図解/デザインパターン一覧 (GoF)

2024年07月12日 2024年07月11日

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本記事では、GoF によって定義された２３種類のデザインパターンをざっくりとご紹介します。
これからデザインパターンを学習してみたい、というかたの手助けができれば幸いです。

各パターンの詳細については別途記事にまとめています。
そちらも合わせてご確認ください。

デザインパターンとは

デザインパターンとは、偉大な先人達により発見・編み出された設計のノウハウ集です。
その中でも GoF (Gang of Four) と呼ばれる４人によって定義されたパターンについて、本記事ではご紹介します。

デザインパターンを理解すれば、きっと設計の補助として役立つことでしょう。

デザインパターン一覧

生成に関するパターン

構造に関するパターン

振る舞いに関するパターン

学習の前に

最初に学ぶべきパターン

GoF によるデザインパターンは全部で２３種類あります。
うわー、多いな … と感じるかたもいることでしょう。

しかし、実は似たようなパターンも多いのです。
代表的なパターンが理解できれば、他も応用でなんとかなります。

というわけで、最初に学ぶべきおすすめのパターンは

• Strategy パターン
• Observer パターン

の２つです。
汎用性が高く、応用もしやすいパターンです。

この２つはじっくりと学び、よく理解することをおすすめします。

デザインパターンを過信しない

デザインパターンは、もちろんメリットがあるからこそ、こうしてパターンとしてまとめられています。
しかし、万能ではありません。

• デザインパターンが 最善ではない ときもある
• デザインパターンには デメリット もある

このことは、頭の片隅に置いておいたほうがよいでしょう。

例えば…

• なんでもかんでもデザインパターンを適用
  ↓
• 無駄にクラス構成が複雑になってしまった…

なんてことも。

個人的にですが、Singleton パターン はあまりおすすめしません。
そのあたりの話は下記の記事でまとめているので、興味のあるかたはご参照ください。

• シングルトン・パターンの乱用はやめよう

大事なことは、パターンの本質をよく理解することです。

パターンがそのまま適用できればよいのですが、そうでないときもあります。
ある程度、応用が必要なことも多いです。本質を理解していないと、応用も難しくなるでしょう。

メリットを実感しにくい

先ほどは、パターンの本質を理解することが大事だ、とお伝えしました。
しかし、それが難しいこともあります。

というのも、デザインパターンのメリットの多くは

• 機能の拡張がしやすくなる

という点だからです。

いわゆる 開放閉鎖の原則

• ソフトウェア要素（クラス、モジュール、関数など）は、拡張に対しては開いており、修正に対しては閉じているべきである。

ですね。

なんて場面で真価を発揮します。

逆にいうと、このような仕様の追加(機能の拡張) がないと、デザインパターンのメリットが実感しにくい … かもれません。
デザインパターンを使わずに、べたっと書いたほうがコードが読みやすい、ということもあるでしょう。

悩ましいですね。

すぐにメリットの実感がわかなくても、長い目で見るのがよいのかな … と思います。

生成に関するパターン

Abstract Factory パターンとは、

• 関連する複数のオブジェクトがあり、
• そのオブジェクトの生成処理を、動的に まとめて 切り替える

という設計です。

また、

• 生成するオブジェクトの組み合わせを間違えないようにする

という効果もあります。

Abstract Factory は、日本語的に発音すると「アブストラクト・ファクトリ」となります。
意味は「抽象的な工場」ですね。

関連記事 :

• Abstract Factory パターン
• Builder パターン
• Factory Method パターン

Builder パターンとは、

• 複雑なオブジェクト生成処理をシンプルにする
• 同じ手続きで異なる型のオブジェクトを生成する

という２つの目的をもった設計です。

Builder は、日本語的に発音すると「ビルダー」となります。
意味は「建築者」ですね。

関連記事 :

• Builder パターン
• 簡易的な Builder パターン
• Abstract Factory パターン
• Factory Method パターン

Factory Method パターンとは、

• 処理はベースクラスで共通化
• 部品となるオブジェクトの生成処理はサブクラスで実装

という設計です。

Factory Method は、日本語的に発音すると「ファクトリ・メソッド」となります。
意味は「工場メソッド」ですね。

関連記事 :

• Factory Method パターン
• Abstract Factory パターン
• Builder パターン
• Template Method パターン

Prototype パターンとは、

• 自身の属性を引き継いだ新しいオブジェクトを生成する

という設計です。

Prototype は、日本語的に発音すると「プロトタイプ」となります。
意味は「原型」または「試作品」ですね。

関連記事 :

• Prototype パターン
• Memento パターン

Singleton パターンとは、

• あるクラスがあり
• そのクラスのインスタンスが最大で１つしか生成されない

ということを保証するための設計です。

Singleton は、日本語的に発音すると「シングルトン」となります。
意味は「単集合」ですね。

関連記事 :

• Singleton パターン
• シングルトン・パターンの乱用はやめよう

構造に関するパターン

Adapter パターンとは、

• 既存のクラスの 修正なし に、インタフェースを変更して再利用する

という設計です。

Adapter は、日本語的に発音すると「アダプター」となります。
意味は「適合させるもの」ですね。

日本語でもそのまま「アダプター」で使われているので馴染みやすいかと思います。

関連記事 :

• Adapter パターン
• Decorator パターン
• Proxy パターン

Bridge パターンとは、

• 複雑になる継承関係を、委譲 を使ってシンプルにする

という設計です。

Bridge は、日本語的に発音すると「ブリッジ」となります。
意味は「橋」ですね。

関連記事 :

• Bridge パターン
• Strategy パターン

Composite パターンとは、

• 木構造を持つ再帰的なデータ構造

を実現するための設計です。

Composite は、日本語的に発音すると「コンポジット」となります。
意味は「合成物」や「混合物」です。ただ、日本語に訳しても、あまりピンとはこないかも…です。

関連記事 :

• Composite パターン
• Chain of Responsibility パターン
• Interpreter パターン

Decorator パターンとは、

• 機能を 入れ子 構造で持つことにより
• 複数の機能 を動的に追加する

という設計です。

Decorator は、日本語的に発音すると「デコレータ」となります。
意味は「装飾者」ですね。「デコレーション」ケーキなど、日本語でもそのまま使われていたりします。

関連記事 :

• Decorator パターン
• Adapter パターン
• Proxy パターン

Facade パターンとは、

• 複雑な操作や連携が必要となるクラス群 (サブシステム、モジュールなど) があり
• 上記に対して、使いやすいシンプルなインタフェースを提供する

という目的のための設計です。

もっと簡単にいうと、

• 複雑な処理をまとめる

ということです。
サブルーチン の考え方をもう少し広げた感じでしょうか。

Facade は、日本語的に発音すると「ファサード」となります。
意味は「建物の正面」ですね。

関連記事 :

• Facade パターン
• Mediator パターン

Flyweight パターンとは、内容の同じオブジェクトが必要となる場合に、

• 複数のオブジェクトは作らない
• １つのオブジェクトを再利用(共有) してリソースを節約する

という設計です。

例えば、

• 大きなオブジェクトを使う
• 小さなオブジェクトでも大量に生成する

といったケースで有用でしょう。

Flyweight パターンは、特に 不変オブジェクト と相性のよいパターンです。

Flyweight は、日本語的に発音すると「フライウェイト」となります。
意味は「フライ級」で、ボクシングなどの格闘技で使われる階級の１つです。階級のなかでも体重が軽めの階級ですね。

関連記事 :

• Flyweight パターン
• 不変オブジェクト(イミュータブル) とは

Proxy パターンとは、

• 操作対象のオブジェクトがあるけど 直接操作はしない
• 代理人をとおして操作する

という設計です。

Proxy は、日本語的に発音すると「プロキシ」や「プロキシー」となります。
意味は「代理人」ですね。

関連記事 :

• Proxy パターン
• Adapter パターン
• Decorator パターン

振る舞いに関するパターン

Chain of Responsibility パターンとは、

• ある一連のオブジェクト A, B, C ... Z がある。
• A に対して処理を依頼(リクエスト) すると、必要に応じて、A → B → C → ... → Z へとリクエストは転送される。

という設計です。

Chain of Responsibility は、日本語的に発音すると「チェイン・オブ・レスポンシビリティ」となります。
意味は「責任の連鎖」ですね。

関連記事 :

• Chain of Responsibility パターン
• Command パターン
• Composite パターン

Command パターンとは、

• 「処理の依頼(リクエスト)」と「処理の実行」を分離する

という設計です。

これにより、

• 処理の リクエスト はしたけど、処理の 実行 は遅らせる
• リクエスト単位で、処理のアンドゥ(元に戻す) 機能を実現する
• 処理の リクエスト は複数のサブスレッドからでも OK
  ただし、処理の 実行 は単一のスレッド上で実行させたい

といったことが可能になります。

Command は、日本語的に発音すると「コマンド」となります。
意味は「命令」ですね。

関連記事 :

• Command パターン
• Chain of Responsibility パターン
• Memento パターン

Interpreter パターンとは、

• ある分野に特化したコンピュータ言語

を実装するための設計です。

「ある分野に特化したコンピュータ言語」のことを

• ドメイン固有言語(DSL)

とも言います。
例えば、データベースの問い合わせに特化した SQL などです。

Interpreter は、日本語的に発音すると「インタープリター」もしくは「インタプリタ」となります。
意味は「解釈する人」ですね。

関連記事 :

• Interpreter パターン
• Composite パターン

Iterator パターンとは、

• ある要素の集まりがあり
• そのすべての要素に順々にアクセスする

という目的のための設計です。

Iterator は、日本語的に発音すると「イテレーター」となります。
意味は「反復子」ですね。

関連記事 :

• Iterator パターン

Mediator パターンとは、

• 相互に依存する複数のクラスがある場合に
• 仲介者をはさむことで、その依存関係をシンプルにする

という設計です。

Mediator は、日本語的に発音すると「メディエーター」となります。
意味は「仲介者」ですね。

関連記事 :

• Mediator パターン
• Facade パターン
• Observer パターン

Memento パターンとは、

• オブジェクトの 非公開(private) な内部状態を保存・復元する

という目的のための設計です。

Memento は、日本語的に発音すると「メメント」となります。
意味は「思い出の品」や「形見」ですね。

関連記事 :

• Memento パターン
• Command パターン

Observer パターンとは、

• イベントを通知するクラスがあり
• そのクラスの 変更なし で、イベントを受け取りたいクラスを増やす(拡張する)

という目的のための設計です。

もう少し簡単にいうと、

• イベントを 不特定多数 のオブジェクトに通知する

という設計です。

また、依存関係の 向きを逆転 させるテクニックとしても使えます。

Observer は、日本語的に発音すると「オブザーバー」となります。
意味は「監視者」ですね。

関連記事 :

• Observer パターン
• Mediator パターン
• Strategy パターン

State パターンとは、

• オブジェクトの状態を「振る舞いを持たせたクラスオブジェクト」で表す
• それにより if や switch などの条件式を減らす

という設計です。

State は、日本語的に発音すると「ステート」となります。
意味は「状態」ですね。

関連記事 :

• State パターン
• Strategy パターン

Strategy パターンとは、

• ある１つのクラスがあり
• そのクラスの変更なしで、処理の一部を動的に切り替える

という目的のための設計です。

Strategy は、日本語的に発音すると「ストラテジー」となります。
意味は「戦略」ですね。

関連記事 :

• Strategy パターン
• Bridge パターン
• Observer パターン
• State パターン
• Template Method パターン
• 依存性の注入(DI)をもっと気軽に

Template Method パターンは、

• 大まかな処理はベースクラスで共通化
• 具体的な処理はサブクラスで実装

という設計です。

大まかな処理は共通化して、処理の一部をサブクラスごとに切り替えたい、というときに便利です。

Template Method は、日本語的に発音すると「テンプレート・メソッド」となります。
意味は … 日本語訳しにくいですが「メソッドのひな型」でしょうか。

関連記事 :

• Template Method パターン
• Factory Method パターン
• Strategy パターン

Visitor パターンとは、

• ある複数の異なるクラスがあり
• それらのクラスの変更なしで一連の処理を拡張する

という目的のための設計です。
また、複数の異なるクラスに対して、横断的に (for文などで) 処理したいときに便利です。

Visitor は、日本語的に発音すると「ビジター」となります。
意味は「訪問者」ですね。

関連記事 :

• Visitor パターン

まとめ

本記事では、GoF によって定義された２３種類のデザインパターンをざっくりとご紹介しました。
デザインパターンを理解すれば、きっと設計の補助として役立つことでしょう。

ぜひ、有効に活用したいですね。

関連記事

• 標準APIにならう命名規則
• コメントが少なくて済むコードを目指そう
• シングルトン・パターンの乱用はやめよう
• メソッドのパラメータ(引数)は使う側でチェックしよう
• 不変オブジェクト(イミュータブル) とは
• 依存性の注入(DI)をもっと気軽に
• 不要になったコードはコメントアウトで残さずに削除しよう
• 簡易的な Builder パターン
• 読み取り専用(const) のインタフェースを作る

• 図解/デザインパターン一覧 (GoF)
  • Abstract Factory パターン
  • Adapter パターン
  • Bridge パターン
  • Builder パターン
  • Chain of Responsibility パターン
  • Command パターン
  • Composite パターン
  • Decorator パターン
  • Facade パターン
  • Factory Method パターン
  • Flyweight パターン
  • Interpreter パターン
  • Iterator パターン
  • Mediator パターン
  • Memento パターン
  • Observer パターン
  • Prototype パターン
  • Proxy パターン
  • Singleton パターン
  • State パターン
  • Strategy パターン
  • Template Method パターン
  • Visitor パターン