継承の問題点(2)

最近のオブジェクト指向の研究では，

クラス≠型

が常識である．それは「クラス＝型」にすると以下のような問 題が知られているからである．Java で示そう．

public class Food {
  private String name;
  Food(String f) { name = f; }
  public static void main(String args[]) {
    Person p = new Person();
    Vegetarian v = new Vegetarian();
    Vegetable v1 = new Vegetable("Cabbage");
    Food f1 = new Food("Meat");
    System.out.println(
      "Can a person eat cabbages? "+p.Eat(v1));
    System.out.println(
      "Can a person eat meats? "+p.Eat(f1));
    System.out.println(
      "Can a vegetarian eat cabbages? "+
      v.Eat(v1));
    System.out.println(
      "Can a vegetarian eat meats? "+v.Eat(f1));
  }
}
class Vegetable extends Food {
  String name;
  Vegetable(String s) { super(s); name = s; }
}
class Person {
  public boolean Eat(Food f) { return true; }
}
class Vegetarian extends Person {
  public boolean Eat(Vegetable v){return true;}
}

このプログラムでは，

人間( Person) と菜食主義者( Vegetarian) $\hbox{\tt Vegetarian}\ll\hbox{\tt Person}$， 食べ物( Food) と野菜( Vegetable) $\hbox{\tt Vegetable}\ll\hbox{\tt Food}$ を定義した． 各々「食べ物」は，野菜，肉すべての食べ物を含んでいるので，肉(meats) を 定義し，「野菜」は，キャベツ(cabbages) を定義した． その結果，人間，菜食主義者が各々「肉」を食べることができるか， 「野菜」を食べることができるか．を問い合わせてみた。 このプログラムを実行すると，以下のようになる．

Can a person eat cabbages? true
Can a person eat meats? true
Can a vegetarian eat cabbages? true
Can a vegetarian eat meats? true

このように「菜食主義者」(vegetarian) が，「肉を食べることが出来てしま う」(最後の行) が問題である．この原因として，「菜食主義者」は，「人間」の サブクラスであるので， Eat(Vegetable v) に当てはまらない場合は， 人間の Eat(Food f) を継承してしまうためである． そもそも，「菜食主義者」は，「人間」のほとんどの性質を継承するが， 「野菜以外の食べ物は食べない」ことを表現するために，オーバーライドを利 用するが，うまく表現できない．

では，例えば，

class Vegetarian {
  public boolean Eat(Vegetable v){return true;}
}

とすれば，

そさそうであるが，菜食主義者といえども人間であるので その性質を受け継ぐ関係は必要である．

一般に，このような時は(Java では書けないが)， TypeOperator を使う ことが知られている．結果として，人間と菜食主義者のサブタイプ関係は成り 立つ．

TypeOperator Person[F<:Food] {
  public boolean Eat(F f) { return false; }
}

TypeOperator Vegetarian[V<:Vegetable] {
  public boolean Eat(V v) { return ture; }
}

として，

ある Vegetable のインスタンス v に対 して $\hbox{\tt Vegetarian[v]}<:\hbox{\tt Person[v]}$ が成立するようにすることができる． v の代わりに，すべての Food のインスタンス f では 成立しない．

結果として $\hbox{TypeOf}(b)<:\hbox{TypeOf}(a)\Rightarrow B\ll A$ であるが，逆は成立しない関係である．ここで，クラス $A$，$B$ のインスタン スを $a$，$b$ とし，更に，その型を $\hbox{TypeOf}(a)$， $\hbox{TypeOf}(b)$ と書く．$b$ の型が $a$ の型のサブタイプである時 $\hbox{TypeOf}(a)<:\hbox{TypeOf}(b)$ とする．