Swiftのオプショナルイニシャライザは、開発者がより安全に初期化を行うための重要な機能です。プログラムが期待通りに動作するためには、全てのオブジェクトが正しく初期化される必要がありますが、データの不整合や欠落が原因で、初期化が失敗することがあります。こうした問題に対処するため、Swiftはオプショナル型と呼ばれる強力な機能を提供しています。オプショナルイニシャライザを利用することで、初期化が失敗した場合にnilを返し、安全にプログラムを進めることが可能です。本記事では、オプショナルイニシャライザを用いて、エラーを回避しつつ初期化を行う方法について詳しく解説していきます。
Swiftのオプショナル型の基本
Swiftにおけるオプショナル型は、変数や定数が「値を持つ」か「値がない（nil）」状態のいずれかを表現するための型です。これは、データが存在しない可能性のある状況を安全に処理するために非常に重要です。オプショナル型を使用することで、プログラム内で意図しないクラッシュやエラーを防ぐことができます。
オプショナル型の宣言
オプショナル型は、通常の型名の後に?を付けて表現します。例えば、String?は、値が存在する場合には文字列を保持し、存在しない場合にはnilを保持します。
var name: String?このコードでは、nameはString型のオプショナルとして宣言されており、nilまたはStringの値を持つことができます。
オプショナル型のアンラップ
オプショナル型の変数を安全に使用するためには、その値を取り出す必要があります。これを「アンラップ」と呼びます。アンラップはif letやguard letを使用することで安全に行え、プログラムのクラッシュを防ぎます。
if let unwrappedName = name {
print("Name is \(unwrappedName)")
} else {
print("Name is nil")
}オプショナル型を使用することで、初期化時の安全性を確保し、予期しないエラーを防ぐことができます。
オプショナルイニシャライザの役割
オプショナルイニシャライザは、オブジェクトの初期化が必ずしも成功しない可能性がある場合に用いられる特別なイニシャライザです。通常のイニシャライザは、必ず値を返すことを前提としていますが、オプショナルイニシャライザは、初期化が失敗する可能性がある場合にnilを返すことで、安全に初期化を制御します。
オプショナルイニシャライザの目的
オプショナルイニシャライザの主な目的は、無効なデータや不適切なパラメータが渡されたときに、オブジェクトの初期化を失敗させることができる点にあります。これにより、意図しない状態でオブジェクトが生成されてしまうリスクを減らし、安全なコードを書くことができます。
class User {
var name: String
var age: Int
init?(name: String, age: Int) {
guard age > 0 else {
return nil
}
self.name = name
self.age = age
}
}上記の例では、ageが0以下である場合、オブジェクトの初期化は失敗し、nilが返されます。このように、オプショナルイニシャライザは、条件に合わない場合に初期化を中止する柔軟性を提供します。
オプショナルイニシャライザのメリット
オプショナルイニシャライザの最大の利点は、エラーハンドリングのシンプルさと明確さです。オプショナル型を返すことで、初期化の結果を安全に扱うことができ、プログラムのクラッシュを防ぐことができます。これにより、コードがより堅牢で保守しやすくなります。
オプショナルイニシャライザのシンタックス
オプショナルイニシャライザを使用する際のシンタックスは、通常のイニシャライザに?を付け加えることで実現します。これにより、初期化に失敗した場合にnilを返すことができるようになります。このシンタックスは非常に直感的で、条件付きでオブジェクトを生成する必要がある場合に便利です。
オプショナルイニシャライザの基本形
オプショナルイニシャライザは、以下のように宣言します。init?の後に条件を定義し、条件に合わない場合にnilを返します。
class Product {
var name: String
var price: Double
init?(name: String, price: Double) {
guard price >= 0 else {
return nil
}
self.name = name
self.price = price
}
}この例では、priceが0以上でない場合、Productの初期化は失敗し、nilが返されます。
オプショナルイニシャライザを使ったインスタンス化
オプショナルイニシャライザを使ったオブジェクトの生成は、以下のように行われます。イニシャライザの結果がオプショナル型で返されるため、アンラップが必要です。
if let product = Product(name: "Laptop", price: 1200) {
print("Product initialized: \(product.name)")
} else {
print("Failed to initialize product")
}このコードでは、Productが正しく初期化された場合はproductに値が入り、nilの場合は初期化が失敗したことが判定されます。
初期化の失敗を防ぐためのチェック
オプショナルイニシャライザを使うことで、値の検証を行い、安全な初期化を実現できます。初期化が失敗する場合、nilが返されるため、プログラムの安全性が高まります。このような失敗可能な初期化は、意図しないオブジェクト生成を防ぐために重要です。
失敗可能なイニシャライザとは
失敗可能なイニシャライザ（Failable Initializer）は、初期化が失敗する可能性がある場合に使用される特別なイニシャライザです。これは、オブジェクトが特定の条件を満たさない場合や、入力値が無効な場合にnilを返すことで、安全にオブジェクトの生成を中止します。失敗可能なイニシャライザは、プログラムの信頼性を高め、エラー処理を簡素化するために重要です。
失敗可能なイニシャライザの基本概念
失敗可能なイニシャライザは、通常のイニシャライザに対して、失敗した際にnilを返すことができる点が異なります。このようにすることで、無効なデータやエラー状態に対しても安全に処理を行うことができます。例えば、値が条件を満たしていない場合やリソースの初期化に失敗した場合などに適用されます。
class Car {
var brand: String
var year: Int
init?(brand: String, year: Int) {
guard year > 1885 else {
return nil
}
self.brand = brand
self.year = year
}
}この例では、yearが自動車が発明された1885年よりも前である場合、初期化が失敗し、nilが返されます。
使用場面と利点
失敗可能なイニシャライザは、オブジェクトの初期化が条件付きである場合に最適です。無効な入力や処理の失敗を検出し、誤ったオブジェクト生成を防ぐことができます。これにより、後続の処理が安定し、意図しない動作やクラッシュを回避することが可能です。
典型的な使用例
- 入力データが無効な場合（例：範囲外の値）
- 必須リソースが見つからない場合（例：ファイルが存在しない）
- 特定の条件を満たさない場合（例：年齢制限）
if let car = Car(brand: "Ford", year: 2020) {
print("Car initialized: \(car.brand), \(car.year)")
} else {
print("Failed to initialize car")
}このコードでは、Carクラスの初期化が成功すればcarオブジェクトが生成され、失敗すればnilが返されるため、エラー処理が容易になります。
オプショナル型との連携
失敗可能なイニシャライザは、オプショナル型を返すため、if letやguard letと組み合わせることで、安全に初期化結果を確認し、エラーを処理できます。このような構造により、コードの安全性と明確さが向上します。
nilを返す場面
オプショナルイニシャライザを使用する際、初期化が失敗した場合にnilを返すことができます。これは、プログラム内で無効なデータや不正な状態を検出した際に、意図しないオブジェクト生成を防ぐために重要な役割を果たします。nilが返されることで、開発者は初期化の成否を簡単に確認でき、適切なエラーハンドリングが可能となります。
典型的なnilを返すケース
nilを返す場面は、次のようなケースが代表的です。
1. 無効なデータ
入力値が不正または無効な場合、初期化が失敗し、nilを返します。例えば、年齢が負の値である場合や、製品の価格が負である場合は無効なデータと見なされ、nilが返されるのが一般的です。
class Person {
var name: String
var age: Int
init?(name: String, age: Int) {
guard age >= 0 else {
return nil
}
self.name = name
self.age = age
}
}
let person = Person(name: "John", age: -1) // nilが返されるこの例では、年齢が負の値であるため、Personクラスの初期化が失敗し、nilが返されます。
2. 必須リソースが存在しない
初期化時に必要な外部リソース（ファイル、データベース、APIレスポンスなど）が存在しない場合、初期化を続けることができず、nilが返されることがあります。
class FileReader {
var fileName: String
init?(fileName: String) {
let fileExists = checkFileExists(fileName) // 仮の関数
guard fileExists else {
return nil
}
self.fileName = fileName
}
}この例では、指定されたファイルが存在しない場合、初期化が失敗しnilが返されます。
3. 論理エラーの回避
アプリケーションロジック上で特定の条件を満たさない場合、オブジェクトを生成しないようにnilを返すことがあります。例えば、特定の値が許容範囲内に収まらない場合に発生します。
class Temperature {
var celsius: Double
init?(celsius: Double) {
guard celsius > -273.15 else { // 絶対零度以下は無効
return nil
}
self.celsius = celsius
}
}この例では、温度が物理的にあり得ない値（絶対零度以下）の場合にnilを返します。
nilを返すことで得られる安全性
nilを返すことで、プログラムの安全性と信頼性が大幅に向上します。これにより、不正なオブジェクトが生成されるリスクを回避し、後続のコードが予期しないエラーやクラッシュを引き起こすことを防ぎます。オプショナルイニシャライザを使うことで、初期化の成否を明確にし、より安全なプログラミングを実現できます。
guard文との組み合わせによる安全性向上
Swiftにおいて、guard文は安全なコードの実現に欠かせない構造です。特にオプショナルイニシャライザと組み合わせることで、初期化時の条件チェックを効果的に行い、コードの可読性と安全性を高めることができます。guard文を使用することで、初期化が失敗する可能性がある状況を明確にし、失敗した場合には早期に処理を中断してnilを返すことが可能です。
guard文の基本構造
guard文は条件が満たされない場合に早期に関数やメソッドの実行を中断させる構造です。これにより、エラー処理が非常に簡潔に行えるようになります。guard文を使うと、初期化時に条件が満たされているかどうかを明確に示すことができ、安全な初期化を実現します。
class User {
var username: String
var age: Int
init?(username: String, age: Int) {
guard !username.isEmpty else {
return nil
}
guard age >= 18 else {
return nil
}
self.username = username
self.age = age
}
}この例では、guard文を使ってユーザー名が空でないか、年齢が18歳以上であるかを確認し、条件に合わない場合はnilを返します。
guard文の利点
guard文を使用することで、コードの読みやすさが向上し、複数の条件をチェックする場合でも直感的に記述できます。特に、ネストした条件分岐を避けることができるため、コードのフローが分かりやすくなり、ミスが減る利点があります。
class Account {
var balance: Double
init?(initialBalance: Double) {
guard initialBalance >= 0 else {
return nil
}
self.balance = initialBalance
}
}このコードでは、initialBalanceが負の値でないかをguard文で確認し、無効な場合には初期化を中止しています。
guard文とオプショナルバインディング
guard文は、オプショナルバインディング（値のアンラップ）と組み合わせて使用することも可能です。これにより、オプショナル型の変数がnilでないことを確認し、安全にアンラップできます。guard letを使用することで、初期化時に確実に値が存在することを保証できます。
class Profile {
var name: String
var email: String
init?(name: String?, email: String?) {
guard let unwrappedName = name, let unwrappedEmail = email else {
return nil
}
self.name = unwrappedName
self.email = unwrappedEmail
}
}この例では、guard letを使ってnameとemailがnilでないことを確認し、nilであれば初期化を失敗させます。このように、オプショナルバインディングとguard文を組み合わせることで、安全な初期化が可能になります。
早期リターンによるエラー回避
guard文を使った早期リターンは、条件が満たされない場合に即座にnilを返すため、後続のコードが無効な状態で実行されることを防ぎます。これにより、エラーが早期に検出され、プログラムの信頼性が向上します。
guard文との組み合わせは、オプショナルイニシャライザをより強力で安全なものにし、条件が明確な初期化を実現する手段として非常に有効です。
オプショナルバインディングと初期化
Swiftのオプショナルバインディングは、オプショナル型の値を安全に取り出すための強力な手法です。オプショナルバインディングは、if letやguard letを使って、オプショナル型がnilでない場合にその値を安全にアンラップし、利用することができます。特に初期化時にオプショナルバインディングを使用することで、オブジェクトの安全な初期化が保証され、無効な状態でのオブジェクト生成を防ぐことができます。
if letによるオプショナルバインディング
if letは、オプショナル型がnilでない場合にその値をアンラップし、nilの場合には異なる処理を行うことができる条件分岐です。初期化時にif letを使用することで、オプショナルな値が存在するかどうかを簡単にチェックし、安全に初期化を進められます。
class UserProfile {
var username: String
var email: String
init?(username: String?, email: String?) {
if let unwrappedUsername = username, let unwrappedEmail = email {
self.username = unwrappedUsername
self.email = unwrappedEmail
} else {
return nil
}
}
}この例では、if letを使用してusernameとemailがnilでないことを確認し、安全に値をアンラップして初期化を進めています。もしどちらかの値がnilであれば、初期化は失敗し、nilを返します。
guard letによるオプショナルバインディング
guard letは、初期化時に条件が満たされない場合に早期に処理を終了するための便利な方法です。guard letを使用すると、条件がfalseの場合には初期化を中断し、nilを返すことで、無効なオブジェクトの生成を防ぎます。
class Product {
var name: String
var price: Double
init?(name: String?, price: Double?) {
guard let unwrappedName = name, let unwrappedPrice = price, unwrappedPrice >= 0 else {
return nil
}
self.name = unwrappedName
self.price = unwrappedPrice
}
}この例では、guard letを使ってnameとpriceがnilでないこと、さらに価格が0以上であることを確認しています。条件に合わない場合にはnilを返すため、初期化時に不正なデータが渡された場合でも安全に処理を終了できます。
オプショナルバインディングと初期化の安全性
オプショナルバインディングを使うことで、初期化時にオプショナル型の値を安全に取り出し、nilが渡された場合には適切に初期化を中断できるため、プログラムの信頼性が大幅に向上します。また、アンラップ後にその値が有効であることが保証されるため、後続の処理に対して安心して使用することができます。
初期化時のオプショナルバインディングは、特に外部から不確定なデータを受け取る場合や、オプショナルなデータが重要な役割を果たす場合に非常に有効です。これにより、安全かつ堅牢な初期化を行うことが可能となります。
アプリケーションでの実用例
オプショナルイニシャライザは、実際のアプリケーション開発において、データのバリデーションや外部リソースの読み込みなど、さまざまな状況で非常に役立ちます。特に、外部からの入力データやAPIレスポンスのように不確実なデータを扱う際に、安全で信頼性の高い初期化を行うためのツールとして活用されています。ここでは、オプショナルイニシャライザがどのように実際のプロジェクトで使われるか、具体的なシナリオを見ていきます。
ユーザーデータのバリデーション
アプリケーションでよくあるケースとして、ユーザー登録やログインフォームでのデータ入力があります。この場合、ユーザーが入力するデータは不完全であったり、不正な形式であることがあります。オプショナルイニシャライザを使ってデータのバリデーションを行い、安全な初期化を実現します。
class User {
var username: String
var email: String
init?(username: String?, email: String?) {
guard let unwrappedUsername = username, !unwrappedUsername.isEmpty,
let unwrappedEmail = email, unwrappedEmail.contains("@") else {
return nil
}
self.username = unwrappedUsername
self.email = unwrappedEmail
}
}この例では、usernameが空でないこと、emailが正しい形式であることを確認しています。もしこれらの条件が満たされない場合にはnilを返し、オブジェクトの生成が中止されます。これにより、不正なデータがアプリケーションに流れ込むのを防ぎます。
APIレスポンスの処理
外部のAPIからデータを受け取る場合、そのレスポンスが期待通りのデータ形式であるとは限りません。オプショナルイニシャライザを使用して、レスポンスのバリデーションを行い、必要なデータが欠けていないかを確認することができます。
class WeatherResponse {
var temperature: Double
var humidity: Double
init?(json: [String: Any]) {
guard let temperature = json["temperature"] as? Double,
let humidity = json["humidity"] as? Double else {
return nil
}
self.temperature = temperature
self.humidity = humidity
}
}このコードは、APIレスポンスが期待されるtemperatureとhumidityの値を持っているかを確認し、どちらかが欠けている場合には初期化が失敗します。これにより、欠陥のあるデータを扱うリスクを減らし、安全なデータ処理が可能になります。
ファイルの読み込みとデータ処理
ファイルの読み込みなど、外部リソースに依存する処理でも、オプショナルイニシャライザを使ってリソースの存在を確認し、安全に初期化を行うことができます。
class Configuration {
var settings: [String: Any]
init?(fileName: String) {
guard let filePath = Bundle.main.path(forResource: fileName, ofType: "json"),
let data = try? Data(contentsOf: URL(fileURLWithPath: filePath)),
let settings = try? JSONSerialization.jsonObject(with: data) as? [String: Any] else {
return nil
}
self.settings = settings
}
}この例では、指定されたファイルが存在し、正しいフォーマットで読み込まれた場合のみ、Configurationオブジェクトが生成されます。ファイルが存在しないか、データ形式が正しくない場合にはnilを返し、安全に初期化を中止します。
オプショナルイニシャライザを活用した安全なアプリケーション開発
これらの例から分かるように、オプショナルイニシャライザはデータのバリデーションや外部リソースの読み込み時に非常に有用です。オプショナルイニシャライザを活用することで、初期化に失敗する可能性を考慮し、エラーを早期に検出して適切に処理できるため、アプリケーション全体の信頼性が向上します。また、予期しないクラッシュを防ぎ、安全で堅牢なシステムを構築することができます。
パフォーマンスへの影響
オプショナルイニシャライザを使うことで、初期化の安全性が向上しますが、プログラムのパフォーマンスに与える影響についても考慮する必要があります。特に大規模なアプリケーションやリアルタイム性を求められるシステムでは、パフォーマンスの最適化が重要です。ここでは、オプショナルイニシャライザがパフォーマンスに与える影響と、その対策について詳しく見ていきます。
オプショナルのコスト
Swiftのオプショナル型は、通常の値かnilかを保持するため、メモリのオーバーヘッドが発生することがあります。ただし、このオーバーヘッドは非常に小さく、通常のプログラムで顕著なパフォーマンス問題を引き起こすことは稀です。
具体的には、オプショナル型は値とその有無を示す1ビットのフラグを保持するだけです。このため、1つのオプショナル変数が追加でメモリを消費するのは、数バイト程度です。大規模な配列やリソースを頻繁に初期化する場合でも、このオーバーヘッドがシステム全体に与える影響はほとんどありません。
オプショナルイニシャライザのパフォーマンス
オプショナルイニシャライザ自体は、条件をチェックし、失敗した場合にnilを返すというシンプルな処理です。条件式の評価やデータバリデーションが初期化の中で発生するため、複雑なロジックを持つイニシャライザであれば、多少の処理コストがかかります。しかし、一般的な範囲内であれば、これらの処理がパフォーマンスに大きな影響を与えることはありません。
例えば、以下のように複数の条件を検証する場合、条件分岐の回数が増えるため、若干の処理時間がかかる可能性があります。
class User {
var username: String
var age: Int
init?(username: String?, age: Int?) {
guard let name = username, !name.isEmpty,
let validAge = age, validAge >= 0 else {
return nil
}
self.username = name
self.age = validAge
}
}この例では、usernameの空文字チェックやageの範囲チェックが行われています。これらの条件が複雑になるほど、パフォーマンスへの影響もわずかに増大しますが、通常のアプリケーションでは問題にならないレベルです。
大量データの初期化とパフォーマンス
大量のデータを扱う場合、オプショナルイニシャライザの使用頻度が高まると、パフォーマンスが低下する可能性があります。たとえば、APIレスポンスから多数のデータオブジェクトを生成する際に、各オブジェクトの初期化でオプショナルイニシャライザを使用する場合、バリデーションや条件チェックのコストが積み重なります。
let usersData = [["username": "Alice", "age": 30], ["username": "Bob", "age": -1]]
let users = usersData.compactMap { data in
return User(username: data["username"] as? String, age: data["age"] as? Int)
}上記のコードでは、複数のユーザーデータに対してオプショナルイニシャライザが実行されます。大量のデータを処理する場合、初期化処理全体でわずかながらパフォーマンスに影響を及ぼす可能性があります。
パフォーマンスの最適化
オプショナルイニシャライザのパフォーマンスを改善するためには、以下のような最適化手法を検討することが有効です。
1. 必要最小限のバリデーション
初期化時に行う条件チェックは、最小限に抑えることが理想です。不要なバリデーションや、同じ条件の複数回チェックを避けることで、パフォーマンスの向上が期待できます。
2. 大量データ処理の分割
大量のデータを一度に初期化する場合、バッチ処理やデータの分割を行うことで、負荷を分散させることができます。これにより、オプショナルイニシャライザの条件チェックの頻度を抑え、全体の処理速度を改善できます。
3. プリコンパイルデータの使用
データバリデーションが予測可能であれば、初期化前にデータをあらかじめチェックしておくことが可能です。これにより、初期化時の負担を軽減し、プログラムの効率を高めることができます。
結論: パフォーマンスへの影響は小さいが注意が必要
オプショナルイニシャライザは、一般的にはパフォーマンスに大きな影響を与えることはありませんが、大規模なデータや複雑な初期化処理では、わずかに影響が出ることがあります。しかし、最適化手法を取り入れることで、パフォーマンスへの影響を最小限に抑え、安全で信頼性の高い初期化が可能となります。
演習問題: オプショナルイニシャライザを実装してみよう
ここでは、実際にオプショナルイニシャライザを使ったコードを実装し、理解を深めるための演習問題を行います。これまで学んだ知識を基に、オプショナルイニシャライザを活用して安全な初期化を行い、特定の条件下で失敗する初期化を処理できるようにしましょう。
問題1: 商品の価格チェック
商品クラスを作成し、商品名と価格を初期化するイニシャライザを実装してください。価格が0未満の場合は初期化に失敗し、nilを返すようにしてください。
class Product {
var name: String
var price: Double
init?(name: String, price: Double) {
guard price >= 0 else {
return nil
}
self.name = name
self.price = price
}
}チャレンジ
Productクラスを使って複数のインスタンスを作成し、価格が不正な場合に正しくnilが返されるか確認してください。
let validProduct = Product(name: "Laptop", price: 1500)
let invalidProduct = Product(name: "Laptop", price: -500)
if let product = validProduct {
print("Product initialized: \(product.name), \(product.price)")
} else {
print("Failed to initialize product")
}
if let product = invalidProduct {
print("Product initialized: \(product.name), \(product.price)")
} else {
print("Failed to initialize product")
}問題2: ユーザープロファイルの初期化
次に、UserProfileクラスを作成し、ユーザー名と年齢を持つプロファイルを初期化するイニシャライザを実装してください。ユーザー名が空文字、または年齢が0未満の場合は、nilを返すようにしてください。
class UserProfile {
var username: String
var age: Int
init?(username: String, age: Int) {
guard !username.isEmpty, age >= 0 else {
return nil
}
self.username = username
self.age = age
}
}チャレンジ
- ユーザープロファイルを作成し、条件が満たされていない場合に
nilが返されることを確認してください。
let validUser = UserProfile(username: "JohnDoe", age: 30)
let invalidUser = UserProfile(username: "", age: -5)
if let user = validUser {
print("User initialized: \(user.username), \(user.age)")
} else {
print("Failed to initialize user")
}
if let user = invalidUser {
print("User initialized: \(user.username), \(user.age)")
} else {
print("Failed to initialize user")
}問題3: APIレスポンスのデータ検証
最後に、APIからのデータを基に、ユーザーオブジェクトを初期化するクラスを作成してください。jsonとして渡される辞書形式のデータを使って初期化しますが、usernameとageが正しい形式で存在しない場合はnilを返すようにします。
class APIUser {
var username: String
var age: Int
init?(json: [String: Any]) {
guard let username = json["username"] as? String, !username.isEmpty,
let age = json["age"] as? Int, age >= 0 else {
return nil
}
self.username = username
self.age = age
}
}チャレンジ
- 辞書形式のデータを使い、正しいレスポンスと不正なレスポンスのそれぞれを処理できることを確認してください。
let validData = ["username": "Alice", "age": 25]
let invalidData = ["username": "", "age": -3]
if let user = APIUser(json: validData) {
print("User initialized: \(user.username), \(user.age)")
} else {
print("Failed to initialize user")
}
if let user = APIUser(json: invalidData) {
print("User initialized: \(user.username), \(user.age)")
} else {
print("Failed to initialize user")
}演習のまとめ
これらの演習問題を通して、オプショナルイニシャライザを使った安全な初期化の方法や、条件によってnilを返す場面を具体的に学ぶことができました。特に、現実のアプリケーションでは、ユーザー入力や外部データのバリデーションが欠かせないため、この手法は非常に実用的です。
まとめ
本記事では、Swiftにおけるオプショナルイニシャライザを活用した安全な初期化方法について解説しました。オプショナルイニシャライザを使うことで、無効なデータや不正な入力に対してnilを返し、プログラムの信頼性を向上させることができます。また、guard文やオプショナルバインディングを組み合わせることで、コードの可読性と安全性を高めることができました。実際のアプリケーションでも、データのバリデーションや外部リソースの読み込みに役立つため、活用することでより堅牢なプログラムを構築できるでしょう。
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