C#における参照型によるカプセル化の破壊とその対策

2024年11月17日

1. 1. はじめに
2. 2. カプセル化の基本概念
- 2.1. サンプルコード
3. 3. 参照型によるカプセル化の破壊
- 3.1. 問題例: 配列の参照によるカプセル化の破壊
- 3.2. 解説
4. 4. カプセル化を保護する方法
5. 5. まとめ

1. はじめに

C#におけるオブジェクト指向プログラミングでは、「カプセル化」が非常に重要な概念です。カプセル化は、クラスの内部データを外部から隠蔽し、不正なアクセスや変更から保護するための手法です。しかし、参照型オブジェクトを用いる場合、内部データへの参照が外部に公開されると、カプセル化が破壊される問題があります。本資料では、この問題とその対策について説明します。

2. カプセル化の基本概念

カプセル化は、以下のような手法でクラスの内部状態を保護します。

メンバ変数の隠蔽: privateやprotected修飾子を用いて、メンバ変数を直接外部からアクセスできないようにします。
プロパティやメソッドの利用: データへのアクセスをプロパティやメソッドで制御し、不正な変更を防ぎます。

サンプルコード

class Sample
{
    private int data; // データを隠蔽

    public int Data
    {
        get { return data; }
        set { data = value; }
    }
}

3. 参照型によるカプセル化の破壊

C#では、値型と参照型の2種類があります。特に参照型は、オブジェクト自体のコピーではなく、その「参照」を渡すため、内部データが外部から直接変更されることがあります。

問題例: 配列の参照によるカプセル化の破壊

class Example
{
    private int[] numbers = { 1, 2, 3 };

    public int[] Numbers
    {
        get { return numbers; } // 配列の参照を返す
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Example example = new Example();
        int[] externalNumbers = example.Numbers;

        // 外部から配列の要素を書き換える
        externalNumbers[0] = 99;
        Console.WriteLine(example.Numbers[0]); // 99と出力される
    }
}

解説

この例では、Numbersプロパティがnumbers配列の参照を返しています。そのため、externalNumbersを通じて配列の要素を変更すると、クラスExampleの内部状態が外部から直接変更されてしまいます。これにより、カプセル化が破壊されることになります。

4. カプセル化を保護する方法

4.1 配列のコピーを返す

配列の参照を返すのではなく、コピーを返すことで、オリジナルの配列が外部から変更されることを防ぎます。

public int[] Numbers
{
    get { return (int[])numbers.Clone(); } // 配列のコピーを返す
}

4.2 読み取り専用のコレクションを使用する

ReadOnlyCollectionを使用して、配列の読み取り専用ビューを提供します。

using System.Collections.ObjectModel;

class Example
{
    private int[] numbers = { 1, 2, 3 };

    public ReadOnlyCollection<int> Numbers
    {
        get { return Array.AsReadOnly(numbers); } // 読み取り専用ビューを返す
    }
}

4.3 メソッドでアクセスを制御する

データを操作する専用メソッドを提供することで、外部からの直接変更を防ぎます。

class Example
{
    private int[] numbers = { 1, 2, 3 };

    public int GetNumber(int index)
    {
        return numbers[index];
    }

    public void SetNumber(int index, int value)
    {
        if (index >= 0 && index < numbers.Length)
        {
            numbers[index] = value; // 条件を付けてデータを変更
        }
    }
}