Option型

プログラミング言語^{[注釈 1]}と型理論において、Option型（英語: Option type）またはMaybe型（英語: Maybe type）は存在しない可能性のある値をカプセル化して表す多相型（英語版）である。例えば、関数の戻り値が存在する場合と存在しない場合を表すためにこの型は使用される。この型は空^{[注釈 2]}またはオリジナルのデータ型Aをカプセルした^{[注釈 3]}コンストラクタから構成されている。

関数型プログラミング以外において、全く異なるが関連する概念としてNullable型^{[注釈 4]}がオブジェクト指向プログラミングで一般的である。Option型とNullable型の主な違いは、Option型はネストすることができる^{[注釈 5]}のに対して、Nullable型はこれに対応していない^{[注釈 6]}ことである。

理論的側面[編集]

型理論において、Option型は $A^{?}=A+1$ のように記述することができる。これは与えられた値の組 $A$ に対して、Option型は $A$ の有効な値の組に正確に1つの追加の値（空の値）を追加するという事実を表している。これはタグ付き共用体（英語版）を持つ言語において、Option型がカプセル化型とUnit型（英語版）のタグ付き共用体として表現できるという事実によってプログラミングに反映されている^[1]。

カリー＝ハワード同型対応において、Option型は∨: x∨1=1の消滅法則に関連している^{[どうやって?]}。

Option型は1個または0個の要素を含むコレクション（英語版）と見なすこともできる^{[独自研究?]}。

Option型もモナドであり、次のようになる^[2]:

return = Just -- Wraps the value into a maybe  Nothing  >>= f = Nothing -- Fails if the previous monad fails (Just x) >>= f = f x     -- Succeeds when both monads succeed

Option型のモナディックな性質は、失敗とエラーを効率的に追跡するのに役立つ^[3]。

型名と定義[編集]

それぞれのプログラミング言語において、Option型は様々な名前と定義がある。

Agdaでは、nothingとjust aという要素を持ち、Maybeという名前で定義されている。
Coqでは、Inductive option (A:Type) : Type := | Some : A -> option A | None : option A.として定義されている。
Elmでは、Maybeという名前でtype Maybe a = Just a | Nothingとして定義されている^[4]。
Haskellでは、Maybeという名前でdata Maybe a = Nothing | Just aとして定義されている。
Idris（英語版）では、data Maybe a = Nothing | Just aとして定義されている。
OCamlでは、type 'a option = None | Some of 'aとして定義されている。
Pythonでは、3.10以降でtyping.Optional[T]またはT | None^{[注釈 7]}として示される。
Rustでは、enum Option<T> { None, Some(T) }として定義されている。
Scalaでは、final case class Some[+A](value: A)とcase object Noneの型拡張によって、sealed abstract class Option[+A]として定義されている。
Standard MLでは、datatype 'a option = NONE | SOME of 'aとして定義されている。
Swiftでは、enum Optional<T> { case none, some(T) }として定義されているが、通常はT?として記述される^[5]。

例[編集]

F#[編集]

コード例

let compute =     Option.fold (fun _ x -> sprintf "The value is: %d" x) "No value"  let full = Some 42 let empty = None  compute full |> printfn "compute full -> %s" compute empty |> printfn "compute empty -> %s"

実行結果

compute full -> The value is: 42 compute empty -> No value

Haskell[編集]

コード例

compute :: Maybe Int -> String compute = foldl (\_ x -> "The value is: " ++ show x) "No value"  main :: IO () main = do     let full = Just 42     let empty = Nothing      putStrLn $ "compute full -> " ++ compute full     putStrLn $ "compute empty -> " ++ compute empty

実行結果

compute full -> The value is: 42 compute empty -> No value

Nim[編集]

コード例

import std/options  proc compute(opt: Option[int]): string =   opt.map(proc (x: int): string = "The value is: " & $x).get("No value")  let   full = some(42)   empty = none(int)  echo "compute(full) -> ", compute(full) echo "compute(empty) -> ", compute(empty)

実行結果

compute(full) -> The Value is: 42 compute(empty) -> No value

OCaml[編集]

OCamlはOptionをパラメータ化された要素型として実装している。Optionは次のように構築及び分解される:

コード例

let compute =   Option.fold ~none:"No value" ~some:(fun x -> "The value is: " ^ string_of_int x)  let () =   let full = Some 42 in   let empty = None in    print_endline ("compute full -> " ^ compute full);   print_endline ("compute empty -> " ^ compute empty)

実行結果

compute full -> The value is: 42 compute empty -> No value

Rust[編集]

コード例

fn compute(opt: Option<i32>) -> String {     opt.map_or("No value".to_owned(), |x| format!("The value is: {}", x)) }  fn main() {     let full = Some(42);     let empty = None;      println!("compute(full) -> {}", compute(full));     println!("compute(empty) -> {}", compute(empty)); }

実行結果

compute(full) -> The value is: 42 compute(empty) -> No value

Scala[編集]

ScalaはOptionをパラメータ化された型として実装しているので、変数はOptionになることができ、次のようにアクセスできる^[6]:

コード例

object Main {   def compute(opt: Option[Int]): String =     opt.fold("No value")(x => s"The value is: $x")    def main(args: Array[String]): Unit = {     val full = Some(42)     val empty = None      println(s"compute(full) -> ${compute(full)}")     println(s"compute(empty) -> ${compute(empty)}")   } }

実行結果

compute(full) -> The value is: 42 compute(empty) -> No value

Optionの値を使用する方法は2つある。1つは、最良ではないが最初の例のようにパターンマッチングによる方法である。もう1つは、最良の方法である2番目の例のようなモナディックアプローチである。このように、プログラムは例外またはエラーを生成することができない^{[注釈 8]}ので安全である。従って、これは基本的にnull値の型安全な代替手段として機能する。

Swift[編集]

コード例

func compute(_ opt: Int?) -> String {     return opt.map { "The value is: \($0)" } ?? "No value" }  let full = 42 let empty: Int? = nil  print("compute(full) -> \(compute(full))") print("compute(empty) -> \(compute(empty))")

実行結果

compute(full) -> The value is: 42 compute(empty) -> No value

Zig[編集]

コード例

const std = @import("std"); const print = std.io.getStdOut().writer().print;  const Compute = struct {     value: ?i32,     pub fn init(value: ?i32) Compute {         return Compute{ .value = value };     }     pub fn format(         self: @This(),         comptime fmt: []const u8,         options: std.fmt.FormatOptions,         out_stream: anytype,     ) !void {         _ = fmt;         _ = options;         if (self.value) |n| {             return out_stream.print("The value is: {}", .{n});         } else {             return out_stream.print("No value", .{});         }     } };  pub fn main() !void {     const full = Compute.init(42);     const empty = Compute.init(null);      try print("full -> {}\n", .{full});     try print("empty -> {}\n", .{empty}); }

実行結果

full -> The value is: 42  empty -> No value

Zigでは、?i32 の様に型名の前に ? を追加するとOptional型となる。

if (opt) |n| { の様に if 文、あるいは while文でペイロード n をキャプチャーすることができ、null の場合 else 節が評価される。

脚注[編集]

注釈[編集]

^ 特に関数型プログラミング言語において。
^ 多くの場合、NoneまたはNothingという名前。
^ 多くの場合、Just AまたはSome Aと書かれる。
^ 多くの場合、A?として表される。
^ 例えば、Maybe (Maybe String) ≠ Maybe String。
^ 例えば、String?? = String?。
^ 型ヒントを介して。
^ 例えばNoneと等しいOption変数の値を取得しようとすることによって。

出典[編集]

^ Milewski, Bartosz (2015年1月13日). “Simple Algebraic Data Types” (英語). Bartosz Milewski's Programming Cafe. 2019年8月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年8月18日閲覧。
^ “A Fistful of Monads - Learn You a Haskell for Great Good!”. www.learnyouahaskell.com. 2019年8月18日閲覧。
^ Hutton, Graham (2017年11月25日). “What is a Monad?”. Computerphile Youtube. 2021年12月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年8月18日閲覧。
^ “Maybe · An Introduction to Elm”. guide.elm-lang.org. 2022年6月11日閲覧。
^ “Apple Developer Documentation”. developer.apple.com. 2020年9月6日閲覧。
^ Martin Odersky; Lex Spoon; Bill Venners (2008). Programming in Scala. Artima Inc. pp. 282–284. ISBN 978-0-9815316-0-1 2011年9月6日閲覧。

表話編歴データ型
ビット列	ビットトリットニブルオクテットバイトワードダブルワード（英）
数値	整数型符号付整数型十進型（英語版）有理数型（英語版）実数型複素数型固定小数点型浮動小数点型半精度単精度倍精度四倍精度八倍精度（英語版）拡張倍精度ミニフロート bf16
プリミティブ	論理型数値型キャラクタ型ストリング型ヌル終端列挙型
コンポジット	配列可変長配列連想配列構造体レコード共用体タグ共用体（英語版）タプルコンテナリストキュースタックセットマップラッパーツリー代数的データ型抽象データ型再帰データ型 Option型
ポインタ	物理アドレス型論理アドレス型（英語版）仮想アドレス型（英語版）参照型
その他	void型 null型トップ型（英語版）ボトム型関数の型（英語版）動的束縛型不透明型（英語版）抽象型シンボル型（英語版）
カテゴリ

Option型

理論的側面[編集]

型名と定義[編集]

例[編集]

F#[編集]

Haskell[編集]

Nim[編集]

OCaml[編集]

Rust[編集]

Scala[編集]

Swift[編集]

Zig[編集]

脚注[編集]

注釈[編集]

出典[編集]

関連項目[編集]

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