1 構造体の基礎
Go言語では、構造体（struct）は異なるまたは同じ種類のデータを1つのエンティティにまとめるために使用される複合データ型です。構造体は、従来のオブジェクト指向プログラミング言語とわずかに異なる点があるものの、オブジェクト指向プログラミングの基本的な側面として重要な位置を占めています。
構造体が必要とされる理由は次の点にあります：
- 関連性の強い変数を組織化して、コードの保守性を高める。
- "クラス"をシミュレートする手段を提供し、カプセル化や集約の機能を実現する。
- JSONやデータベースレコードなどのデータ構造とやり取りする際に、便利なマッピングツールを提供する。
構造体を使用してデータを整理することで、ユーザーや注文などの実世界のオブジェクトモデルをより明確に表現できます。
2 構造体の定義
構造体の定義の構文は以下の通りです：
type 構造体名 struct {
フィールド1 フィールド型1
フィールド2 フィールド型2
// ... その他のメンバー変数
}
-
typeのキーワードは構造体の定義を導入します。 -
構造体名は構造体の型の名前であり、Goの命名規則に従い、通常は大文字で記述され、その型がエクスポート可能であることを示します。 -
structのキーワードはこれが構造体型であることを示します。 - 波括弧
{}の内部では、それぞれのフィールドとその型が定義されます。
構造体のメンバーの型は、基本型（int、stringなど）や複雑な型（配列、スライス、別の構造体など）を含む任意の型であることができます。
例えば、人を表す構造体を定義する場合：
type Person struct {
Name string
Age int
Emails []string // スライスなどの複雑な型も含めることができます
}
上記のコードでは、Person構造体は、Nameはstring型、Ageは整数型、Emailsはstringのスライス型であり、人は複数の電子メールアドレスを持つ可能性があることを示しています。
3 構造体の作成と初期化
3.1 構造体インスタンスの作成
構造体インスタンスを作成するには、直接宣言またはnewキーワードを使用する方法があります。
直接宣言:
var p Person
上記のコードは、Person型のインスタンスpを作成し、構造体のそれぞれのメンバー変数は対応する型のゼロ値となります。
newキーワードを使用:
p := new(Person)
newキーワードを使用して構造体を作成すると、構造体へのポインタが得られます。この時点での変数pは*Person型であり、構造体のメンバー変数はゼロ値で初期化された新たに割り当てられた変数を指します。
3.2 構造体インスタンスの初期化
構造体インスタンスは作成時に、フィールド名を使用してまたはフィールド名を使用せずに1回で初期化することができます。
フィールド名を使用して初期化:
p := Person{
Name: "Alice",
Age: 30,
Emails: []string{"[email protected]", "[email protected]"},
}
フィールド代入形式で初期化する際、初期化の順序は構造体の宣言の順序と同じである必要はなく、初期化されていないフィールドはゼロ値のままとなります。
フィールド名を使用せずに初期化:
p := Person{"Bob", 25, []string{"[email protected]"}}
フィールド名を使用せずに初期化する際は、構造体の定義時と同じ順序で各メンバー変数の初期値を記述する必要があり、フィールドを省略することはできません。
さらに、特定のフィールドで初期化することもでき、指定されていないフィールドはゼロ値を取ります：
p := Person{Name: "Charlie"}
この例では、Nameフィールドのみが初期化され、AgeとEmailsはそれぞれ対応するゼロ値を取ります。
4 構造体メンバーのアクセス
Go言語で構造体のメンバー変数にアクセスするには、ドット（.）演算子を使用します。構造体の変数があれば、この方法でそのメンバーの値を読み取ったり変更したりすることができます。
パッケージメイン
import "fmt"
type Person struct {
Name string
Age int
}
func main() {
// Person型の変数を作成
p := Person{"Alice", 30}
// 構造体メンバーにアクセス
fmt.Println("名前:", p.Name)
fmt.Println("年齢:", p.Age)
// メンバーの値を変更
p.Name = "Bob"
p.Age = 25
// 変更されたメンバーの値に再度アクセス
fmt.Println("\n更新後の名前:", p.Name)
fmt.Println("更新後の年齢:", p.Age)
}
この例では、まずPerson構造体をNameとAgeの2つのメンバー変数で定義し、この構造体のインスタンスを作成して、これらのメンバーを読み取りおよび変更する方法を示しています。
5 構造体の組み立てと埋め込み
構造体は独立して存在するだけでなく、より複雑なデータ構造を作成するために組み合わせたり、入れ子にすることができます。
5.1 匿名構造体
匿名構造体は新しい型を明示的に宣言せずに、構造体の定義を直接使用するものです。これは、一度だけ構造体を作成してシンプルに使用したい場合に便利であり、不要な型の作成を避けるためのものです。
package main
import "fmt"
func main() {
// 匿名構造体を定義して初期化する
person := struct {
Name string
Age int
}{
Name: "Eve",
Age: 40,
}
// 匿名構造体のメンバーにアクセス
fmt.Println("名前:", person.Name)
fmt.Println("年齢:", person.Age)
}
この例では、新しい型を作成せずに直接構造体を定義し、そのインスタンスを作成して初期化する方法を示しています。匿名構造体の初期化とそのメンバーへのアクセス方法を示しています。
5.2 構造体の埋め込み
構造体の埋め込みは、一つの構造体を他の構造体のメンバーとして入れ子にすることです。これにより、より複雑なデータモデルを構築することができます。
package main
import "fmt"
// Address構造体を定義
type Address struct {
City string
Country string
}
// Address構造体をPerson構造体に埋め込む
type Person struct {
Name string
Age int
Address Address
}
func main() {
// Personのインスタンスを初期化
p := Person{
Name: "Charlie",
Age: 28,
Address: Address{
City: "New York",
Country: "USA",
},
}
// 埋め込まれた構造体のメンバーにアクセス
fmt.Println("名前:", p.Name)
fmt.Println("年齢:", p.Age)
// Address構造体のメンバーにアクセス
fmt.Println("市区町村:", p.Address.City)
fmt.Println("国:", p.Address.Country)
}
この例では、Address構造体を定義し、Person構造体にそのメンバーとして埋め込んでいます。Personのインスタンスを作成する際に、同時にAddressのインスタンスも作成します。ドット表記を使用して埋め込まれた構造体のメンバーにアクセスできます。
6 構造体のメソッド
構造体メソッドを使用することで、オブジェクト指向プログラミング（OOP）の機能を実装できます。
6.1 メソッドの基本概念
Go言語では、伝統的なクラスやオブジェクトの概念はありませんが、構造体にメソッドをバインディングすることで類似したOOPの機能を実現できます。構造体メソッドは、特定の構造体の型（またはそのポインタ）と関連付けられた特別な種類の関数であり、その型が独自のメソッドセットを持つことを可能にします。
// シンプルな構造体を定義
type Rectangle struct {
length, width float64
}
// Rectangle構造体のメソッドとして、長方形の面積を計算するメソッドを定義
func (r Rectangle) Area() float64 {
return r.length * r.width
}
上記のコードでは、メソッドAreaが構造体Rectangleに関連付けられています。メソッドの定義では、(r Rectangle) がレシーバであり、このメソッドがRectangle型に関連付けられていることを指定しています。レシーバはメソッド名の前に表示されます。
### 6.2 値レシーバとポインタレシーバ
メソッドは、受信者の型に基づいて値レシーバとポインタレシーバに分類されます。値レシーバは、メソッドを呼び出すために構造体のコピーを使用しますが、ポインタレシーバは構造体へのポインタを使用し、元の構造体を変更できます。
```go
// 値レシーバを持つメソッドの定義
func (r Rectangle) Perimeter() float64 {
return 2 * (r.length + r.width)
}
// 構造体を変更できるポインタレシーバを持つメソッドの定義
func (r *Rectangle) SetLength(newLength float64) {
r.length = newLength // 元の構造体の値を変更できる
}
上記の例では、Perimeter は値レシーバメソッドであり、これを呼び出しても Rectangle の値は変わりません。一方、SetLength はポインタレシーバメソッドであり、このメソッドを呼び出すと元の Rectangle インスタンスに影響を与えます。
6.3 メソッドの呼び出し
構造体のメソッドは、構造体変数とそのポインタを使用して呼び出すことができます。
func main() {
rect := Rectangle{length: 10, width: 5}
// 値レシーバを持つメソッドを呼び出す
fmt.Println("面積:", rect.Area())
// 値レシーバを持つメソッドを呼び出す
fmt.Println("周囲:", rect.Perimeter())
// ポインタレシーバを持つメソッドを呼び出す
rect.SetLength(20)
// 再度値レシーバを持つメソッドを呼び出し、長さが変更されたことに注意
fmt.Println("変更後の面積:", rect.Area())
}
ポインタを使用してメソッドを呼び出す場合、Goは値とポインタの変換を自動的に処理し、メソッドが値レシーバで定義されているかポインタレシーバで定義されているかに関係なく処理します。
6.4 受信者の型の選択
メソッドを定義する際には、状況に応じて値レシーバまたはポインタレシーバを使用するかを決定する必要があります。以下は一般的なガイドラインです。
- メソッドで構造体の内容を変更する必要がある場合は、ポインタレシーバを使用します。
- 構造体が大きく、コピーのコストが高い場合は、ポインタレシーバを使用します。
- メソッドが受信者が指す値を変更する必要がある場合は、ポインタレシーバを使用します。
- 効率のために、構造体の内容を変更しなくても大きな構造体に対してもポインタレシーバを使用するのは合理的です。
- 小さな構造体の場合、または変更が必要なくデータを読み取るだけの場合は、値レシーバを使用するのがよりシンプルで効率的です。
構造体メソッドを通じて、Goではカプセル化やメソッドなどのオブジェクト指向プログラミングのいくつかの機能を模倣することができます。これにより、オブジェクトの概念を簡素化し、関連する関数を整理・管理するための十分な機能が提供されます。
7 構造体とJSONシリアライゼーション
Goでは、ネットワークの送受信や設定ファイルとして構造体をJSON形式にシリアライズすることがよくあります。同様に、JSONを構造体に逆シリアル化する必要もあります。Goの encoding/json パッケージは、これを実現する機能を提供しています。
以下は、構造体とJSONの変換例です。
package main
import (
"encoding/json"
"fmt"
"log"
)
// Person構造体を定義し、構造体のフィールドとJSONフィールド名のマッピングをjsonタグで定義します
type Person struct {
Name string `json:"name"`
Age int `json:"age"`
Emails []string `json:"emails,omitempty"`
}
func main() {
// Personの新しいインスタンスを作成
p := Person{
Name: "John Doe",
Age: 30,
Emails: []string{"[email protected]", "[email protected]"},
}
// JSONにシリアライズ
jsonData, err := json.Marshal(p)
if err != nil {
log.Fatalf("JSONのシリアライズに失敗しました: %s", err)
}
fmt.Printf("JSON形式: %s\n", jsonData)
// 構造体に逆シリアル化
var p2 Person
if err := json.Unmarshal(jsonData, &p2); err != nil {
log.Fatalf("JSONの逆シリアライズに失敗しました: %s", err)
}
fmt.Printf("復元された構造体: %#v\n", p2)
}
上記のコードでは、Person 構造体を定義し、「omitempty」オプションを持つスライス型のフィールドを含めました。このオプションは、フィールドが空または欠落している場合、JSONに含まれないことを指定します。
json.Marshal 関数を使用して、構造体インスタンスをJSONにシリアライズし、json.Unmarshal 関数を使用してJSONデータを構造体インスタンスに逆シリアル化しました。
8 構造体の高度なトピック
8.1 構造体の比較
Goでは、構造体のインスタンス同士を直接比較することができますが、この比較は構造体内のフィールドの値に基づいています。すべてのフィールドの値が等しい場合、2つの構造体のインスタンスは等しいと見なされます。なお、すべてのフィールドのタイプを比較することができるわけではありません。たとえば、スライスを含む構造体は直接比較することはできません。
以下は、構造体を比較する例です：
package main
import "fmt"
type Point struct {
X, Y int
}
func main() {
p1 := Point{1, 2}
p2 := Point{1, 2}
p3 := Point{1, 3}
fmt.Println("p1 == p2:", p1 == p2) // 出力: p1 == p2: true
fmt.Println("p1 == p3:", p1 == p3) // 出力: p1 == p3: false
}
この例では、p1とp2はすべてのフィールドの値が同じであるため等しいと見なされます。そして、Yの値が異なるため、p3はp1と等しくありません。
8.2 構造体のコピー
Goでは、構造体のインスタンスは代入によってコピーすることができます。このコピーが深いコピーなのか浅いコピーなのかは、構造体内のフィールドのタイプに依存します。
もし構造体が基本的な型（int、stringなど）のみを含む場合、コピーは深いコピーになります。もし構造体が参照型（スライス、マップなど）を含む場合、コピーは浅いコピーになり、元のインスタンスと新しくコピーされたインスタンスは参照型のメモリを共有します。
以下は、構造体をコピーする例です：
package main
import "fmt"
type Data struct {
Numbers []int
}
func main() {
// Data構造体のインスタンスを初期化
original := Data{Numbers: []int{1, 2, 3}}
// 構造体をコピー
copied := original
// コピーしたスライスの要素を変更
copied.Numbers[0] = 100
// 元のインスタンスとコピーしたインスタンスの要素を表示
fmt.Println("Original:", original.Numbers) // 出力: Original: [100 2 3]
fmt.Println("Copied:", copied.Numbers) // 出力: Copied: [100 2 3]
}
この例では、originalとcopiedのインスタンスは同じスライスを共有しているため、copiedでスライスのデータを変更するとoriginalのスライスのデータも影響を受けます。
この問題を避けるために、スライスの内容を新しいスライスに明示的にコピーすることで、本当の深いコピーを実現できます：
newNumbers := make([]int, len(original.Numbers))
copy(newNumbers, original.Numbers)
copied := Data{Numbers: newNumbers}
この方法では、copiedの変更はoriginalに影響を与えません。