱い方」を参照してください。

構文

無名メソッドは、通常の手続きや関数と同様に定義されますが、名前がありません。

たとえば、以下の関数は、無名メソッドとして定義される関数を返します。

function MakeAdder(y: Integer): TFuncOfInt;
begin
 Result := { start anonymous method } function(x: Integer) : Integer
 begin
 Result := x + y;
 end; { end anonymous method }
end;

関数 MakeAdder は、宣言時の名前がない関数つまり無名メソッドを返します。

なお、MakeAdder は TFuncOfInt 型の値を返します。無名メソッドの型は、以下のように、メソッドへの参照として宣言されます。

type
 TFuncOfInt = reference to function(x: Integer): Integer;

この宣言は、この無名メソッドの以下の特徴を示しています。

関数である
1 つの整数型パラメータを取る
整数値を返す

一般に、無名関数の型は、以下のように、手続きか関数のどちらかに宣言されます。

type
 TType1 = reference to procedure (parameterlist);
 TType2 = reference to function (parameterlist): returntype;

ここで、(parameterlist) は任意指定です。

型の例をいくつか以下に示します。

type
 TSimpleProcedure = reference to procedure;
 TSimpleFunction = reference to function(x: string): Integer;

無名メソッドは、以下のように、名前のない手続きまたは関数として宣言されます。

// Procedure
procedure (parameters)
begin
 { statement block }
end;
// Function
function (parameters): returntype
begin
 { statement block }
end;

ここで、(parameters) は任意指定です。

無名メソッドの使用

無名メソッドは通常、以下の例に示すように、何かに代入されます。

myFunc := function(x: Integer): string
begin
 Result := IntToStr(x);
end;
myProc := procedure(x: Integer)
begin
 Writeln(x);
end;

無名メソッドはまた、関数から返したり、メソッドを呼び出す際にパラメータの値として渡すこともできます。たとえば、先ほど定義した無名メソッド変数 myFunc を使って、

type
 TFuncOfIntToString = reference to function(x: Integer): string;
procedure AnalyzeFunction(proc: TFuncOfIntToString);
begin
 { some code }
end;
// Call procedure with anonymous method as parameter
// Using variable:
AnalyzeFunction(myFunc);
// Use anonymous method directly:
AnalyzeFunction(function(x: Integer): string
begin
 Result := IntToStr(x);
end;)

メソッド参照には、無名メソッドと同様に、メソッドも代入することができます。例:

type
 TMethRef = reference to procedure(x: Integer);
TMyClass = class
 procedure Method(x: Integer);
end;
var
 m: TMethRef;
 i: TMyClass;
begin
 // ...
 m := i.Method; //assigning to method reference
end;

ただし、その逆は真ではありません。つまり、無名メソッドを通常のメソッドポインタに代入することはできません。メソッド参照はマネージ型ですが、メソッドポインタはアンマネージ型です。したがって、型安全上の理由から、メソッド参照をメソッドポインタに代入することはサポートされていません。たとえば、イベントはメソッドポインタを値に取るプロパティであるため、無名メソッドをイベントに使用することはできません。この制限事項の詳細は、変数バインディングについてのセクションを参照してください。

無名メソッド変数のバインディング

無名メソッドの重要な特徴は、自らが定義されたコンテキストで見える変数を参照できることです。さらに、これらの変数を値にバインドしたり、無名メソッドへの参照と共にラップすることができます。これで変数の状態が捕捉され、変数の有効期間が延びます。

変数バインディングの例

先ほど定義した以下の関数についてもう一度考えてみましょう。

function MakeAdder(y: Integer): TFuncOfInt;
begin
 Result := function(x: Integer): Integer
 begin
 Result := x + y;
 end;
end;

変数値をバインドした状態で、この関数のインスタンス作成することができます。

var
 adder: TFuncOfInt;
begin
 adder := MakeAdder(20);
 Writeln(adder(22)); // prints 42
end.

変数 adder には無名メソッドが含まれており、その無名メソッドは自らのコードブロックで参照されている変数 y に値 20 をバインドします。このバインディングは、値がスコープから外れても存続します。

イベントとしての無名メソッド

メソッド参照を使用する動機は、バインドされた変数を中に含むことができる型(クロージャ値とも呼ばれます)を用意することです。クロージャはその定義環境(定義時点で参照されているローカル変数など)を中に閉じ込めているので、解放しなければならない状態を持っています。メソッド参照はマネージ型である(参照カウントの対象になる)ため、この状態を追跡でき、必要な場合には解放できます。メソッド参照やクロージャをメソッドポインタ(たとえばイベントなど)に自由に代入できるようでは、ダングリングポインタやメモリリークのある型の不正なプログラムをたやすく作成できてしまいます。

Delphi イベントはプロパティの 1 つの規約です。型の種類を除き、イベントとプロパティには違いがありません。プロパティがメソッドポインタ型であれば、それはイベントです。

プロパティがメソッド参照型であれば、それは論理的にはイベントでもあると考えなければなりません。ただし、IDE ではそれをイベントとして扱いません。このことは、コンポーネントやカスタムコントロールとして IDE にインストールされるクラスの場合には、重要です。

したがって、コンポーネントやカスタムコントロールに関するイベントにメソッド参照やクロージャ値を使って代入できるようにするには、プロパティはメソッド参照型でなければなりません。ただし、IDE ではそれをイベントとして認識しないため、これでは不都合です。

ここで、メソッド参照型プロパティ(したがって、イベントとして操作可能)の使用例を示します。

type
 TProc = reference to procedure;
 TMyComponent = class(TComponent)
 private
 FMyEvent: TProc;
 public
 // MyEvent property serves as an event:
 property MyEvent: TProc read FMyEvent write FMyEvent;
 // some other code invokes FMyEvent as usual pattern for events
 end;
// ...
var
 c: TMyComponent;
begin
 c := TMyComponent.Create(Self);
 c.MyEvent := procedure
 begin
 ShowMessage('Hello World!'); // shown when TMyComponent invokes MyEvent
 end;
end;

変数バインディングのメカニズム

メモリリークの発生を避けるには、変数バインディングプロセスの詳細を理解することが有効です。

手続き、関数、あるいはメソッド(以下、"ルーチン")の開始時に定義されたローカル変数は通常、そのルーチンがアクティブな間だけ有効です。無名メソッドを用いると、これらの変数の有効期間を延長することができます。

無名メソッドが外部のローカル変数を本体で参照する場合、その変数は "捕捉" されます。捕捉の結果、変数の有効期間が延長されるため、変数は、宣言元のルーチンと共に消滅するのではなく、無名メソッド値がある限り存続します。なお、変数の捕捉では、値ではなく変数が捕捉されることに注意してください。変数の値が無名メソッドの生成によって捕捉された後で変更された場合、その無名メソッドが捕捉した変数の値も変更されます。両者は記憶域が共通する同じ変数だからです。捕捉された変数は、スタックではなくヒープ上に格納されます。

無名メソッド値はメソッド参照型であり、参照カウントの対象になります。指定された無名メソッド値への最後のメソッド参照がスコープから外れる、またはクリアされる(nil に初期化される)か終了処理されると、それによって捕捉されていた変数は最終的にスコープから出ます。

複数の無名メソッドが同じローカル変数を捕捉する場合、この状況はより複雑になります。あらゆる状況でこれがどのように動作するかを理解するには、実装の方法をより的確に把握しておく必要があります。

ローカル変数は、捕捉されるたびに、宣言元のルーチンに関連付けられている "フレームオブジェクト" に追加されます。ルーチンで宣言されている無名メソッドはすべて、自らが含まれているルーチンに関連付けられているフレームオブジェクトのメソッドに変換されます。最後に、無名メソッド値の生成や変数の捕捉によって作成されたフレームオブジェクトが存在し、捕捉された外部変数にアクセスする必要がある場合、そのようなフレームはどれも別の参照によって親にリンクされます。 1 つのフレームオブジェクトからその親へのこうしたリンクもまた、参照カウントの対象になります。ネストしたローカルルーチン内に宣言され親ルーチンの変数を捕捉する無名メソッドは、その親フレームオブジェクトそのものがスコープから出るまで、それを有効な状態に保ちます。

たとえば、次のような状況を考えてみましょう。

type
 TProc = reference to procedure;
procedure Call(proc: TProc);
// ...
procedure Use(x: Integer);
// ...
procedure L1; // frame F1
var
 v1: Integer;
 procedure L2; // frame F1_1
 begin
 Call(procedure // frame F1_1_1
 begin
 Use(v1);
 end);
 end;
begin
 Call(procedure // frame F1_2
 var
 v2: Integer;
 begin
 Use(v1);
 Call(procedure // frame F1_2_1
 begin
 Use(v2);
 end);
 end);
end;

各ルーチンおよび無名メソッドにはフレーム識別子が注釈として付くため、以下のように、どのフレームオブジェクトがどれにリンクしているかが識別しやすくなります。

v1 は F1 の変数である
v2 は F1_2(F1_2_1 で捕捉される)の変数である
F1_1_1 の無名メソッドは F1_1 内のメソッドである
F1_1 は F1 にリンクしている(F1_1_1 では v1 を使用する)
F1_2 の無名メソッドは F1 内のメソッドである
F1_2_1 の無名メソッドは F1_2 内のメソッドである

フレーム F1_2_1 および F1_1_1 は、無名メソッドを宣言せず捕捉される変数もないため、フレームオブジェクトは不要です。これらは、ネストした無名メソッドと捕捉される外部変数の間の親子関係からは外れています (これらについては、スタック上に暗黙のフレームが格納されています)。

無名メソッド F1_2_1 への参照のみ与えられた場合は、変数 v1 および v2 が有効な状態に保たれます。そうでなく、F1 の呼び出しよりも長く存続する参照が F1_1_1 だけの場合は、変数 v11 のみ有効な状態に保たれます。

メソッド参照/フレームのリンクチェーンに、メモリリークの原因となる循環が生じる可能性があります。たとえば、無名メソッドを、その無名メソッドそのものによって捕捉される変数に直接/間接的に格納すると、循環が生じ、メモリリークの原因となります。

無名メソッドの有用性

無名メソッドがもたらすものは、呼び出し可能なものへの単なるポインタだけではありません。その他にも、以下のようにいくつかの利点があります。

変数値のバインディング
メソッドをたやすく定義および使用する方法
コードを使ったパラメータ化が容易

変数バインディング

無名メソッドは、コードブロックと変数バインディングを一緒に定義元の環境に提供します。その環境がスコープ外であってもそれは変わりません。関数や手続きのポインタではそれは不可能です。

たとえば、上記のサンプルコードに含まれている adder := MakeAdder(20); というステートメントでは、値 20 への変数のバインディングをカプセル化する変数 adder ができます。

このような構文要素を実装している他のいくつかの言語では、これらをクロージャと呼んでいます。従来、これは、adder := MakeAdder(20); のような式を評価するとクロージャができるという考え方でした。これは、関数外で定義され関数内で参照されているすべての変数のバインディングへの参照を内部に含んだオブジェクトを表しており、そのため、それらの変数の値を捕捉することで閉じることができます。

使いやすさ

以下のサンプルでは、簡単なメソッドをいくつか定義してそれらを呼び出す典型的なクラス定義を示します。

type
 TMethodPointer = procedure of object; // delegate void TMethodPointer();
 TStringToInt = function(x: string): Integer of object;
TObj = class
 procedure HelloWorld;
 function GetLength(x: string): Integer;
end;
procedure TObj.HelloWorld;
begin
 Writeln('Hello World');
end;
function TObj.GetLength(x: string): Integer;
begin
 Result := Length(x);
end;
var
 x: TMethodPointer;
 y: TStringToInt;
 obj: TObj;
begin
 obj := TObj.Create;
 x := obj.HelloWorld;
 x;
 y := obj.GetLength;
 Writeln(y('foo'));
end.

この例と、同じメソッドを無名メソッドを使って定義し呼び出した場合のコード(以下)を対比してみましょう。

type
 TSimpleProcedure = reference to procedure;
 TSimpleFunction = reference to function(x: string): Integer;
var
 x1: TSimpleProcedure;
 y1: TSimpleFunction;
begin
 x1 := procedure
 begin
 Writeln('Hello World');
 end;
 x1; //invoke anonymous method just defined
 y1 := function(x: string): Integer
 begin
 Result := Length(x);
 end;
 Writeln(y1('bar'));
end.

無名メソッドを使用したコードの方がいかに簡単で短いかに注意してください。他ではまず使用しないようなクラスを作成するオーバーヘッドと労力をかけずに、これらのメソッドを明示的かつ簡単に定義してすぐに使用したいという場合には、これは理想的です。結果的に、わかりやすいコードになります。

パラメータとしてのコードの使用

無名メソッドを使用すると、値だけでなく、コードでパラメータ化された関数や構造を作成しやすくなります。

マルチスレッド処理は無名メソッドの格好のアプリケーションです。何らかのコードを並行に実行する場合は、たとえば以下のような並列 for 関数を使用することになるでしょう。

type
 TProcOfInteger = reference to procedure(x: Integer);
procedure ParallelFor(start, finish: Integer; proc: TProcOfInteger);

ParallelFor 手続きは、指定された手続きを複数の異なるスレッドで反復実行します。この手続きが複数のスレッドすなわちスレッドプールを使って正しく効率的に実装されていると仮定すると、それを使用して複数のプロセッサを活用するのが容易になります。

procedure CalculateExpensiveThings;
var
 results: array of Integer;
begin
 SetLength(results, 100);
 ParallelFor(Low(results), High(results),
 procedure(i: Integer) // \
 begin // \ code block
 results[i] := ExpensiveCalculation(i); // / used as parameter
 end // /
 );
 // use results
 end;

これと、無名メソッドを使用せずに同じことを実現する方法を対比してみましょう。無名メソッドを使用しない場合は、おそらく、仮想抽象メソッドと ExpensiveCalculation の具象下位クラスを 1 つずつ持つ "タスク" クラスを用意した後、すべてのタスクをキューに追加することになるでしょうが、その方法は自然とはとても言えず、統合されているとも言えません。

ここで、"並列 for" アルゴリズムは、コードでパラメータ化されている抽象概念になります。これまでは、1 つ以上の抽象メソッドを持つ仮想基底クラスを使用するのが、このようなパターンを実装する一般的な方法でした。TThread クラスとその抽象メソッド Execute に注目してください。しかし、無名メソッドを使用すると、このようなパターン(コードを用いたアルゴリズムやデータ構造のパラメータ化)ははるかに容易になります。

Delphi での無名メソッド

目次

構文

無名メソッドの使用

無名メソッド変数のバインディング

変数バインディングの例

イベントとしての無名メソッド

変数バインディングのメカニズム

無名メソッドの有用性

変数バインディング

使いやすさ

パラメータとしてのコードの使用

関連項目

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