Part VI: 実践的なアプリケーション構築とテスト¶
本章では、これまで学んだ関数型プログラミングの概念を統合し、実践的なアプリケーションを構築します。また、関数型プログラミングにおけるテスト戦略についても学びます。
第11章: 実践的なアプリケーション構築¶
11.1 TravelGuide アプリケーション¶
旅行ガイドアプリケーションを例に、実践的な FP アプリケーションの構築方法を学びます。
11.2 ドメインモデルの定義¶
ソースファイル: app/csharp/src/Ch11/TravelGuide.cs
/// <summary>
/// ロケーション ID（値オブジェクト）
/// </summary>
public readonly record struct LocationId(string Value)
{
public static LocationId Create(string id) => new(id);
public override string ToString() => Value;
}
/// <summary>
/// ロケーション
/// </summary>
public record Location(LocationId Id, string Name, int Population);
/// <summary>
/// アトラクション（観光地）
/// </summary>
public record Attraction(string Name, Option<string> Description, Location Location);
/// <summary>
/// ミュージックアーティスト
/// </summary>
public record MusicArtist(string Name, Option<string> Genre);
/// <summary>
/// 映画
/// </summary>
public record Movie(string Name, Option<int> BoxOffice);
/// <summary>
/// 旅行ガイド
/// </summary>
public record TravelGuide(Attraction Attraction, Seq<string> Subjects);
11.3 データアクセス層の抽象化¶
外部データソースへのアクセスをインターフェースで抽象化します。
/// <summary>
/// データアクセスインターフェース
/// </summary>
public interface IDataAccess
{
Task<Seq<Attraction>> FindAttractions(string name, AttractionOrdering ordering, int limit);
Task<Seq<MusicArtist>> FindArtistsFromLocation(LocationId locationId, int limit);
Task<Seq<Movie>> FindMoviesAboutLocation(LocationId locationId, int limit);
}
11.4 Resource によるリソース管理¶
C# では IDisposable パターンと using ステートメントでリソースを管理できますが、より関数型的な Resource<T> 型を実装することもできます。
/// <summary>
/// リソースを安全に管理するための型
/// </summary>
public class Resource<T>
{
private readonly Func<Task<T>> _acquire;
private readonly Func<T, Task> _release;
private Resource(Func<Task<T>> acquire, Func<T, Task> release)
{
_acquire = acquire;
_release = release;
}
/// <summary>
/// リソースを作成
/// </summary>
public static Resource<T> Make(Func<Task<T>> acquire, Func<T, Task> release)
=> new(acquire, release);
/// <summary>
/// リソースを使用して操作を実行
/// </summary>
public async Task<TResult> UseAsync<TResult>(Func<T, Task<TResult>> f)
{
var resource = await _acquire();
try
{
return await f(resource);
}
finally
{
await _release(resource);
}
}
}
11.5 キャッシュの実装¶
Ref<T> を使用したスレッドセーフなキャッシュの実装:
/// <summary>
/// キャッシュ付きデータアクセスを作成
/// </summary>
public static IDataAccess CachedDataAccess(IDataAccess dataAccess)
{
var attractionCache = ConcurrentProcessing.Ref<Map<string, Seq<Attraction>>>.Of(
Map<string, Seq<Attraction>>());
var artistCache = ConcurrentProcessing.Ref<Map<string, Seq<MusicArtist>>>.Of(
Map<string, Seq<MusicArtist>>());
var movieCache = ConcurrentProcessing.Ref<Map<string, Seq<Movie>>>.Of(
Map<string, Seq<Movie>>());
return new CachedDataAccessImpl(dataAccess, attractionCache, artistCache, movieCache);
}
private class CachedDataAccessImpl : IDataAccess
{
// キャッシュロジック: キーがあればキャッシュから返却、なければ取得して保存
public async Task<Seq<Attraction>> FindAttractions(string name, AttractionOrdering ordering, int limit)
{
var key = $"{name}-{ordering}-{limit}";
var cached = _attractionCache.Get().Find(key);
if (cached.IsSome)
{
return cached.IfNone(Seq<Attraction>());
}
var attractions = await _dataAccess.FindAttractions(name, ordering, limit);
_attractionCache.Update(cache => cache.Add(key, attractions));
return attractions;
}
// 他のメソッドも同様に実装...
}
11.6 アプリケーションの組み立て¶
すべてのコンポーネントを組み合わせてアプリケーションを構築します。
/// <summary>
/// 旅行ガイドを生成
/// </summary>
public static async Task<Option<TravelGuide>> GetTravelGuide(IDataAccess data, string attractionName)
{
var attractions = await data.FindAttractions(attractionName, AttractionOrdering.ByLocationPopulation, 1);
if (attractions.IsEmpty)
{
return None;
}
var attraction = attractions.First();
var artists = await data.FindArtistsFromLocation(attraction.Location.Id, 2);
var movies = await data.FindMoviesAboutLocation(attraction.Location.Id, 2);
var subjects = artists.Map(a => a.Name).Concat(movies.Map(m => m.Name));
return Some(new TravelGuide(attraction, subjects));
}
/// <summary>
/// 複数のアトラクションから旅行ガイドを生成
/// </summary>
public static async Task<Seq<TravelGuide>> GetTravelGuides(IDataAccess data, string attractionName, int limit)
{
var attractions = await data.FindAttractions(attractionName, AttractionOrdering.ByLocationPopulation, limit);
var guideTasks = attractions.Map(async attraction =>
{
var artists = await data.FindArtistsFromLocation(attraction.Location.Id, 2);
var movies = await data.FindMoviesAboutLocation(attraction.Location.Id, 2);
var subjects = artists.Map(a => a.Name).Concat(movies.Map(m => m.Name));
return new TravelGuide(attraction, subjects);
});
var guides = await Task.WhenAll(guideTasks);
return toSeq(guides);
}
第12章: テスト戦略¶
12.1 関数型プログラミングのテスト¶
関数型プログラミングでは、純粋関数のおかげでテストが非常に簡単になります。
12.2 テスト用スタブの実装¶
ソースファイル: app/csharp/tests/Ch11/TravelGuideTests.cs
テスト可能性を高めるため、テスト用のスタブ実装を用意します。
/// <summary>
/// テスト用のデータアクセス実装
/// </summary>
public static IDataAccess TestDataAccess(
Seq<Attraction> testAttractions,
Seq<MusicArtist> testArtists,
Seq<Movie> testMovies)
{
return new TestDataAccessImpl(testAttractions, testArtists, testMovies);
}
private class TestDataAccessImpl : IDataAccess
{
private readonly Seq<Attraction> _attractions;
private readonly Seq<MusicArtist> _artists;
private readonly Seq<Movie> _movies;
public TestDataAccessImpl(Seq<Attraction> attractions, Seq<MusicArtist> artists, Seq<Movie> movies)
{
_attractions = attractions;
_artists = artists;
_movies = movies;
}
public Task<Seq<Attraction>> FindAttractions(string name, AttractionOrdering ordering, int limit)
{
var filtered = _attractions
.Filter(a => a.Name.Contains(name))
.Take(limit);
return Task.FromResult(filtered);
}
public Task<Seq<MusicArtist>> FindArtistsFromLocation(LocationId locationId, int limit)
{
return Task.FromResult(_artists.Take(limit));
}
public Task<Seq<Movie>> FindMoviesAboutLocation(LocationId locationId, int limit)
{
return Task.FromResult(_movies.Take(limit));
}
}
12.3 単体テストの実装¶
public class GetTravelGuideTests
{
[Fact]
public async Task GetTravelGuide_ReturnsGuideForValidAttraction()
{
var testLocation = new Location(
LocationId.Create("Q123"),
"Test City",
100000
);
var testAttractions = Seq(
new Attraction("Test Tower", Some("A tower"), testLocation)
);
var testArtists = Seq(
new MusicArtist("Artist1", None),
new MusicArtist("Artist2", Some("Rock"))
);
var testMovies = Seq(
new Movie("Movie1", None)
);
var dataAccess = TestDataAccess(testAttractions, testArtists, testMovies);
var result = await GetTravelGuide(dataAccess, "Test");
Assert.True(result.IsSome);
var guide = result.IfNone(() => throw new Exception("Expected Some"));
Assert.Equal("Test Tower", guide.Attraction.Name);
Assert.Equal(3, guide.Subjects.Count); // 2 artists + 1 movie
}
[Fact]
public async Task GetTravelGuide_ReturnsNoneWhenNotFound()
{
var dataAccess = TestDataAccess(Seq<Attraction>(), Seq<MusicArtist>(), Seq<Movie>());
var result = await GetTravelGuide(dataAccess, "NonExistent");
Assert.True(result.IsNone);
}
}
12.4 キャッシュのテスト¶
public class CachedDataAccessTests
{
[Fact]
public async Task CachedDataAccess_CachesData()
{
var callCount = 0;
var testLocation = new Location(
LocationId.Create("Q123"),
"Test City",
100000
);
var testAttractions = Seq(
new Attraction("Test Tower", None, testLocation)
);
var countingDataAccess = new CountingDataAccess(
testAttractions,
Seq<MusicArtist>(),
Seq<Movie>(),
() => callCount++
);
var cached = CachedDataAccess(countingDataAccess);
// First call
_ = await cached.FindAttractions("Test", AttractionOrdering.ByName, 10);
Assert.Equal(1, callCount);
// Second call (should be cached)
_ = await cached.FindAttractions("Test", AttractionOrdering.ByName, 10);
Assert.Equal(1, callCount); // Call count should not increase
// Different parameters
_ = await cached.FindAttractions("Other", AttractionOrdering.ByName, 10);
Assert.Equal(2, callCount);
}
}
12.5 Resource のテスト¶
public class ResourceTests
{
[Fact]
public async Task Resource_Make_CreatesResource()
{
var acquired = false;
var released = false;
var resource = Resource.Make(
async () =>
{
acquired = true;
return "resource";
},
async r => { released = true; }
);
var result = await resource.UseAsync(async r => r + "-used");
Assert.Equal("resource-used", result);
Assert.True(acquired);
Assert.True(released);
}
[Fact]
public async Task Resource_ReleasesEvenOnException()
{
var released = false;
var resource = Resource.Make(
async () => "resource",
async r => { released = true; }
);
try
{
await resource.UseAsync<string>(async r => throw new Exception("Test error"));
}
catch
{
// Expected
}
Assert.True(released);
}
}
12.6 テストピラミッド¶
まとめ¶
Part VI で学んだこと¶
キーポイント¶
- 抽象化の重要性: IDataAccess インターフェースで外部依存を抽象化
- Resource でリソース管理: 安全なリソースの取得と解放
- Ref でキャッシュ: スレッドセーフな状態管理
- Option でエラー処理: 明示的なエラーハンドリング
- スタブ: 外部依存を差し替えてテスト
- record 型: イミュータブルなドメインモデル
学習の総括¶
シリーズ全体の総括¶
本シリーズでは、「Grokking Functional Programming」の内容に沿って、関数型プログラミングの基礎から実践的なアプリケーション構築までを C# と LanguageExt ライブラリで学びました。
学んだ主な概念¶
| Part | 章 | 主な概念 |
|---|---|---|
| I | 1-2 | 純粋関数、参照透過性 |
| II | 3-5 | イミュータブルデータ、高階関数、Bind |
| III | 6-7 | Option、Either/Fin |
| IV | 8-9 | Task（非同期）、IAsyncEnumerable（ストリーム） |
| V | 10 | 並行処理、Ref、Agent |
| VI | 11 | 実践アプリケーション、テスト |
関数型プログラミングの利点¶
- 予測可能性: 純粋関数は同じ入力に対して常に同じ出力
- テスト容易性: 副作用がないためテストが簡単
- 合成可能性: 小さな関数を組み合わせて複雑な処理を構築
- 並行安全性: イミュータブルデータは競合状態を防ぐ
- 型安全性: Option、Either で null や例外を型で表現
C# + LanguageExt の特徴¶
C# は .NET プラットフォーム上で動作するマルチパラダイム言語で、LanguageExt ライブラリと組み合わせることで以下の特徴を持ちます:
- Option
: null 安全なオプション型 - Either
- Seq
: イミュータブルなシーケンス - Map
- パターンマッチング: switch 式で関数型スタイルの分岐
- record 型: イミュータブルなデータ型
次のステップ¶
- C# の高度な機能（Source Generators、拡張メソッド）を学ぶ
- ASP.NET Core で FP スタイルの Web API を構築
- より高度な LanguageExt 機能（Eff, Aff）を探索
- 実際のプロジェクトで FP を適用する