【Unity】なぜ初学者は、Null Referenceエラー（Null参照エラー：存在なし）を起こしがちでしょうか

プログラマーやゲーム開発者がnullエラーに直面しやすい理由はいくつかありますが、特にUnityのような複雑なゲームエンジンを使用している場合、その傾向はさらに顕著になります。以下に主な理由を挙げます。

nullエラーを起こしがちな原因

1. 初期化の見落とし

Unityプロジェクトでは、ゲームオブジェクトやコンポーネントが正しく初期化されていない場合がよくあります。これは、開発者がコンポーネントや変数をインスペクターで割り当て忘れることが原因で起こることが多いです。特に大規模なプロジェクトやチームで作業している場合、誰かが重要な割り当てを見落とすことがあります。

2. 複雑な依存関係

Unityでは、多くのオブジェクト間で複雑な依存関係が存在します。スクリプトやコンポーネントが期待通りに動作するためには、他のオブジェクトやコンポーネントが正しい状態である必要があります。このような依存関係が適切に管理されていない場合、nullエラーが発生する可能性があります。

3. 動的なコンテンツのロード

Unityゲームでは、しばしばリソースやオブジェクトがゲームプレイ中に動的にロードされます。動的ロードは、ゲームのパフォーマンスを向上させることができますが、リソースが予想より遅れてロードされると、それを参照するスクリプトでnullエラーが発生する原因となります。

4. 開発者の経験不足

経験不足の開発者は、nullチェックの重要性を過小評価する傾向があります。また、どのタイミングで特定のオブジェクトやコンポーネントが利用可能になるかを理解していない場合があります。これは特に、非同期処理やイベント駆動型のプログラミングにおいて顕著です。

5. 不十分なエラーハンドリング

プログラムのエラーハンドリングが不十分である場合、開発者はnullエラーを見逃しやすくなります。エラーハンドリングの戦略を事前に計画し、実装することが不可欠ですが、これが欠けていると、エラーの原因を特定しにくくなります。

解決策

  • コードレビュー: チーム内でコードレビューを行うことで、初期化の見落としなどの問題を事前に発見しやすくなります。
  • nullチェックの実装: オブジェクトやコンポーネントを使用する前に常にnullチェックを行うことで、多くのnullエラーを防ぐことができます。
  • 適切な初期化とロード管理: 依存関係が正しく管理され、必要なリソースが適切なタイミングでロードされるようにします。
  • エラーハンドリングとロギング: エラーハンドリングの戦略を明確にし、発生する可能性のあるエラーを適切に記録し、対処します。

これらの戦略を用いることで、Unity開発プロジェクトにおけるnullエラーの発生率を減少させることができます。

インスタンスを把握しよう

Unityでのインスタンス作成を内部で処理する際に初学者がnullエラーに陥りやすいのは、オブジェクトのライフサイクルと初期化のタイミングを正確に理解していないことが一因です。Unityでは、特にInstantiateメソッドを用いた動的なオブジェクト生成や、シーン間でのデータ伝達などで、インスタンスの作成と管理が頻繁に行われます。これらのプロセスを適切に理解し、管理することが重要です。

よくあるケース

1. Instantiateメソッドの不適切な使用

Instantiateメソッドを使用してオブジェクトのコピーを生成する際、新しく生成されるインスタンスに対する参照を適切に保持していないと、そのインスタンスが存在するのにアクセスできずにnullエラーを引き起こす可能性があります。

2. オブジェクトの初期化タイミング

Unityのライフサイクルメソッド（Awake, Start, Updateなど）内でのオブジェクト参照は、そのオブジェクトが既に生成されていることを前提としています。しかし、スクリプトの実行順序やオブジェクトのロード順によっては、参照しようとするオブジェクトがまだ準備が整っていない状態でアクセスすることがあり、これがnullエラーの原因になります。

対策

インスタンス参照の適切な保持

Instantiateを使用して生成したインスタンスには、生成直後に変数を通して参照を保持し、その後の操作を正しく行えるようにします。

GameObject myObject = Instantiate(prefab) as GameObject;

初期化と参照のタイミングの把握

オブジェクトの生成と参照のタイミングを明確にし、必要なオブジェクトが使用時点で適切に初期化されているかを確認します。スクリプトの実行順序を調整することで、依存関係にあるオブジェクトが正しい順序で初期化されるように管理することが可能です。

nullチェックの徹底

オブジェクトやコンポーネントにアクセスする前には、常にnullチェックを行い、オブジェクトが存在しない場合のエラーハンドリングを実装します。これにより、プログラムが途中で失敗することなく、問題をより早期に検出し、対処することができます。

if (myObject != null) {
    // myObjectを安全に使用できる
} else {
    // myObjectがnullの場合の処理
}

これらの対策を講じることで、Unityにおけるインスタンス生成と参照に関する一般的なnullエラーを回避することができます。

例えば、Rigidbodyコンポーネントを取得していないのに使おうとした場合

UnityでRigidbodyコンポーネントや他のコンポーネントにアクセスする際に、そのインスタンスが存在している（つまり、そのコンポーネントがオブジェクトにアタッチされている）ことが前提になります

実際の例でみていきましょう

イラストで確認

UFOの構成

このUFOゲームオブジェクトは次の機能を持っています

  • 物理的な動き（重力で落ちるし、加速・減速して動ける）
  • 位置の情報
  • 操縦席（これ自体も機能なのですが、他の機能を使うことができます）

UFOなので、重力を無視して空中に浮くようにしてみる

操縦席から物理的な動きの機能を使って重力を無視します

物理的な機能が備わっていない場合、どうにもならない

Unityでは、どうしようもない場合の状態になるとNull Referenceエラー（Null参照エラー：存在なし）となります

理解を助けるシンプルなコード

Rigidbodyコンポーネントへの参照をクラスのフィールドとして宣言し、それをStartメソッド内で初期化する形にします。このようにフィールドを使用することで、他のメソッドからもRigidbodyへの参照を利用できるようになります

using UnityEngine;

public class UFOController : MonoBehaviour
{
    // Rigidbody2Dコンポーネントへの参照をフィールドとして宣言
    private Rigidbody2D rb;

    void Start()
    {
        // Rigidbody2Dコンポーネントへの参照を取得してフィールドに格納
        rb = GetComponent<Rigidbody2D>();

        // nullチェックを行う
        if (rb != null)
        {
            // Rigidbody2Dが存在する場合、ここで何かしらの操作を行う
            rb.gravityScale = 0;
        }
        else
        {
            // Rigidbodyがこのゲームオブジェクトにアタッチされていない場合、警告を出す
            Debug.LogWarning("このゲームオブジェクトにはRigidbodyコンポーネントがありません。");
        }
    }

    // 他のメソッドからもrbを使用できるようになる
}

TryGetComponent<Rigidbody2D>メソッドは、ゲームオブジェクトにRigidbody2Dコンポーネントがアタッチされているかどうかをチェックします。もしRigidbody2Dコンポーネントが存在すれば、そのコンポーネントの参照がoutパラメータとして指定された変数rbに割り当てられ、メソッドはtrueを返します。もしコンポーネントが存在しなければ、falseが返されます。この処理をif文で使用することで、Rigidbody2Dコンポーネントが見つかった場合のみ、カッコ内のコードが実行されるようにしています。

using UnityEngine;

public class UFOController : MonoBehaviour
{
    // Rigidbody2Dコンポーネントへの参照をフィールドとして宣言
    private Rigidbody2D rb;

    void Start()
    {

        // Rigidbody2Dコンポーネントへの参照を取得してフィールドに格納
        // if (TryGetComponent<Rigidbody2D>(out rb))
        // 型パラメータのRidigbody2Dは省略できます
        if (TryGetComponent(out rb))
        {
            // Rigidbody2Dが存在する場合、ここで何かしらの操作を行う
            rb.gravityScale = 0;
        }
        else
        {
            // Rigidbodyがこのゲームオブジェクトにアタッチされていない場合、警告を出す
            Debug.LogWarning("このゲームオブジェクトにはRigidbodyコンポーネントがありません。");
        }
    }

    // 他のメソッドからもrbを使用できるようになる
}

説明のポイント

  1. コンポーネントの取得方法: GetComponent<Rigidbody>()メソッドを使って、同じオブジェクトにアタッチされたRigidbodyコンポーネントへの参照を取得します。これは、Rigidbodyコンポーネントがそのオブジェクトに存在する場合にのみ動作します。
  2. nullチェックの重要性: コンポーネントを取得した後、それがnullかどうかをチェックすることが非常に重要です。これは、該当するコンポーネントがオブジェクトにアタッチされていない場合、GetComponentはnullを返すためです。nullチェックを怠ると、アクセス時にNullReferenceExceptionが発生し、エラーになります。
  3. エラーメッセージの活用: コンポーネントが見つからない場合には、Debug.LogWarningを用いて警告をログに出力します。これにより、開発中に問題の原因を特定しやすくなります。
  4. 実際の操作: Rigidbodyが存在することを確認した後、そのプロパティやメソッドに安全にアクセスして操作を行うことができます。例えば、重力の影響を受けないように設定するなどです。

このように、コンポーネントにアクセスする際の基本的なステップをみていくと理解の助けになります。
また、エラーハンドリングの慣習を早い段階から導入することで、より堅牢なコードの書き方を身に付けることができるでしょう。

ブレークポイントを設定して確認することも勉強につながります

ブレークポイントの登録

Mac版のVisual Studio Codeエディタの画面になります
Windows版のVisual Studioにもブレークポイントの機能があります

実際の操作

他のゲームオブジェクトをリモート操作するケース

using UnityEngine;

public class UFOController : MonoBehaviour
{
    // Rigidbody2Dコンポーネントへの参照をフィールドとして宣言
    private Rigidbody2D rb;

    void Start()
    {
        // Rigidbody2Dコンポーネントへの参照を取得してフィールドに格納
        rb = GameObject.Find("RomoteUFO").GetComponent<Rigidbody2D>();

        // nullチェックを行う
        if (rb != null)
        {
            // Rigidbody2Dが存在する場合、ここで何かしらの操作を行う
            rb.gravityScale = 0;
        }
        else
        {
            // Rigidbodyがこのゲームオブジェクトにアタッチされていない場合、警告を出す
            Debug.LogWarning("リモートUFOゲームオブジェクトにはRigidbodyコンポーネントがありません。");
        }
    }

    // 他のメソッドからもrbを使用できるようになる
}

補足

次のメソッドチェーンがよくわからない場合、

rb = GameObject.Find("RomoteUFO").GetComponent<Rigidbody2D>();

コードを2行に分割すると以下のようになります。これにより、まずオブジェクトを検索してから、そのオブジェクトのRigidbody2Dコンポーネントにアクセスします。

GameObject ufo = GameObject.Find("RemoteUFO");
rb = ufo.GetComponent<Rigidbody2D>();

ここで、ufo変数は"RemoteUFO"という名前のゲームオブジェクトを検索して格納し、次の行でGetComponent<Rigidbody2D>()を使用して、そのゲームオブジェクトのRigidbody2Dコンポーネントをrbに割り当てます。

もし、RemoteUFOという名前のゲームオブジェクトがいない場合、１行目でNull Referenseエラーになります

C#

Posted by hidepon