データの集合体を扱う （第12,13回補助資料）

1 for文とfor式

for文

• これまで、（kojoで用意された）repeat文や、 再帰による方法以外に、

• 繰り返しの実現法として、for を使った構文を使ってきた。

    for(i<-1 to 10) println(i)
    // => 1から10の範囲の整数が各行に印字される
    for(i<-1 to 10) i
    // => 何も出力せず値も返さない
  

  for式

• これに対し、

    yield
  

  というキーワード（今日はこれを覚えて帰ること）を使って、
  for式 を書くことができる。

• この構文は、専門用語では「For内包表記」などとも呼ばれている。

• for式では、括弧内の意味や使い方(左矢印を使った並びの表現がここに書かれる）はfor文と変わらないが、 括弧の直後に yield が入り、以下のような構文になる。

    for( 並びの表現 ) yield 式
  

• これ全体が式として有効なので、その式の値をさらにその外側の式で使うことができる。

    var ns=for(i<-1 to 10)yield i*i
    // => Seq[Int] 型の値が変数にセットされる
    (for(i<-1 to 10)yield i).length
    // => 10 : Int
  

  • 上のように、典型的なものとして、（変数への）代入や、メソッド呼出がある。

  • この式の値は数値ではなくデータの集合体なので、 この値に対して数値のための演算等は使えない。

    (for(i<-1 to 10)yield i) + 1 // =>NG
    

コレクション

2 データの集合体を扱うクラス（データ型）

• REPL で 以下のような式を与えると、その結果の型名と値が印字される。
  

    scala> for(i<-1 to 10)yield i
    res41: scala.collection.immutable.IndexedSeq[Int] = Vector(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
  

  データ型

• 長い型名が表示されているが、ここでは Seq という型（に関係する型）であることだけ確認しておこう。
  • Seq は sequence の先頭３文字をとったクラス名
    （長い単語のときはこうして省略されることもある；Int, Char と同様）
• データの集合体にかかわる主な用語を整理しておくと、
  1. これらを総称して collection と呼ぶ
  2. collection として、Map (対応表）、Set（集合)、Seq（順序のある列）がある。
  3. 順序列 Seq をコンピュータの中でどう保持し管理するかという 内部的な方法（「実装」と呼ぶ）の違いにより、 List, Vector, Array といったクラスが用意されている。
  • 上の例では、Vector として作らというれたデータが返されていることがわかるが、
  • この３つは機能的には（使い方としては）ほぼ同じなので、
  • 性能的な制約のない場面では違いを意識する必要はない。
  • ちなみに、CやJavaといった伝統的なプログラミング言語では、 主に「配列」と呼ばれる順序列（ScalaではArrayクラス） がよく使われている。

()の意味いろいろ

• 名標の右に括弧 () が置かれる書き方をすると、これまでは、 単純に関数呼び出しだ（命令のようなもの）と理解していたが、
• 集合体（Collection）を表すデータを扱い始めることで、 いくつかの新しい解釈が加わったので、その意味が区別できるようにしておこう。
  1. データ生成。 Array(1,2,3) など
  2. 添え字（何番目、を表す整数）を指定して集合体の要素を取り出す。color(2) など。

  添え字

  • ここで colorは コレクションであるデータ（につけた変数名）であることが前提。
  • 添え字、という呼称は、数学などで同名の変数を区別するために右下等に付加する数字に由来する。
    

  要素の型

• Array（をはじめとするCollection)を生成させ、その値を （REPLなどで）表示させると、
  • Array[ ... ] のように右にブラケットがついて表示される。
  • このブラケットの中には、そのコレクションの各要素の型名（だとシステムが推測したもの）が表示されていることに留意されたい。

  サイズ取得

• コレクションの要素数（容れ物のサイズと考えていい）は、 右図のように .length メソッドで取得できる
  • length の後ろに () は不要。

3 集合体の中のデータを使う

Seqを使う

• 集合体の中のデータを（とりあえずは、すべて）取り出して
• 個別に処理する（参照したり変更を加えたり）方法としては、
• やはり（右図のような）for文が代表的なもの。
• 括弧内の、左矢印の右側に、（以前に習った 1 to 10 等に代わって）集合体（を生成する式や、値として保持している変数名）を書くことで、
• ループ変数に順々にその個々の要素がセットされた状態で、
• for文の中身（括弧の右側に書かれた式やブロック）が 繰り返し実行される。

• 勿論この使う場面では yieldキーワードは不要。

    val ns=for(i<- 1 to 10)yield i
    // で、生成しておいて
  	
    // ...     あとで
    for(i<-ns) println(i)
    // のように使う
  

  forの文法

• 補足解説：
  • for での繰り返しは、<- の右に Collectionを書くというもの（だということをたった今学んだ）。
  • ためしに 1 to 10 という式（これも式です）を、
    REPLで入力するか、kojoで 選択（反転）させてから実行してみる、と
  • scala.collection. … .Range. というような型名が表示されるだろう。
  • つまり、この式（で表されるもの= Rangeオブジェクト）も、 Collection の一種である。
  • ちなみに、1.to(10) という記法でも同じ意味になる。

4 描画オブジェクトの集合体

描画オブジェクトの集合体

• for内包式で yieldキーワードの右に、Stagingモジュールの描画関数（描画オブジェクト生成関数でもある）を与えると、

• 描画オブジェクトの集合体を作ることができる。

    val cs=for(i<-1 to 10)yield s.circle(i*20,0,14)
  

• このとき、（一度実行すると）この式の値が （REPLの出力と同等の形で） Script Editorの当該行の右のコメント部に印字されるが (ここでは値の部分は長すぎるので省略する)、

    res4: scala.collection.immutable.IndexedSeq[net.kogics.kojo.staging.Ellipse] = Vector(Staging.Ellipse(Point(20.00 , 0.00),....
  

  • 要素の型（ブラケット[]の中）が Ellipse であるような集合体（Seq） であることがわかる。
  • なお、circleメソッドではあるが生成されるオブジェクトは （円 のより一般的な形である）Ellipse(楕円） であることも見てとれるだろう。

  オブジェクト

• こうして作った描画オブジェクトのリストの各要素に同じ処理を行うときには、

    for(c<-cs) c.rotate(10)
  

  のように使う。

  • この式では、ループ変数として順々に値が変わってくる c が、描画オブジェクトであり、
  • メソッド呼出により何かの変化を与える対象（=object）でもある。

  描画オブジェクトに対する操作

• kojoの描画オブジェクトに対するメソッドとして 右図のようなものを紹介した。
  • より詳しくは、Stagingのリファレンスページで、 「Shape methods」をページ内検索して下さい。

練習

• kojo の Stagingモードで、
• for式を使って多数（10～100個程度）の描画オブジェクトを生成し、
• そのfor式の値を変数にセットしておき、
• s.loop{...} や repeat(10000){...} //回数は適当による繰り返しの中で、
• それらの描画オブジェクト全部に何かの変化を引き起こす操作を施し、
• それらが動きとして目に見えるように（見てて楽しいものになることが望ましい）
• プログラムを作ってみよう。

簡単な操作例：

val s=Staging
s.clear
val cs=for(i<-1 to 20)yield s.circle(i*20,0,15)

s.loop{
  for(c<-cs) c.rotate(5)
}

もう１つ簡単な例（点滅）：

val s=Staging
s.clear
val cs=for(i<-1 to 20)yield s.circle(i*20,0,15)
var n=0		// 値が変化していくので var変数にする

s.loop{
  n+=1		// n の値を１つ増やす
  for(c<-cs) if(n%2==0) c.hide else c.show
}

• 速すぎるときには、
  • s.loop を repeat(1000) などに変えた上で
  • ループの中に Thread.sleep(100) のような 時間調整を差し挟んでおくといい

４ 二重のfor式 と タプル

• 以下の3つの結果の違いを確認しておこう

    for(i<-1 to 3) for(j<-1 to 3) yield (i,j)
    for(i<-1 to 3) yield for(j<-1 to 3) yield (i,j)
    for(i<-1 to 3 ; j<-1 to 3) yield(i,j)
  

• タプルの列を処理する

    val ls=for(i<-1 to 10)yield (i, i*i, ""+i)
    for((n,sq,str)<-ls) println(s"""${n}->${sq}, "${str}"""")
  

  タプルの例

  • タプルのリストは、内包表記の中で、（上の例のように）多重代入ができる

• タプルはいくつかの式（型が違ってもいい）を()で包んだもの。
  

  • タプルの要素を１つ取り出すためには、以下のように _の後ろに整数（1からはじめる）をつける表記がある。

        (1,"1")._1
    

  • タプルの値一度に複数の変数に代入することができる。

        val a,b=(1,2)
    

  • for式のループ変数の部分にもこれが適用可能

５ 要素の追加と削除

val ns=for(i<-1 to 3) yield i
val nns=ns:+4