第10章: Strategy パターン¶
はじめに¶
Strategy パターンは、アルゴリズムをカプセル化し、それらを交換可能にするパターンです。このパターンを使用すると、アルゴリズムをクライアントから独立して変更できます。
本章では、料金計算、配送料金、支払い方法などの例を通じて、判別共用体と高階関数による Strategy パターンの実装を学びます。
1. パターンの構造¶
Strategy パターンは以下の要素で構成されます：
- Strategy: アルゴリズムのインターフェース
- ConcreteStrategy: 具体的なアルゴリズムの実装
- Context: Strategy を使用するクライアント
2. 料金計算戦略（判別共用体版）¶
会員レベルと料金戦略の定義¶
/// 会員レベル
[<RequireQualifiedAccess>]
type MemberLevel =
| Gold
| Silver
| Bronze
/// 料金計算戦略
[<RequireQualifiedAccess>]
type PricingStrategy =
| Regular
| Discount of rate: decimal
| Member of level: MemberLevel
| Bulk of threshold: decimal * bulkDiscount: decimal
料金計算の実装¶
module PricingStrategy =
/// 料金を計算する
let calculatePrice (strategy: PricingStrategy) (amount: decimal) : decimal =
match strategy with
| PricingStrategy.Regular -> amount
| PricingStrategy.Discount rate -> amount * (1.0m - rate)
| PricingStrategy.Member level ->
let rate =
match level with
| MemberLevel.Gold -> 0.20m
| MemberLevel.Silver -> 0.15m
| MemberLevel.Bronze -> 0.10m
amount * (1.0m - rate)
| PricingStrategy.Bulk(threshold, bulkDiscount) ->
if amount >= threshold then
amount * (1.0m - bulkDiscount)
else
amount
使用例¶
// 通常料金
PricingStrategy.calculatePrice PricingStrategy.Regular 1000.0m
// => 1000.0m
// 10%割引
PricingStrategy.calculatePrice (PricingStrategy.Discount 0.10m) 1000.0m
// => 900.0m
// ゴールド会員料金
PricingStrategy.calculatePrice (PricingStrategy.Member MemberLevel.Gold) 1000.0m
// => 800.0m
3. Context: ショッピングカート¶
type CartItem =
{ Name: string
Price: decimal
Quantity: int }
type ShoppingCart =
{ Items: CartItem list
Strategy: PricingStrategy }
module ShoppingCart =
/// カートを作成
let create (items: CartItem list) (strategy: PricingStrategy) : ShoppingCart =
{ Items = items; Strategy = strategy }
/// カートの小計を計算
let subtotal (cart: ShoppingCart) : decimal =
cart.Items
|> List.sumBy (fun item -> item.Price * decimal item.Quantity)
/// カートの合計金額を計算
let total (cart: ShoppingCart) : decimal =
let sub = subtotal cart
PricingStrategy.calculatePrice cart.Strategy sub
/// 戦略を変更
let changeStrategy (newStrategy: PricingStrategy) (cart: ShoppingCart) : ShoppingCart =
{ cart with Strategy = newStrategy }
使用例¶
// カートを作成
let items =
[ { Name = "Item A"; Price = 500.0m; Quantity = 1 }
{ Name = "Item B"; Price = 500.0m; Quantity = 1 } ]
let cart = ShoppingCart.create items PricingStrategy.Regular
ShoppingCart.total cart // => 1000.0m
// 戦略を変更
let discountedCart = ShoppingCart.changeStrategy (PricingStrategy.Member MemberLevel.Gold) cart
ShoppingCart.total discountedCart // => 800.0m
4. 関数型アプローチ（高階関数版）¶
F# では、関数を第一級オブジェクトとして扱えるため、より簡潔に Strategy パターンを実装できます。
module FunctionalStrategy =
/// 通常料金戦略
let regularPricing: decimal -> decimal = id
/// 割引料金戦略を作成
let discountPricing (rate: decimal) : decimal -> decimal =
fun amount -> amount * (1.0m - rate)
/// 会員料金戦略を作成
let memberPricing (level: MemberLevel) : decimal -> decimal =
let rate =
match level with
| MemberLevel.Gold -> 0.20m
| MemberLevel.Silver -> 0.15m
| MemberLevel.Bronze -> 0.10m
fun amount -> amount * (1.0m - rate)
/// 税金戦略を作成
let taxStrategy (taxRate: decimal) : decimal -> decimal =
fun amount -> amount * (1.0m + taxRate)
/// 複数の戦略を合成
let composeStrategies (strategies: (decimal -> decimal) list) : decimal -> decimal =
fun amount -> List.fold (fun acc strategy -> strategy acc) amount strategies
/// 条件付き戦略
let conditionalStrategy
(predicate: decimal -> bool)
(thenStrategy: decimal -> decimal)
(elseStrategy: decimal -> decimal)
: decimal -> decimal =
fun amount ->
if predicate amount then
thenStrategy amount
else
elseStrategy amount
戦略の合成¶
関数型アプローチの大きな利点は、戦略を簡単に合成できることです。
// 割引後に税金を適用
let discount = FunctionalStrategy.discountPricing 0.10m
let tax = FunctionalStrategy.taxStrategy 0.08m
let combined = FunctionalStrategy.composeStrategies [ discount; tax ]
FunctionalStrategy.applyPricing combined 1000.0m
// => 972.0m (1000 * 0.9 * 1.08)
// 条件付き戦略: 5000円以上で20%割引
let highValueDiscount =
FunctionalStrategy.conditionalStrategy
(fun amount -> amount >= 5000.0m)
(FunctionalStrategy.discountPricing 0.20m)
FunctionalStrategy.regularPricing
FunctionalStrategy.applyPricing highValueDiscount 6000.0m // => 4800.0m
FunctionalStrategy.applyPricing highValueDiscount 3000.0m // => 3000.0m
5. 配送料金戦略¶
[<RequireQualifiedAccess>]
type ShippingStrategy =
| Standard
| Express
| FreeShipping of minOrderAmount: decimal
| DistanceBased of ratePerKm: decimal
module ShippingStrategy =
/// 配送料金を計算
let calculateShipping (strategy: ShippingStrategy) (weight: decimal) (distance: decimal) (orderAmount: decimal) : decimal =
match strategy with
| ShippingStrategy.Standard ->
weight * 10.0m + distance * 5.0m
| ShippingStrategy.Express ->
weight * 20.0m + distance * 15.0m
| ShippingStrategy.FreeShipping minAmount ->
if orderAmount >= minAmount then 0.0m
else weight * 10.0m + distance * 5.0m
| ShippingStrategy.DistanceBased ratePerKm ->
distance * ratePerKm
6. 支払い方法戦略¶
[<RequireQualifiedAccess>]
type PaymentStrategy =
| Cash
| CreditCard of fee: decimal
| Points of pointsPerYen: int
| Combined of primary: PaymentStrategy * secondary: PaymentStrategy * primaryAmount: decimal
type PaymentResult =
{ AmountPaid: decimal
Fee: decimal
PointsUsed: int
PointsEarned: int }
module PaymentStrategy =
/// 支払いを処理
let rec processPayment (strategy: PaymentStrategy) (amount: decimal) (availablePoints: int) : PaymentResult =
match strategy with
| PaymentStrategy.Cash ->
{ AmountPaid = amount
Fee = 0.0m
PointsUsed = 0
PointsEarned = int (amount / 100.0m) }
| PaymentStrategy.CreditCard fee ->
let feeAmount = amount * fee
{ AmountPaid = amount + feeAmount
Fee = feeAmount
PointsUsed = 0
PointsEarned = int (amount / 100.0m) * 2 }
| PaymentStrategy.Points pointsPerYen ->
let pointsNeeded = int amount * pointsPerYen
let pointsToUse = min pointsNeeded availablePoints
let pointsCoverage = decimal pointsToUse / decimal pointsPerYen
let remaining = amount - pointsCoverage
{ AmountPaid = remaining
Fee = 0.0m
PointsUsed = pointsToUse
PointsEarned = 0 }
| PaymentStrategy.Combined(primary, secondary, primaryAmount) ->
// 再帰的に処理
let primaryResult = processPayment primary (min primaryAmount amount) availablePoints
let remainingAmount = amount - primaryAmount
if remainingAmount > 0.0m then
let secondaryResult = processPayment secondary remainingAmount (availablePoints - primaryResult.PointsUsed)
{ AmountPaid = primaryResult.AmountPaid + secondaryResult.AmountPaid
Fee = primaryResult.Fee + secondaryResult.Fee
PointsUsed = primaryResult.PointsUsed + secondaryResult.PointsUsed
PointsEarned = primaryResult.PointsEarned + secondaryResult.PointsEarned }
else
primaryResult
7. ソート戦略¶
type Person =
{ Name: string
Age: int
Score: decimal }
module SortingStrategy =
/// 名前でソート
let sortByName (people: Person list) : Person list =
people |> List.sortBy (fun p -> p.Name)
/// 年齢でソート
let sortByAge (people: Person list) : Person list =
people |> List.sortBy (fun p -> p.Age)
/// スコアで降順ソート
let sortByScoreDesc (people: Person list) : Person list =
people |> List.sortByDescending (fun p -> p.Score)
/// カスタムソート戦略を適用
let sortWith (sortFn: Person list -> Person list) (people: Person list) : Person list =
sortFn people
8. バリデーション戦略¶
type ValidationResult =
| Valid
| Invalid of errors: string list
module ValidationStrategy =
/// バリデーション結果を合成
let combine (result1: ValidationResult) (result2: ValidationResult) : ValidationResult =
match result1, result2 with
| Valid, Valid -> Valid
| Valid, Invalid errors -> Invalid errors
| Invalid errors, Valid -> Invalid errors
| Invalid errors1, Invalid errors2 -> Invalid(errors1 @ errors2)
/// 必須フィールドバリデーション
let required (fieldName: string) (value: string) : ValidationResult =
if System.String.IsNullOrWhiteSpace(value) then
Invalid [ sprintf "%sは必須です" fieldName ]
else
Valid
/// 最小長バリデーション
let minLength (fieldName: string) (min: int) (value: string) : ValidationResult =
if String.length value < min then
Invalid [ sprintf "%sは%d文字以上必要です" fieldName min ]
else
Valid
/// 複数のバリデーションを適用
let validate (validators: ValidationResult list) : ValidationResult =
validators |> List.fold combine Valid
使用例¶
let result = ValidationStrategy.validate [
ValidationStrategy.required "名前" "太郎"
ValidationStrategy.minLength "パスワード" 8 "password123"
]
// => Valid
let errorResult = ValidationStrategy.validate [
ValidationStrategy.required "名前" ""
ValidationStrategy.minLength "パスワード" 8 "pass"
]
// => Invalid ["名前は必須です"; "パスワードは8文字以上必要です"]
9. パターンの利点¶
- アルゴリズムの交換: 実行時に戦略を変更可能
- 開放/閉鎖の原則: 新しい戦略を追加しても既存コードは変更不要
- 条件分岐の排除: if/switch 文の代わりにポリモーフィズムを使用
- テストの容易さ: 各戦略を独立してテスト可能
10. 関数型プログラミングでの特徴¶
F# での Strategy パターンの実装には以下の特徴があります：
- 判別共用体: 型安全な戦略の表現
- 高階関数: 関数を戦略として直接渡すことができる
- 関数合成:
>>演算子で複数の戦略を合成可能 - パターンマッチング: 戦略の分岐を明確に表現
- イミュータブル: 戦略の変更は新しいデータ構造を返す
// パイプライン演算子を使った戦略の適用
let finalPrice =
1000.0m
|> FunctionalStrategy.discountPricing 0.10m
|> FunctionalStrategy.taxStrategy 0.08m
// => 972.0m
まとめ¶
本章では、Strategy パターンについて学びました：
- 判別共用体版: 型安全なディスパッチによる実装
- 関数型版: 高階関数による簡潔な実装
- 戦略の合成: 複数の戦略を組み合わせる方法
- Context: 戦略を使用するクライアントの実装
- 応用例: 配送、支払い、ソート、バリデーション
Strategy パターンは、アルゴリズムを柔軟に交換する必要がある場面で非常に有効です。
参考コード¶
本章のコード例は以下のファイルで確認できます：
- ソースコード:
apps/fsharp/part4/src/Library.fs - テストコード:
apps/fsharp/part4/tests/Tests.fs
次章予告¶
次章では、Command パターンについて学びます。コマンドをデータとして表現し、バッチ処理や Undo 機能を実装する方法を探ります。