第 3 章: 明白な実装とリファクタリング¶

3.1 はじめに¶

前章では、三角測量とガード式で FizzBuzz のコアロジックを完成させました。この章では、残りの TODO（リスト生成）を実装し、リファクタリングで「動作するきれいなコード」を目指します。

TODO リスト:

数を文字列にして返す
3 の倍数のときは数の代わりに「Fizz」と返す
5 の倍数のときは「Buzz」と返す
3 と 5 両方の倍数の場合には「FizzBuzz」と返す
1 から 100 までの数
プリントする

3.2 1 から 100 までのリスト生成¶

Red: リスト生成のテスト¶

1 から指定した数までの FizzBuzz の結果をリストとして返す generateList 関数をテストします。

  describe "generateList" $ do
    it "100 件のリストを生成する" $
      length (generateList 100) `shouldBe` 100

    it "最初の要素は '1'" $
      generateList 100 !! 0 `shouldBe` "1"

    it "3 番目の要素は 'Fizz'" $
      generateList 100 !! 2 `shouldBe` "Fizz"

    it "5 番目の要素は 'Buzz'" $
      generateList 100 !! 4 `shouldBe` "Buzz"

    it "15 番目の要素は 'FizzBuzz'" $
      generateList 100 !! 14 `shouldBe` "FizzBuzz"

!! は Haskell のリストのインデックスアクセス演算子で、0 始まりです。Rust の result[0] や Go の result[0] に相当します。

$ stack test
error:
    Variable not in scope: generateList :: Int -> [String]

generateList がまだ定義されていないため、コンパイルエラーになります。Haskell は静的型付け言語なので、関数が存在しないとコンパイルの段階でエラーが報告されます。

Green: 明白な実装¶

ここでは 明白な実装 を適用します。map 関数を使って、リストの各要素に generate を適用します。

明白な実装

シンプルな操作を実現するにはどうすればいいだろうか——そのまま実装しよう。

— テスト駆動開発

まず src/FizzBuzz.hs にモジュールエクスポートと関数を追加します。

-- src/FizzBuzz.hs
module FizzBuzz
  ( generate
  , generateList
  ) where

generate :: Int -> String
generate n
  | n `mod` 15 == 0 = "FizzBuzz"
  | n `mod` 3 == 0  = "Fizz"
  | n `mod` 5 == 0  = "Buzz"
  | otherwise        = show n

generateList :: Int -> [String]
generateList n = map generate [1..n]

[1..n] は Haskell の リスト内包表記（正確にはリストの算術列）で、1 から n までの整数リストを生成します。map generate [1..n] は、このリストの各要素に generate 関数を適用し、新しいリストを返します。

Rust の (1..=n).map(generate).collect() と比べると、Haskell ではリストが遅延評価されるため collect() のような明示的な変換が不要です。map は関数型プログラミングの基本操作であり、Haskell ではリスト操作のほとんどが map、filter、fold の組み合わせで記述できます。

$ stack test
FizzBuzz.FizzBuzzSpec
  generate
    1 を渡すと '1' を返す
    2 を渡すと '2' を返す
    3 の倍数を渡すと 'Fizz' を返す
    5 の倍数を渡すと 'Buzz' を返す
    6 を渡すと 'Fizz' を返す
    10 を渡すと 'Buzz' を返す
    15 の倍数を渡すと 'FizzBuzz' を返す
    30 を渡すと 'FizzBuzz' を返す
  generateList
    100 件のリストを生成する
    最初の要素は '1'
    3 番目の要素は 'Fizz'
    5 番目の要素は 'Buzz'
    15 番目の要素は 'FizzBuzz'

Finished in 0.0001 seconds
13 examples, 0 failures

すべてのテストが通りました。

TODO リスト:

数を文字列にして返す
3 の倍数のときは数の代わりに「Fizz」と返す
5 の倍数のときは「Buzz」と返す
3 と 5 両方の倍数の場合には「FizzBuzz」と返す
1 から 100 までの数
プリントする

3.3 プリント機能¶

プリント機能は、生成したリストの各要素を標準出力に出力するものです。Haskell の main 関数で generateList の結果を出力する形になります。

-- app/Main.hs
module Main where

import FizzBuzz (generateList)

main :: IO ()
main = mapM_ putStrLn (generateList 100)

mapM_ は map のモナド版で、各要素にアクション（ここでは putStrLn）を適用し、結果を捨てます。putStrLn は文字列を 1 行出力する IO アクションです。Haskell では副作用（画面出力など）は IO モナドの中で行われ、純粋な関数（generate、generateList）とは明確に分離されます。

TODO リスト:

数を文字列にして返す
3 の倍数のときは数の代わりに「Fizz」と返す
5 の倍数のときは「Buzz」と返す
3 と 5 両方の倍数の場合には「FizzBuzz」と返す
1 から 100 までの数
プリントする

3.4 リファクタリング¶

テスト駆動開発の流れを確認しておきましょう。

レッド：動作しない、おそらく最初のうちはコンパイルも通らないテストを 1 つ書く。

グリーン：そのテストを迅速に動作させる。このステップでは罪を犯してもよい。

リファクタリング：テストを通すために発生した重複をすべて除去する。

レッド・グリーン・リファクタリング。それが TDD のマントラだ。

— テスト駆動開発

プロダクトコードの確認¶

最終的な src/FizzBuzz.hs を確認します。

module FizzBuzz
  ( generate
  , generateList
  ) where

generate :: Int -> String
generate n
  | n `mod` 15 == 0 = "FizzBuzz"
  | n `mod` 3 == 0  = "Fizz"
  | n `mod` 5 == 0  = "Buzz"
  | otherwise        = show n

generateList :: Int -> [String]
generateList n = map generate [1..n]

Haskell のコードは非常に簡潔です。注目すべきポイントは以下の通りです。

型シグネチャ: generate :: Int -> String と generateList :: Int -> [String] により、関数の入出力の型が明確に宣言されています。Haskell では型推論が強力なため型シグネチャは省略可能ですが、トップレベル関数には明示的に書くのがベストプラクティスです。
モジュールエクスポート: module FizzBuzz (generate, generateList) where で、外部に公開する関数を明示的に列挙しています。エクスポートリストを省略するとすべてが公開されますが、情報隠蔽の観点から明示的に指定します。
純粋関数: generate と generateList はどちらも純粋関数です。副作用がなく、同じ入力に対して常に同じ出力を返します。これによりテストが非常に書きやすくなっています。

テストコードの確認¶

最終的な test/FizzBuzz/FizzBuzzSpec.hs を確認します。

module FizzBuzz.FizzBuzzSpec (spec) where

import Test.Hspec
import FizzBuzz

spec :: Spec
spec = do
  describe "generate" $ do
    it "1 を渡すと '1' を返す" $
      generate 1 `shouldBe` "1"

    it "2 を渡すと '2' を返す" $
      generate 2 `shouldBe` "2"

    it "3 の倍数を渡すと 'Fizz' を返す" $
      generate 3 `shouldBe` "Fizz"

    it "5 の倍数を渡すと 'Buzz' を返す" $
      generate 5 `shouldBe` "Buzz"

    it "15 の倍数を渡すと 'FizzBuzz' を返す" $
      generate 15 `shouldBe` "FizzBuzz"

    it "30 を渡すと 'FizzBuzz' を返す" $
      generate 30 `shouldBe` "FizzBuzz"

  describe "generateList" $ do
    it "100 件のリストを生成する" $
      length (generateList 100) `shouldBe` 100

    it "最初の要素は '1'" $
      generateList 100 !! 0 `shouldBe` "1"

    it "3 番目の要素は 'Fizz'" $
      generateList 100 !! 2 `shouldBe` "Fizz"

    it "5 番目の要素は 'Buzz'" $
      generateList 100 !! 4 `shouldBe` "Buzz"

    it "15 番目の要素は 'FizzBuzz'" $
      generateList 100 !! 14 `shouldBe` "FizzBuzz"

HSpec の describe と it による階層構造で、テストが仕様書のように読めます。shouldBe は Eq 型クラスと Show 型クラスを利用して値を比較・表示するため、テスト失敗時のエラーメッセージも分かりやすいものになります。

3.5 他言語との比較¶

概念	Java	Python	TypeScript	Ruby	Go	Rust	Haskell
テストフレームワーク	JUnit 5	pytest	Vitest	Minitest	testing（標準）	cargo test（標準）	HSpec
テスト実行	`./gradlew test`	`pytest`	`npx vitest`	`bundle exec rake test`	`go test ./...`	`cargo test`	`stack test`
文字列変換	`String.valueOf(n)`	`str(n)`	`n.toString()`	`n.to_s`	`strconv.Itoa(n)`	`n.to_string()`	`show n`
剰余判定	`n % 3 == 0`	`n % 3 == 0`	`n % 3 === 0`	`(n % 3).zero?`	`n%3 == 0`	`n % 3 == 0`	n `mod` 3 == 0
条件分岐	`if-else`	`if-elif`	`if-else`	`case-when`	`switch`	`match`	ガード式
リスト生成	`IntStream.rangeClosed`	`[f(n) for n in range]`	`Array.from({length})`	`(1..100).map { }`	`for` + `append`	`(1..=100).map(f).collect()`	`map f [1..n]`

3.6 まとめ¶

この章では以下のことを学びました。

明白な実装 でシンプルな操作をそのまま実装する手法
Haskell の map 関数と [1..n] によるリスト生成
!! 演算子によるリストのインデックスアクセス
mapM_ と putStrLn による IO アクションの実行
Haskell の 純粋関数 と IO モナド の分離
型シグネチャ と モジュールエクスポート によるコードの明確化
Red-Green-Refactor サイクルの完了

第 1 部の 3 章を通じて、TDD の基本サイクル（仮実装 → 三角測量 → 明白な実装 → リファクタリング）を一通り体験しました。Haskell の純粋関数型プログラミングでは、副作用のない関数が基本となるため、TDD との相性が非常に良いことが分かりました。入力を与えて出力を検証するだけでテストが完結し、モック・スタブなどのテストダブルを必要としません。

次の第 2 部では、開発環境の自動化（バージョン管理、パッケージ管理、CI/CD）に進みます。