Swiftでカスタム演算子を使って条件付きの値の代入を簡素化する方法

Swiftにおけるカスタム演算子の魅力

Swiftは柔軟で表現力豊かなプログラミング言語であり、開発者が独自の演算子を定義できる「カスタム演算子」の機能が用意されています。カスタム演算子を活用することで、コードをシンプルかつ直感的に記述でき、複雑なロジックを簡潔に表現することが可能です。

特に、既存の制御フローや条件付きの処理をシンプルに表現したい場合、カスタム演算子を導入することでコードの冗長性を削減し、可読性を向上させることができます。例えば、条件付きで値を代入する際、通常のif文や三項演算子を使わずに、カスタム演算子を使用することで直感的に処理を行うことができます。

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カスタム演算子で条件付き代入を簡単にする仕組み

Swiftのカスタム演算子を使うことで、条件付きの代入処理をよりシンプルに実装することができます。通常、条件付きで値を代入する際には、if文や三項演算子を使うことが一般的です。しかし、これらの構文は可読性が低くなりがちです。特に、複雑な条件が増えると、コードが見づらくなることが多いです。

カスタム演算子を定義することで、条件式をカプセル化し、より直感的な記述が可能になります。例えば、以下のようなシンプルなカスタム演算子を用いると、ある条件に基づいて値を代入する処理が簡潔になります。

infix operator ???: AssignmentPrecedence

func ???<T>(lhs: inout T, rhs: (T?, T)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

この演算子では、左辺の値がnilでない場合はそのまま使用し、nilの場合には右辺のデフォルト値を代入します。こうしたカスタム演算子を使うことで、コードがシンプルになり、読みやすさが向上します。

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Swiftでのカスタム演算子の定義方法

Swiftでは、既存の演算子をカスタマイズしたり、新しい演算子を定義することができます。これにより、特定のロジックに最適化されたシンプルな表現が可能になります。カスタム演算子を定義するためには、以下のような手順を踏みます。

1. 演算子の宣言

まず、演算子を定義するために、その演算子が「前置」「後置」「中置」のどれであるかを指定します。例えば、条件付きの代入に使う演算子は、中置演算子になるため、以下のように宣言します。

infix operator ???: AssignmentPrecedence

このコードでは、???という新しい中置演算子を宣言しています。AssignmentPrecedenceは演算子の優先順位を指定するもので、代入と同じ優先順位に設定しています。

2. 演算子の実装

次に、その演算子がどのように動作するかを関数として定義します。例えば、条件付きで値を代入するカスタム演算子???は、次のように実装できます。

func ???<T>(lhs: inout T, rhs: (T?, T)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

この関数では、lhsにrhsのタプルの1つ目の要素（オプショナルな値）を代入し、もしそれがnilであれば、2つ目のデフォルト値が代入されるというロジックになっています。

3. 使用例

このように定義されたカスタム演算子を使うと、次のようにコードを簡潔に記述できます。

var value: Int = 0
let newValue: Int? = nil
value ???= (newValue, 10)  // newValueがnilのため、valueには10が代入される

こうした手法を使うと、条件付き代入がより直感的でシンプルになります。

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演算子のオーバーロードとユースケース

カスタム演算子を活用する際に便利な機能の一つが「演算子のオーバーロード」です。Swiftでは、同じ演算子に対して異なる型や文脈に応じた処理を定義でき、これによってより汎用的で直感的なコードを実現できます。オーバーロードを活用すれば、さまざまなデータ型や条件に対して同じ演算子を再利用できます。

1. 演算子のオーバーロード

Swiftでは、同じ演算子に対して異なる型のパラメータを受け取るように関数を定義することができます。例えば、カスタム演算子???をオーバーロードして、Optional型以外にも対応させる場合を考えてみましょう。

以下の例では、String?型のオプショナルな文字列に対しても、条件付きの代入を行う演算子を定義します。

func ???(lhs: inout String, rhs: (String?, String)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

func ???(lhs: inout Int, rhs: (Int?, Int)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

このように、異なる型（StringやIntなど）に対してオーバーロードすることで、型に依存せず汎用的にカスタム演算子を使用できるようになります。

2. ユースケース

演算子のオーバーロードを活用することで、特定のユースケースに合わせたカスタマイズが容易になります。例えば、次のような状況で活用することができます。

2.1. オプショナルな値の代入

特定のオプショナルな変数がnilである場合に、デフォルト値を代入するという処理はよくあります。この処理を???演算子で簡潔に表現できます。

var userName: String = ""
let optionalName: String? = nil
userName ???= (optionalName, "Guest")  // optionalNameがnilの場合、"Guest"が代入される

このコードでは、optionalNameがnilであればデフォルト値の”Guest”がuserNameに代入されるようになっています。

2.2. 数値型での条件付き代入

整数型や浮動小数点型の変数に対しても、同じ演算子を利用して条件付き代入を行うことが可能です。

var count: Int = 0
let optionalCount: Int? = nil
count ???= (optionalCount, 100)  // optionalCountがnilの場合、100が代入される

このように、カスタム演算子のオーバーロードを活用することで、コードの簡素化と可読性の向上が可能になります。

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条件付き代入を簡素化するカスタム演算子の実装例

条件付き代入の処理をよりシンプルにするために、Swiftのカスタム演算子を実装する方法を具体的に見ていきましょう。ここでは、nilであればデフォルト値を代入するという典型的なパターンに特化したカスタム演算子の例を紹介します。

1. カスタム演算子の定義

まず、条件付き代入を行うための中置演算子を定義します。???演算子を使って、左辺の値がnilの場合に右辺のデフォルト値を代入する処理を行います。

infix operator ???: AssignmentPrecedence

func ???<T>(lhs: inout T, rhs: (T?, T)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

このカスタム演算子のロジックは非常にシンプルです。rhsの1つ目の要素がnilでない場合はそれを左辺に代入し、nilの場合には2つ目の要素（デフォルト値）を代入します。

2. カスタム演算子を使った実装例

この演算子を使うことで、条件付き代入を簡潔に行うことができます。通常のif文や三項演算子を使った方法よりも、直感的で読みやすいコードが書けます。

var userAge: Int = 0
let inputAge: Int? = nil

userAge ???= (inputAge, 18)  // inputAgeがnilのため、userAgeには18が代入される

この例では、inputAgeがnilであるため、userAgeにはデフォルト値の18が代入されます。もしinputAgeが値を持っていれば、その値がuserAgeに代入されるという動作になります。

3. 実用的なユースケース

カスタム演算子は、複数の条件付き代入が必要な場合にも非常に役立ちます。例えば、ユーザー入力が不確定な場合や、APIから取得したデータが不完全な場合に、デフォルト値を手軽に設定するために使用できます。

var userName: String = "Unknown"
var userCountry: String = "Unknown"

let inputName: String? = nil
let inputCountry: String? = "Japan"

userName ???= (inputName, "Guest")  // inputNameがnilのため、"Guest"が代入される
userCountry ???= (inputCountry, "US")  // inputCountryが"Japan"のため、"Japan"が代入される

このように、カスタム演算子を使うことで、複数の条件付き代入がスムーズに行え、コードの見た目も非常にシンプルになります。

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カスタム演算子の利用時の注意点

カスタム演算子はSwiftの強力な機能の一つですが、適切に使わないとコードの可読性やメンテナンス性が低下する可能性があります。ここでは、カスタム演算子を利用する際の注意点について説明します。

1. 可読性の低下に注意

カスタム演算子は、コードを簡潔にする一方で、過度に使いすぎるとコードを理解しにくくするリスクがあります。特に、他の開発者や将来的な自分がコードを見たときに、カスタム演算子の意味が直感的に理解できないと、修正やメンテナンスが難しくなります。

例えば、???という演算子が何を意味しているのか、コードを初めて見る人にはすぐには分かりづらいかもしれません。ドキュメントやコメントを適切に追加することで、カスタム演算子の意味を明確にしておくことが重要です。

2. 適切な場面での使用

カスタム演算子は、特定のパターンやロジックをシンプルに表現する場合には非常に有効ですが、すべての場面で利用すべきではありません。条件が複雑になりすぎる場合や、既存の構文で十分に処理できる場合は、通常のif文や三項演算子を使用した方が可読性を保ちやすいです。

3. 型安全性の確保

Swiftの強力な型システムは、バグの予防に役立ちますが、カスタム演算子の定義においても、適切な型安全性を確保することが重要です。型の不一致が発生しないよう、オーバーロードや汎用性の高い実装に配慮する必要があります。

例えば、???演算子が複数の型で使えるように汎用的に定義する場合、型の不一致を避けるためにジェネリクスを利用するのが良い実践です。

func ???<T>(lhs: inout T, rhs: (T?, T)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

このようにすることで、どんな型の変数に対しても安全に???演算子を使うことができます。

4. 演算子の優先順位に注意

カスタム演算子を定義する際に優先順位を設定しますが、これを慎重に考える必要があります。間違った優先順位を設定すると、演算子の実行順序が意図しない結果を引き起こす可能性があります。Swiftの組み込み演算子の優先順位に基づいて、適切に設定することが重要です。

infix operator ???: AssignmentPrecedence

例えば、代入に関連する処理を行う場合は、AssignmentPrecedenceのような適切な優先順位を指定して、既存の演算子との衝突を避けます。

カスタム演算子をうまく利用すれば、コードの簡潔さと可読性を向上させられますが、これらの注意点を理解し、適切な場面で使うことが重要です。

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カスタム演算子を使ったコードの可読性向上

カスタム演算子は、適切に使用することでコードの可読性を大幅に向上させるツールとなります。特に、複雑なロジックや冗長な処理を簡素化し、直感的な表現に変換することが可能です。しかし、カスタム演算子の使用が必ずしもコードの読みやすさを向上させるわけではないため、その利用には戦略が必要です。

1. 冗長な処理の簡潔化

例えば、条件付き代入の際、if文や三項演算子を使うと、次のように少し冗長なコードが生まれることがあります。

if let value = optionalValue {
    variable = value
} else {
    variable = defaultValue
}

または、三項演算子を使っても、複数の条件が重なると可読性が低下します。

variable = optionalValue != nil ? optionalValue! : defaultValue

これをカスタム演算子でシンプルにすることにより、コードの見た目を整理し、目的がより明確に伝わる形にできます。

variable ???= (optionalValue, defaultValue)

カスタム演算子を使用することで、不要な構文を省略し、ロジックに集中できるようになります。

2. ドメイン固有の表現の導入

カスタム演算子を使うと、特定の問題領域に応じた「ドメイン固有言語」のような表現を導入できます。これにより、ビジネスロジックや特定の計算、データ操作をより直感的に表現できます。

例えば、数値計算や配列操作でよく使われるロジックをカスタム演算子にすると、関数名を理解する必要がなくなり、コードが自然な言葉のように読めるようになります。

result = value1 + value2 ?? 0

このように、カスタム演算子を使うことで、ビジネスロジックや特定の操作をコードで「言語化」することができ、チーム全体の理解を促進します。

3. 可読性向上のためのガイドライン

可読性を高めるために、カスタム演算子を導入する際にはいくつかのガイドラインに従うとよいでしょう。

3.1. 名前の直感性

カスタム演算子は、意味が直感的に伝わるように設計する必要があります。例えば、???は「条件付きの代入」を表現するのに適していますが、意味がわかりにくい場合は、ドキュメントやコメントを充実させておくべきです。

3.2. 適度な利用

カスタム演算子は強力なツールですが、過度に使用しすぎるとコードが逆に難解になるリスクがあります。特に、プロジェクト全体に渡って頻繁に新しい演算子を導入するのは避け、複雑なロジックを簡素化する特定の場面でのみ利用するようにします。

3.3. 一貫性

カスタム演算子を使用する際には、プロジェクト全体でその使い方が一貫していることが重要です。異なる箇所で異なるルールや使い方をしてしまうと、コードベース全体が混乱し、保守が困難になる可能性があります。

カスタム演算子を適切に使えば、コードはシンプルになり、ビジネスロジックも直感的に表現できるようになります。ただし、適度に活用し、常に可読性を意識することが必要です。

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演習: カスタム演算子を使って独自の条件付きロジックを作成する

カスタム演算子を理解し、実際に使いこなすためには、自分で演算子を定義し、ユースケースに応じた独自のロジックを作成することが有効です。ここでは、カスタム演算子を使って条件付きロジックを実装する演習を紹介します。

1. 演習の目的

この演習では、カスタム演算子を使用して、ある条件に基づいて処理を簡素化する方法を学びます。特に、オプショナル型の値がnilであった場合、デフォルト値を設定するような条件付き代入ロジックを、カスタム演算子を使って実装します。

2. カスタム演算子を使った条件付き代入の実装

次に、実際に演習で使うカスタム演算子を定義してみましょう。この演算子は、オプショナル型の変数に対して、nilであるかどうかを判断し、nilの場合はデフォルト値を代入するという役割を果たします。

infix operator ???: AssignmentPrecedence

func ???<T>(lhs: inout T, rhs: (T?, T)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

この演算子は、オプショナル型の値がnilであれば、代わりに右辺に指定されたデフォルト値を代入します。この定義を使って、以下の演習を進めましょう。

3. 演習: 条件付き代入を行うコードを実装

次に、いくつかのケースにおいてカスタム演算子???を使ったコードを実装してみましょう。

// 問題 1: ユーザーの年齢を設定する
var userAge: Int = 0
let inputAge: Int? = nil

// inputAgeがnilならデフォルト値18を設定
userAge ???= (inputAge, 18)
print(userAge)  // 結果: 18

// 問題 2: オプショナルなユーザー名にデフォルト値を設定
var userName: String = "Unknown"
let inputName: String? = nil

// inputNameがnilなら"Guest"を設定
userName ???= (inputName, "Guest")
print(userName)  // 結果: Guest

この演習では、オプショナルな値がnilであった場合に、適切なデフォルト値を代入するロジックをカスタム演算子を使って実装します。

4. 発展課題: 複数のカスタム演算子を組み合わせた処理

次に、もう少し発展的な課題として、複数のカスタム演算子を組み合わせた条件付きロジックを実装してみましょう。例えば、Optionalだけでなく、数値が特定の範囲内かどうかをチェックし、その範囲外であればデフォルト値を設定する演算子を追加で定義します。

infix operator !?: AssignmentPrecedence

func !?(lhs: inout Int, rhs: (Int, Int)) {
    lhs = (rhs.0 > 0 && rhs.0 < 100) ? rhs.0 : rhs.1
}

// 数値が0～100の範囲内ならそのまま、それ以外ならデフォルト値50を代入
var score: Int = 0
let inputScore: Int = 120

score !?= (inputScore, 50)
print(score)  // 結果: 50 (inputScoreが範囲外のため、デフォルト値50を設定)

このようにして、複数の条件を効率よく処理できるようにカスタム演算子を活用できます。

5. 解答例と振り返り

この演習を通じて、カスタム演算子を使って条件付きロジックを簡素化する手法を学びました。実際にコードを書いてみることで、カスタム演算子の便利さと、それがコードの可読性やメンテナンス性に与える影響を理解することができたでしょう。

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よくあるカスタム演算子の誤解と解決策

カスタム演算子は非常に強力な機能ですが、利用する際にはいくつかの誤解や間違いが生じやすくなります。これらの問題点を理解し、適切に対処することで、カスタム演算子を安全かつ効果的に使用できます。ここでは、よくある誤解や問題点とその解決策を紹介します。

1. カスタム演算子が可読性を損なう

一つの大きな誤解は、カスタム演算子がコードを「見づらくする」可能性があるという点です。これは部分的に正しく、特に初めてコードを読む開発者にとって、見慣れない演算子は混乱を招きやすいです。例えば、以下のようなカスタム演算子があった場合、それが何を意味するのか直感的にはわからないかもしれません。

variable ???= (optionalValue, defaultValue)

このような状況を防ぐために、演算子の命名を直感的に行うことや、使用場所に十分なコメントを追加することが重要です。また、過度に複雑な演算子を導入することは避け、シンプルな表現に留めるよう心がけるべきです。

解決策: ドキュメントとコメントを充実させる

カスタム演算子の意味を理解しやすくするためには、コードに説明コメントを追加することが有効です。また、演算子の定義部分にドキュメントコメントを残しておくことで、開発者がその目的を容易に理解できるようにします。

/// `???`は条件付きで値を代入するための演算子。左辺がnilの場合、右辺のデフォルト値を使用。
infix operator ???: AssignmentPrecedence

2. 演算子の優先順位の誤解

カスタム演算子を定義するときに、演算子の優先順位を誤って設定してしまうことがあります。これにより、他の演算子との組み合わせで意図しない動作が発生することがあります。例えば、以下のように複数の演算子を組み合わせた場合、演算子の優先順位が正しくないと処理の順番が狂ってしまいます。

let result = value1 + value2 ???= (optionalValue, defaultValue)

ここでは、+と???のどちらが先に評価されるかが問題となります。演算子の優先順位を適切に設定しないと、思わぬバグを引き起こします。

解決策: 適切な優先順位の設定

Swiftでは、演算子の優先順位を明示的に設定する必要があります。特に、既存の演算子と組み合わせて使用する場合は、Swiftの標準演算子の優先順位を理解しておくことが重要です。

infix operator ???: AssignmentPrecedence

このようにして、AssignmentPrecedenceを使うことで、代入と同じ優先順位に設定し、他の演算子との競合を避けます。

3. 型の不一致や予期しない型変換

カスタム演算子を使用する際に、異なる型間で操作を行おうとすると型の不一致エラーが発生することがあります。たとえば、IntとStringを同じ演算子で扱おうとする場合、明示的に型を統一しないとコンパイルエラーが発生します。

var number: Int = 10
let optionalString: String? = "100"

// number ???= (optionalString, 20)  // 型の不一致エラーが発生

この場合、IntとStringは異なる型であるため、適切な型変換を行わないと演算子のロジックが成立しません。

解決策: ジェネリックや型の統一を使う

異なる型に対してカスタム演算子を使う場合は、ジェネリクスを使用して柔軟に対応するか、型の不一致を防ぐための型キャストや変換を行う必要があります。以下のように、型の不一致を防ぐための安全な実装が必要です。

func ???<T>(lhs: inout T, rhs: (T?, T)) {
    lhs = rhs.0 ?? rhs.1
}

また、必要であれば型変換を行ってから演算子を使用する方法もあります。

if let intValue = Int(optionalString ?? "") {
    number ???= (intValue, 20)
}

4. カスタム演算子のオーバーロードによる混乱

カスタム演算子をオーバーロードしすぎると、意図しない挙動を引き起こしたり、どの関数が適用されるかが不明確になることがあります。例えば、複数のデータ型に対して同じ演算子をオーバーロードする場合、予期しない型推論が行われることがあります。

解決策: 必要な場合にのみオーバーロードする

カスタム演算子をオーバーロードする際は、必要な場面でのみ行い、過度に定義しないことが重要です。また、型推論が適切に行われるように、明示的な型アノテーションを使って問題を防ぐことができます。

これらの誤解や問題点を理解し、適切な対応策を取ることで、カスタム演算子を効果的に活用でき、コードの品質を保つことができます。

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カスタム演算子を使ったプロジェクトでの応用例

カスタム演算子は、特定のユースケースでの処理を簡潔化し、可読性を向上させるために非常に有効です。ここでは、実際のプロジェクトでカスタム演算子がどのように応用されるかを具体例を交えて紹介します。

1. データ検証でのカスタム演算子の応用

プロジェクトにおいて、入力データの検証は非常に重要なプロセスです。通常、複数のif文やガード文を使ってデータをチェックしますが、これをカスタム演算子を使って簡素化できます。例えば、以下のようなカスタム演算子を定義することで、複数の条件チェックをシンプルに表現できます。

infix operator &&=: AssignmentPrecedence

func &&=(lhs: inout Bool, rhs: Bool) {
    lhs = lhs && rhs
}

このカスタム演算子を使うと、複数の条件を簡潔に連結してチェックできるようになります。

var isValid = true

let name: String? = "John"
let age: Int? = 25

isValid &&= (name != nil)
isValid &&= (age != nil && age! > 18)

if isValid {
    print("データが有効です")
} else {
    print("無効なデータがあります")
}

この例では、isValid変数に対して、カスタム演算子&&=を使って複数の条件を連結して検証しています。これにより、コードが簡潔になり、データ検証のロジックがわかりやすくなります。

2. UI状態の管理

アプリケーションのUIを管理する際、条件に応じて特定のUI要素を表示したり隠したりすることがあります。ここでもカスタム演算子を使って、状態管理を簡素化することができます。

例えば、次のようなカスタム演算子を定義して、条件に応じたUI要素の表示/非表示を管理します。

infix operator ???: ComparisonPrecedence

func ???(condition: Bool, action: () -> Void) {
    if condition {
        action()
    }
}

これを使って、UI状態の管理を行います。

let isLoggedIn = true

isLoggedIn ??? {
    print("ユーザーメニューを表示します")
}

let hasUnreadMessages = false

hasUnreadMessages ??? {
    print("未読メッセージ通知を表示します")
}

このように、条件に応じたUIの処理が直感的に書けるため、可読性が向上し、メンテナンスもしやすくなります。

3. カスタム演算子を用いた数値計算

数値計算や数学的な処理においても、カスタム演算子を使ってコードを簡素化できます。例えば、2つの数値を条件付きで比較し、範囲内に収める演算子を定義できます。

infix operator <->: RangeFormationPrecedence

func <->(value: Int, range: (Int, Int)) -> Int {
    return min(max(value, range.0), range.1)
}

この演算子を使うと、数値が指定された範囲内に収まるように簡潔に処理できます。

let value = 150
let clampedValue = value <-> (0, 100)
print(clampedValue)  // 結果: 100

このようにして、複雑な数値の範囲チェックを簡単に表現でき、コードの可読性が向上します。

4. オプション値のデフォルト設定

オプショナル型のデータにデフォルト値を設定する処理は、ほぼすべてのSwiftプロジェクトで見られます。ここでも、カスタム演算子を使って処理を簡素化できます。例えば、次のようにカスタム演算子を定義します。

infix operator ??=: AssignmentPrecedence

func ??=<T>(lhs: inout T, rhs: T?) {
    if let value = rhs {
        lhs = value
    }
}

このカスタム演算子を使えば、オプションの値にデフォルト値を設定する処理を簡単に書けます。

var username: String = "Guest"
let inputUsername: String? = nil

username ??= inputUsername
print(username)  // 結果: "Guest"

このように、オプショナル型の変数にデフォルト値を簡単に設定でき、冗長なif文や三項演算子を省略できます。

5. プロジェクト全体での効果

プロジェクトでカスタム演算子を使用する際の最大の利点は、コードの一貫性と簡潔さです。複数の箇所で共通の処理を行う場合、カスタム演算子を使って統一的なロジックを定義できれば、バグの発生を減らし、開発速度を向上させることができます。また、コードベースが大きくなっても、演算子のシンプルさによって処理が追跡しやすくなります。

これらの応用例を通じて、カスタム演算子は特定の状況で非常に有用であり、コードの品質や可読性を高めるために効果的なツールであることがわかります。

次に進める項目を指示してください。

まとめ

本記事では、Swiftのカスタム演算子を使って条件付きの値の代入を簡素化する方法について説明しました。カスタム演算子は、複雑なロジックを直感的かつ簡潔に表現し、コードの可読性やメンテナンス性を向上させるための強力なツールです。条件付き代入のほか、データ検証やUI管理、数値処理など、さまざまなユースケースで活用できることを学びました。

カスタム演算子を適切に使うことで、プロジェクト全体のコードの一貫性を保ち、効率的な開発が可能になります。しかし、過度の使用には注意し、可読性を保つために、適切なコメントやドキュメントも併用することが重要です。

これで、記事は完了です。