【コラム】

ダイナミックObjective-C

50 デザインパターンをObjective-Cで - Singleton (1)

 

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前回の予告通り、今回からデザインパターンをObjective-Cで実装してみる。

取り上げるパターンの順番だが、テキストとして使用する「オブジェクト指向における再利用のためのデザインパターン」(以下GoF本)とは少し変更する。まず生成に関するパターンから始めるのは同じだが、その中のSingletonを最初に取り上げよう。

Singletonとは

Singletonは、インスタンスを1つしか生成しないクラスのためのデザインパターンだ。主な用途としては、ファイルマネージャや、ウィンドウマネージャなど、対象がただ1つしかないものが挙げられる。

Singletonクラスのインスタンスを取得する場合、通常のallocinitといったメソッド(C++でのnewに相当)は、使わない。その代わりに、インスタンス取得のためのメソッドを提供することになる。作成された、ただ一つのインスタンスは、Singletonクラスで管理される。

Objective-Cでの実装

さて、このようなパターンをObjective-Cで実装してみよう。まず、インスタンス取得のためのメソッドは、クラスメソッドを使う。次に、作成したインスタンスだが、本来ならクラス変数として管理したいところだが、Objective-Cにはクラス変数はない。そこでよく使われるのが、クラスの実装ファイルにstatic変数を宣言する方法だ。C言語で使われる単純な方法だが、機能としては十分だ。

Singletonという名前のクラスを定義しよう。インスタンスを得るために、instanceという名前のクラスメソッドを持つ。

List 1. Singleton.h

@interface Singleton : NSObject
+ (id)instance;
@end

実装は次のようになる。instanceメソッドの中でstaticのSingleton変数を宣言し、最初に呼び出されときにだけ、インスタンスを作成する。

List 2. Singleton.m (1)

@implementation Singleton

+ (id)instance
{
    static Singleton* _instance = nil;
    if (!_instance) {
        _instance = [[Singleton alloc] init];
    }
    return _instance;
}

@end

実際に使うときは、次のようなコードになるだろう。

List 3. 使用例

    Singleton* singleton = [Singleton instance];

これで、ただ1つのSingletonインスタンスを使い回すことができる。基本的には、こういうスタイルになると思う。もう少し、突っ込んだ議論をしてみよう。

インスタンス作成のタイミング

List 2では、最初にinstanceメソッドを呼び出したときに、インスタンスを作成した。このタイミングでの作成は、複数スレッドからこのメソッドが呼ばれる場合、問題が起こることがある。インスタンス作成のチェックを、_insntanceがnilかどうかで行っているので、スレッドの動作によっては、2つのインスタンスが作成されてしまう恐れがあるのだ。

これを避けるには、スレッドのロックを行うようにすればいい。Objective-Cではスレッド同期のための文法は提供されていないので、Cocoaやpthreadなどのライブラリを使うことになるだろう。

それ以外に、インスタンス作成のタイミングをもっと早めるという方法もある。例えば、クラスがランタイムに読み込まれるときに呼ばれる、loadメソッドを使えばいい。List 2を次のように変更することもできる。

List 4. Singleton.m (2)

static Singleton* _instance = nil;

+ (void)load
{
    if (!_instance) {
        _instance = [[Singleton alloc] init];
    }
}

+ (id)instance
{
    return _instance;
}

この場合、instanceメソッドを呼び出したときには、すでにインスタンスは作成されていることになる。ただし、この実装にすると、次で説明するサブクラスへの対処が難しくなる。

Singletonのサブクラス

先ほどのSingletonクラスを、NewSingletonというサブクラスで拡張することを考えてみよう。このとき、インスタンスは、SingletonNewSingletonのどちらか1つだけを作るものとする。さて、どうすればよいか。

問題は、instanceメソッドが呼ばれたときに、どちらのクラスから呼ばれたのか? という点にある。Singletonクラスから呼ばれたののならばSingletonのインスタンスを作ればいいし、NewSingletonクラスならばそのインスタンスだ。

Objective-Cでは、クラスオブジェクトを使うことで解決できる。instanceはクラスメソッドなので、その内部ではself変数はクラスオブジェクトになる。これを使って、インスタンスを作成すればいい。

List 2を次のように変更しよう。

List 5. Singleton.m (3)

+ (id)instance
{
    static id _instance = nil;
    if (!_instance) {
        _instance = [[self alloc] init];
    }
    return _instance;
}

[Singleton alloc]としていたところを、[self alloc]と変更した。このようにすれば、[Singleton instance]を呼んだときはSingletonのインスタンスが作成され、[NewSingleton insntace]ならばNewSingletonのインスタンスになる。

GoF本では、インスタンスを作り分けるために、環境変数に名前を設定して、そこから判別する方法が紹介されている。

List 6. GoFより引用

MazeFactory* MazeFactory::Instance() {
    if (_instance == 0) {
        const char* mazeStyle = getenv("MAZESTYLE");
        
        if (strcmp(mazeStyle, "bombed") == 0) {
            _instance = new BombedMazeFactory();
        } else if (strcmp(mazeStryle, "enchated") == 0) {
            _instance = new EnchantedMazeFactory;
        }
        ...
    }
    return _instance;
}

この方法では、作成するインスタンスの名前をあらかじめ設定しておく必要がある。Objective-Cでは、クラスメソッドからクラスのランタイム情報にアクセスできるので、追加の情報がなくともサブクラス化に対応できることが分かると思う。

次回は、Cocoaフレームワークの中に見られるSingletonパターンを紹介しよう。

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インデックス

連載目次
第121回 デザインパターンをObjective-Cで - Visitor (2)
第120回 デザインパターンをObjective-Cで - Visitor (1)
第119回 デザインパターンをObjective-Cで - Template Method (1)
第118回 デザインパターンをObjective-Cで - Strategy (1)
第117回 デザインパターンをObjective-Cで - State (1)
第116回 デザインパターンをObjective-Cで - Interpreter (2)
第115回 デザインパターンをObjective-Cで - Interpreter (1)
第114回 デザインパターンをObjective-Cで - Mediator (3)
第113回 デザインパターンをObjective-Cで - Mediator (2)
第112回 デザインパターンをObjective-Cで - Mediator (1)
第111回 デザインパターンをObjective-Cで - Observer (3)
第110回 デザインパターンをObjective-Cで - Observer (2)
第109回 デザインパターンをObjective-Cで - Observer (1)
第108回 Fast Enumeration (4) - Fast Enumerationに対応するクラスの実装
第107回 Fast Enumeration (3) - Fast Enumerationのソースコード
第106回 Fast Enumeration(2) - NSFastEnumerationプロトコル
第105回 Fast Enumeration(1) - 速い列挙子
第104回 プロパティ(4) - プロパティの属性
第103回 プロパティ(3) - ドット演算子
第102回 プロパティ(2) - プロパティの宣言
第101回 プロパティ(1) - インスタンス変数のアクセス制御
第100回 ガベージコレクション(5) - コピーGCとコンパクション
第99回 ガベージコレクション (4) - マーク・アンド・スイープ
第98回 ガベージコレクション(3) - 保守的でありながらオブジェクト的
第97回 ガベージコレクション (2) - 実体であるlibauto
第96回 ガベージコレクション (1) - GCのためのAPI
第95回 デザインパターンをObjective-Cで - Memento (2)
第94回 デザインパターンをObjective-Cで - Memento (1)
第93回 デザインパターンをObjective-Cで - Chain of Responsibility (5)
第92回 デザインパターンをObjective-Cで - Chain of Responsibility (4)
第91回 デザインパターンをObjective-Cで - Chain of Responsibility (3)
第90回 デザインパターンをObjective-Cで - Chain of Responsibility (2)
第89回 デザインパターンをObjective-Cで - Chain of Responsibility (1)
第88回 デザインパターンをObjective-Cで - Command (5)
第87回 デザインパターンをObjective-Cで - Command (4)
第86回 デザインパターンをObjective-Cで - Command (3)
第85回 デザインパターンをObjective-Cで - Command (2)
第84回 デザインパターンをObjective-Cで - Command (1)
第83回 デザインパターンをObjective-Cで - Iterator (2)
第82回 デザインパターンをObjective-Cで - Iterator (1)
第81回 デザインパターンをObjective-Cで - Proxy (3)
第80回 デザインパターンをObjective-Cで - Proxy (2)
第79回 デザインパターンをObjective-Cで - Proxy (1)
第78回 デザインパターンをObjective-Cで - Flyweight (2)
第77回 デザインパターンをObjective-Cで - Flyweight (1)
第76回 デザインパターンをObjective-Cで - Facade (1)
第75回 デザインパターンをObjective-Cで - Decorator (2)
第74回 デザインパターンをObjective-Cで - Decorator (1)
第73回 デザインパターンをObjective-Cで - Composite (2)
第72回 デザインパターンをObjective-Cで - Composite (1)
第71回 デザインパターンをObjective-Cで - Bridge (3)
第70回 デザインパターンをObjective-Cで - Bridge (2)
第69回 デザインパターンをObjective-Cで - Bridge (1)
第68回 デザインパターンをObjective-Cで - Web Kitを考える Adapter (4)
第67回 デザインパターンをObjective-Cで - Adapater(3)
第66回 デザインパターンをObjective-Cで - Adapater (2)
第65回 デザインパターンをObjective-Cで - Adapter (1)
第64回 デザインパターンをObjective-Cで - Factory Method (4)
第63回 デザインパターンをObjective-Cで - Factory Method (3)
第62回 デザインパターンをObjective-Cで - Factory Method (2)
第61回 デザインパターンをObjective-Cで - Factory Method (1)
第60回 デザインパターンをObjective-Cで - Prototype (4)
第59回 デザインパターンをObjective-Cで - Prototype (3)
第58回 デザインパターンをObjective-Cで - Prototype (2)
第57回 デザインパターンをObjective-Cで - Prototype (1)
第56回 デザインパターンをObjective-Cで - Builder (2)
第55回 デザインパターンをObjective-Cで - Builder (1)
第54回 デザインパターンをObjective-Cで - Abstract Factory (2)
第53回 デザインパターンをObjective-Cで - Abstract Factory (1)
第52回 デザインパターンをObjective-Cで - Singleton (3)
第51回 デザインパターンをObjective-Cで - Singleton (2)
第50回 デザインパターンをObjective-Cで - Singleton (1)
第49回 デザインパターンで読み解くCocoa
第48回 F-Script - CocoaとObjective-Cのスクリプティング環境
第47回 AspectCocoa (5) - インプットマネージャとの連携
第46回 AspectCocoa (4) - AspectCocoaの実例
第45回 AspectCocoa (3) - フォワーディングとポージングの利用
第44回 AspectCocoa (2) - IMPによるアスペクト指向の実現
第43回 AspectCocoa (1) - Objective-CとCocoaによるアスペクト指向
第42回 SIMBLでハックを管理
第41回 インプットマネージャから侵入
第40回 Toll-free bridge (3) - Objective-Cメソッドの処理
第39回 Toll-free bridge (2) - Core Foundationのisaフィールド
第38回 Toll-free bridge(1) - 変換コスト0のブリッジ
第37回 Core Foudation (5) - インスタンスの実装
第36回 Core Foudation (4) - 多態性の実現
第35回 Core Foundation(3) - クラスの定義
第34回 Core Foundation(2) - C言語によるオブジェクト
第33回 Core Foundation(1) - Core Foundation誕生前夜
第32回 抽象クラスとクラスクラスタ
第31回 ランタイムAPIでさらに動的に(5) - インスタンス変数に動的にアクセス
第30回 ランタイムAPIでさらに動的に(4) - インスタンス変数の定義を調査
第29回 ランタイムAPIでさらに動的に(3) - メソッドの実装の置換
第28回 ランタイムAPIでさらに動的に(2) - メソッドの追加
第27回 ランタイムAPIでさらに動的に(1) - 動的なクラスの作成
第26回 メッセージ送信(4) - メッセージ送信の流れと関数呼び出しとの違い
第25回 メッセージ送信(3) - メソッドのキャッシング
第24回 メッセージ送信(2) - メソッドリストからメソッドを検索する
第23回 メッセージ送信(1) - objc_msgSendの実装
第22回 メソッドとは何か(5) - メソッドの実装
第21回 メソッドとは何か(4) - セレクタの実体
第20回 メソッドとは何か(3) - メソッドの型を読み解く
第19回 メソッドとは何か(2) - メソッドを取得する
第18回 メソッドとは何か(1) - メソッド、セレクタ、メソッドの実装
第17回 クラスとは何か(4) - Objective-Cにおけるオブジェクトとは何か?
第16回 クラスとは何か(3) - メタクラスと親クラス
第15回 クラスとは何か(2) - クラス情報に直接アクセスする
第14回 クラスとは何か(1) - Mac OS X/Objective-Cにおけるクラスの実装を読む
第13回 Objective-Cのエンジン部 - ランタイムに踏み込む
第12回 ポージングで乗っ取り
第11回 2つのプロトコルの使い分け
第10回 非形式プロトコル - もう1つのプロトコル
第9回 プロトコルが必要とされた背景とは? - なぜあえて静的な型を?
第8回 カテゴリ - 動的なメソッドの追加によるクラスの拡張
第7回 Objective-Cと様々な言語のブリッジ - PyObjC、RubyCocoa……
第6回 Cocoa-Javaの挑戦とは? - 似て非なるセレクタとリフレクション
第5回 ターゲット/アクションパラダイム(2) - その利点を徹底検証
第4回 ターゲット/アクションパラダイム(1) - 動的特性を利用したデザインパターン
第3回 Cocoa実現の肝 - クラスとそのメソッドの調査方法をチェック
第2回 Objective-Cの動的型付け
第1回 CocoaとObjective-Cと動的なオブジェクト指向 - Cocoaハックの第1歩

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