第 8 章: 判別共用体とパターンマッチ¶

8.1 はじめに¶

前章ではレコード型とモジュールによるカプセル化を実現しました。この章では F# の最も強力な機能の一つである 判別共用体（Discriminated Union） と パターンマッチ を導入して、FizzBuzz のタイプを型安全に表現します。

8.2 判別共用体の導入¶

FizzBuzzType 判別共用体¶

FizzBuzz の動作モードを表現する判別共用体を定義します。

type FizzBuzzType =
    | Standard
    | NumberOnly
    | FizzBuzzOnly

この定義により、FizzBuzz の動作モードを 3 つの明確な型で表現できます。

Standard: 通常の FizzBuzz（3 の倍数 → "Fizz"、5 の倍数 → "Buzz"、15 の倍数 → "FizzBuzz"）
NumberOnly: 常に数値を文字列にして返す
FizzBuzzOnly: 15 の倍数のときだけ "FizzBuzz"、それ以外は数値を返す

判別共用体の特徴¶

F# の判別共用体は Rust の enum や Java の sealed interface に相当します。

特徴	F# 判別共用体	Rust enum	Java
定義	`type T = A \\| B`	`enum T { A, B }`	`sealed interface`
データ保持	`A of int`	`A(i32)`	レコードクラス
網羅性チェック	コンパイラが検出	コンパイラが検出	Java 21+ で対応
パターンマッチ	`match...with`	`match`	`switch`(Java 21+)

8.3 パターンマッチによる generate 関数¶

テストを書く¶

まず各タイプに対応するテストを追加します。

module FizzBuzzTypeTests =

    [<Fact>]
    let ``Standard_数を文字列にして返す`` () =
        let result = Domain.generate Standard 1
        Assert.Equal("1", result.Value)

    [<Fact>]
    let ``Standard_三の倍数のときはFizzを返す`` () =
        let result = Domain.generate Standard 3
        Assert.Equal("Fizz", result.Value)

    [<Fact>]
    let ``Standard_五の倍数のときはBuzzを返す`` () =
        let result = Domain.generate Standard 5
        Assert.Equal("Buzz", result.Value)

    [<Fact>]
    let ``Standard_三と五の倍数のときはFizzBuzzを返す`` () =
        let result = Domain.generate Standard 15
        Assert.Equal("FizzBuzz", result.Value)

    [<Fact>]
    let ``NumberOnly_常に数値を文字列にして返す`` () =
        Assert.Equal("1", (Domain.generate NumberOnly 1).Value)
        Assert.Equal("3", (Domain.generate NumberOnly 3).Value)
        Assert.Equal("5", (Domain.generate NumberOnly 5).Value)

    [<Fact>]
    let ``FizzBuzzOnly_十五の倍数のときはFizzBuzzを返す`` () =
        Assert.Equal("FizzBuzz", (Domain.generate FizzBuzzOnly 15).Value)
        Assert.Equal("FizzBuzz", (Domain.generate FizzBuzzOnly 30).Value)

    [<Fact>]
    let ``FizzBuzzOnly_十五の倍数以外は数値を文字列にして返す`` () =
        Assert.Equal("1", (Domain.generate FizzBuzzOnly 1).Value)
        Assert.Equal("3", (Domain.generate FizzBuzzOnly 3).Value)

generate 関数の実装¶

判別共用体をパターンマッチで分岐させます。

let generate (fizzBuzzType: FizzBuzzType) (number: int) : FizzBuzzValue =
    match fizzBuzzType with
    | Standard ->
        if isFizzBuzz number then createValue number "FizzBuzz"
        elif isFizz number then createValue number "Fizz"
        elif isBuzz number then createValue number "Buzz"
        else createValue number (string number)
    | NumberOnly ->
        createValue number (string number)
    | FizzBuzzOnly ->
        if number % 15 = 0 then createValue number "FizzBuzz"
        else createValue number (string number)

$ dotnet test
  合計: 17、成功: 17、失敗: 0、スキップ: 0

8.4 網羅的パターンマッチ¶

F# のパターンマッチの最大の利点は 網羅性チェック です。もし新しいタイプを追加して、対応するパターンを書き忘れると、コンパイラが警告を出します。

// 新しいタイプを追加
type FizzBuzzType =
    | Standard
    | NumberOnly
    | FizzBuzzOnly
    | CustomFizz    // 新しいタイプ

// generate 関数で CustomFizz のパターンを書き忘れると...
// 警告 FS0025: 不完全なパターンマッチ。この式が取り得る値の一部が処理されません。

この網羅性チェックにより、新しい判別共用体のケースを追加した際に、対応漏れをコンパイル時に検出できます。Rust の match と同様に、F# はすべてのパターンを処理することを要求します。

8.5 判別共用体とオブジェクト指向の比較¶

Before: オブジェクト指向アプローチ¶

Rust や Java では、タイプごとにクラス/構造体を作成し、トレイト/インターフェースで共通化します。

// OOP アプローチ（F# でも可能だが非推奨）
[<AbstractClass>]
type FizzBuzzType() =
    abstract member Generate: int -> string

type StandardType() =
    inherit FizzBuzzType()
    override this.Generate(number) = ...

type NumberOnlyType() =
    inherit FizzBuzzType()
    override this.Generate(number) = ...

After: 関数型アプローチ¶

// FP アプローチ（F# らしい）
type FizzBuzzType =
    | Standard
    | NumberOnly
    | FizzBuzzOnly

let generate fizzBuzzType number =
    match fizzBuzzType with
    | Standard -> ...
    | NumberOnly -> ...
    | FizzBuzzOnly -> ...

関数型アプローチでは、データ（判別共用体）と振る舞い（関数）が分離されています。新しいタイプの追加は判別共用体にケースを追加し、関数のパターンマッチに対応する分岐を追加するだけです。

8.6 まとめ¶

この章では以下を学びました。

概念	F# の実現方法	利点
判別共用体	`type T = A \\| B \\| C`	タイプの明確な表現
パターンマッチ	`match...with`	網羅的な条件分岐
網羅性チェック	コンパイラ警告	パターン漏れの防止
カリー化	`generate type number`	部分適用が可能

次章では、モジュール設計 と 型による設計 を通じて、FizzBuzz プログラム全体のアーキテクチャを整理します。