Chapter 07: 副作用と純粋関数¶

Elixir における副作用の管理と純粋関数の分離について学びます。

概要¶

関数型プログラミングでは、副作用（I/O、状態変更、時間、乱数）を純粋なビジネスロジックから分離することが重要です。このチャプターでは、その設計パターンを紹介します。

主なトピック¶

純粋関数と副作用の分離
Functional Core, Imperative Shell
副作用の遅延実行
Reader パターン
依存性注入

純粋関数 vs 副作用¶

純粋関数¶

同じ入力に対して常に同じ出力
外部状態を変更しない

# 純粋関数の例
def add(a, b), do: a + b
def upcase(s), do: String.upcase(s)

副作用を持つ関数¶

I/O（コンソール、ファイル、ネットワーク）
状態変更
現在時刻の取得
乱数生成

# 副作用を持つ関数
def current_time, do: DateTime.utc_now()  # 非決定的
def random_number, do: :rand.uniform()    # 非決定的
def print(msg), do: IO.puts(msg)          # I/O

Functional Core, Imperative Shell¶

ビジネスロジックを純粋関数として実装し、副作用は境界層で処理します。

# Functional Core（純粋関数）
defmodule PricingCore do
  def apply_discount(price, %{type: :percentage, value: pct}) do
    price * (1 - pct / 100)
  end

  def calculate_total(products) do
    products |> Enum.map(& &1.price) |> Enum.sum()
  end
end

# Imperative Shell（副作用を扱う）
defmodule PricingShell do
  def calculate_order_price(products, discount_fetcher, discount_code, tax_rate) do
    # 副作用：外部から割引情報を取得
    discount = discount_fetcher.(discount_code)
    # 純粋関数でビジネスロジックを実行
    PricingCore.calculate_final_price(products, discount, tax_rate)
  end
end

副作用の遅延実行（Effect as Data）¶

副作用をデータとして表現し、実行を遅延させます。

defmodule Effect do
  def console_log(message) do
    {:effect, :console_log, message, fn _ -> :ok end}
  end

  def get_current_time do
    {:effect, :get_time, nil, fn time -> time end}
  end

  # 本番用インタープリター
  def run({:effect, :console_log, message, cont}) do
    IO.puts(message)
    cont.(:ok)
  end

  # テスト用インタープリター
  def run_test({:effect, effect_type, _, cont}, mock_values) do
    cont.(Map.get(mock_values, effect_type))
  end
end

Reader パターン¶

環境（設定、依存性）を引数として渡す関数をラップします。

defmodule Reader do
  def pure(value), do: fn _env -> value end
  def ask, do: fn env -> env end
  def asks(selector), do: fn env -> selector.(env) end

  def flat_map(reader, f) do
    fn env -> f.(reader.(env)).(env) end
  end

  def run(reader, env), do: reader.(env)
end

# 使用例
def get_db_url do
  Reader.asks(fn config -> config.db_url end)
end

def build_service do
  Reader.flat_map(get_db_url(), fn db_url ->
    Reader.flat_map(get_api_key(), fn api_key ->
      Reader.pure(%{db: db_url, key: api_key, ready: true})
    end)
  end)
end

時間の抽象化¶

時間依存をテスト可能にします。

defmodule TimeService do
  def add_timestamp(data, time_provider) do
    Map.put(data, :timestamp, time_provider.())
  end

  def is_expired?(expiry_date, time_provider) do
    DateTime.compare(time_provider.(), expiry_date) == :gt
  end
end

# テスト
test "is_expired? は期限切れを判定する" do
  now = ~U[2024-01-15 12:00:00Z]
  provider = fn -> now end

  assert TimeService.is_expired?(~U[2024-01-10 12:00:00Z], provider) == true
  assert TimeService.is_expired?(~U[2024-01-20 12:00:00Z], provider) == false
end

まとめ¶

純粋関数でビジネスロジックを実装
Functional Core, Imperative Shellで副作用を分離
依存性注入でテスト可能な設計
Reader パターンで環境を引き回す