【Python】第5章第13回：デザインパターンの基本（シングルトンなど）

2025年1月23日 a-mun

本記事では、ソフトウェア設計の重要な概念である「デザインパターン」について解説します。特に、Pythonでよく使用されるシングルトンパターンを中心に解説し、他の基本的なパターンにも触れます。

Table of Contents

0. 記事の概要

この記事を読むメリット

デザインパターンの基本を理解：ソフトウェア設計に役立つテンプレートを学べます。
シングルトンパターンの実装方法を習得：実践的な設計スキルを身につけられます。
設計力と保守性の向上：再利用性の高いコードを書く技術を得られます。

この記事で学べること

デザインパターンの概要と重要性
シングルトンパターンの実装方法と応用例
他の基本的なデザインパターン（ファクトリ、ストラテジー）の概要

1. デザインパターンとは？

1.1 定義

デザインパターンは、ソフトウェア設計における「再発する問題を解決するための一般的な解法」を指します。これらは、設計の課題に対するベストプラクティスとして広く利用されています。

1.2 デザインパターンの分類

生成に関するパターン: オブジェクトの生成方法に焦点を当てる（例: シングルトン、ファクトリ）。
構造に関するパターン: オブジェクト間の関係性を定義（例: アダプタ、デコレータ）。
振る舞いに関するパターン: オブジェクト間の責務とやりとりを扱う（例: ストラテジー、オブザーバー）。

2. シングルトンパターンの基本

2.1 定義

シングルトンパターンは、「あるクラスのインスタンスが1つだけ存在することを保証し、かつそのインスタンスへグローバルなアクセスを提供するパターン」です。

2.2 シングルトンパターンの実例

# シングルトンパターンの実装例
class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
        return cls._instance

# 使用例
obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(obj1 is obj2)  # 出力: True

動作解説

__new__メソッドをオーバーライドして、インスタンスが1つだけ作られるようにしています。
複数回インスタンス化しても同じオブジェクトが返されます。

3. 他のデザインパターンの概要

3.1 ファクトリパターン

ファクトリパターンは、オブジェクトの生成をクラス外部に移譲するパターンです。これにより、オブジェクト生成の柔軟性が向上します。

# ファクトリパターンの例
class AnimalFactory:
    @staticmethod
    def create_animal(type_):
        if type_ == "dog":
            return Dog()
        elif type_ == "cat":
            return Cat()
        else:
            raise ValueError("Unknown animal type")

# 使用例
animal = AnimalFactory.create_animal("dog")
print(animal.speak())  # 出力: ワンワン

3.2 ストラテジーパターン

ストラテジーパターンは、アルゴリズムのファミリーを定義し、それらをインターフェースを通じて交換可能にするパターンです。

# ストラテジーパターンの例
class Strategy:
    def execute(self):
        pass

class ConcreteStrategyA(Strategy):
    def execute(self):
        return "戦略A"

class ConcreteStrategyB(Strategy):
    def execute(self):
        return "戦略B"

# 使用例
strategy = ConcreteStrategyA()
print(strategy.execute())  # 出力: 戦略A

4. 練習問題

以下の課題に挑戦してみましょう。

シングルトンパターンを使ってログシステムを実装してください。
ファクトリパターンを使って車のオブジェクトを生成するクラスを作成してください。
ストラテジーパターンを使って異なる計算アルゴリズムを実装してください。

5. 練習問題の解答と解説

問1の解答例

# シングルトンパターンを使ったログシステム
class Logger(Singleton):
    def log(self, message):
        print(f"Log: {message}")

logger1 = Logger()
logger2 = Logger()
logger1.log("システム開始")
print(logger1 is logger2)  # 出力: True

6. まとめ

デザインパターンを活用することで、コードの再利用性や保守性を向上させることができます。本記事で学んだシングルトンパターンや他の基本的なパターンを、実際のプロジェクトでぜひ活用してみてください。