Swiftの「stored properties」と「computed properties」の違いと使い分け方法を徹底解説

Swiftには、プログラムの中で値を保持・操作するために「プロパティ」という概念が存在します。プロパティは、クラスや構造体に関連付けられ、オブジェクトが持つデータや状態を管理します。その中でも「stored properties」と「computed properties」の2種類が重要です。Stored propertiesは、変数や定数の形で値を保存するのに対して、Computed propertiesは実際には値を保持せず、必要に応じて計算して値を返すものです。本記事では、これら2つのプロパティの違いや、使い分け方法を具体例を交えながら詳しく解説します。Swiftでのプロパティ活用の基礎を理解し、開発の質を向上させましょう。

Stored Propertiesとは

Stored propertiesは、クラスや構造体のインスタンスごとに値を保持するプロパティのことを指します。varまたはletキーワードを用いて定義され、インスタンスの生成時にその値がメモリに格納されます。このプロパティは、固定されたデータや変更可能なデータを保持するため、非常に直感的でシンプルな構造となっています。

定義方法

Stored propertiesは以下のように定義されます：

struct Person {
    var name: String
    let birthYear: Int
}

この例では、nameはvarで定義されているため後から変更可能ですが、birthYearはletで定義されているため、一度設定されたら変更することはできません。

使用場面

Stored propertiesは、クラスや構造体のインスタンスが保持すべき固有のデータを保存する際に用いられます。例えば、ユーザーの名前や年齢、商品価格など、変更が少なく、状態として保持したいデータに最適です。

Computed Propertiesとは

Computed propertiesは、値を保持せず、プロパティの値がアクセスされるたびに計算を行って結果を返すプロパティです。実際のデータは保持しませんが、内部で他のstored propertiesや計算処理に基づいて動的に値を返します。これにより、コードの柔軟性や効率が向上し、計算結果を必要に応じて取得できるというメリットがあります。

定義方法

Computed propertiesは、getブロックを使って値を計算し、必要に応じてsetブロックを使って逆に値を変更できるようにすることも可能です。以下は基本的な定義例です：

struct Rectangle {
    var width: Double
    var height: Double

    var area: Double {
        return width * height
    }
}

この例では、areaはcomputed propertyであり、widthとheightの値を基に計算されますが、実際には面積という値を保持していません。

使用場面

Computed propertiesは、プロパティの値を動的に計算したい場合に使用されます。例えば、ユーザーのフルネームを名と姓の組み合わせから動的に生成する場合や、特定のプロパティに基づいた計算結果をリアルタイムに反映させたい場合に効果的です。また、データが頻繁に変わる場面でのパフォーマンス向上にも寄与します。

Stored Propertiesのメリットとデメリット

Stored propertiesは、プログラム内で頻繁に使用されるプロパティですが、利点と欠点が存在します。これらを理解することで、適切に活用できるようになります。

メリット

1. シンプルで理解しやすい
   Stored propertiesは、変数や定数として実際に値を保持するため、その仕組みは非常に直感的でわかりやすいです。開発者はデータが明確にどこに保存されているのかを把握できるため、コードの読みやすさが向上します。
2. アクセスが高速
   値はメモリに保存されているため、プロパティにアクセスする際に即座に値を取得できます。計算が不要な分、読み出しが速いという利点があります。
3. 値を変更できる
   varを使って定義したstored propertiesは、後から値を変更可能で、データの更新が容易に行えます。状態の変化を保存しておきたい場合には非常に便利です。

デメリット

1. メモリ使用量の増加
   インスタンスごとに値が保持されるため、stored propertiesが多くなるとメモリの使用量が増加します。特に、大量のデータを保持する場合や多くのインスタンスを生成するアプリケーションでは、メモリ効率が問題となる可能性があります。
2. 複雑なデータ処理には向かない
   計算された値を必要とする状況では、stored propertiesはあまり適していません。値が単純に保存されるため、動的に計算されたデータが必要な場面では、手動で処理を行う必要があります。
3. 初期化が必要
   stored propertiesは、インスタンスの生成時に必ず初期化する必要があります。初期値が不要な場合でも、Swiftの仕様上、初期化を省略することはできません。

Computed Propertiesのメリットとデメリット

Computed propertiesは、値を保持せずに必要なときに計算して値を返す機能を持つプロパティですが、これにもいくつかの利点と欠点があります。これらの特徴を理解することで、より効率的なコーディングが可能となります。

メリット

1. メモリ効率の向上
   Computed propertiesは、実際に値を保持せず、必要な時に計算を行うため、大量のデータを保存する必要がありません。これにより、メモリの節約が可能となり、メモリ負荷の軽減に貢献します。
2. 動的に値を取得できる
   値をリアルタイムで計算するため、状況に応じた最新の値を返すことができます。例えば、他のプロパティの値が変わると、それに基づいてcomputed propertyの値も自動的に更新されます。
3. 複雑な計算や処理が可能
   計算式やロジックを柔軟に実装できるため、複数のstored propertiesを組み合わせて、動的に計算された値を取得する際に非常に有用です。これにより、コードの再利用性や保守性も向上します。

デメリット

1. アクセス時のコスト増加
   値を保持せず、毎回計算を行うため、頻繁にアクセスするとそのたびに計算コストがかかります。特に複雑な計算を伴う場合や多くのオブジェクトが同時にアクセスする場合、パフォーマンスの低下が懸念されます。
2. 副作用のリスク
   計算処理の中で他のプロパティや外部の状態に依存している場合、意図しない副作用が生じる可能性があります。計算内容が他の部分に依存していると、バグの原因になりやすく、デバッグが難しくなる場合があります。
3. 変更不可のプロパティには適さない
   Computed propertiesは通常、値をリアルタイムで計算して返しますが、基本的に値を保持しないため、特定の値を保持し続ける必要があるプロパティには適していません。また、setを持たないプロパティは読み取り専用になり、更新できないため柔軟性が制限される場合があります。

用途別の使い分け方法

Stored propertiesとComputed propertiesは、それぞれ異なる特徴を持っているため、用途に応じて適切に使い分けることが重要です。ここでは、具体的なシチュエーションに応じた使い分け方法を解説します。

固定値が必要な場合: Stored Propertiesを使用

例えば、ユーザーの名前やID、商品価格など、値が一度設定されたらあまり変更されない情報には、stored propertiesが最適です。これらはメモリに保存され、すぐにアクセスできるため、頻繁な読み書きに向いています。

struct Product {
    var name: String
    let price: Double
}

このように、一度決めた値が維持される場面ではstored propertiesを使うことで、プログラムの効率が向上します。

動的に計算が必要な場合: Computed Propertiesを使用

逆に、複数の値をもとに計算されるデータが必要な場合は、computed propertiesが役立ちます。例えば、複数のプロパティから導き出される値（合計値や面積など）を常に最新の状態で取得したい場合、computed propertiesを使用するのが適切です。

struct Rectangle {
    var width: Double
    var height: Double

    var area: Double {
        return width * height
    }
}

このように、値をその都度計算する必要がある場合にはcomputed propertiesを使うことで、最新のデータを常に取得することができます。

パフォーマンスが重要な場合: Stored Propertiesを優先

頻繁にアクセスされるプロパティで、特に複雑な計算を伴わない場合は、stored propertiesを使用する方が効率的です。computed propertiesは毎回計算が発生するため、処理が重くなる場合があります。頻繁なアクセスやパフォーマンスが重要視される場合は、stored propertiesを使うべきです。

状態が変化するデータに柔軟さが必要な場合: Computed Propertiesを使用

データの状態が頻繁に変わる場合には、computed propertiesが便利です。これにより、データの変更に合わせてプロパティの計算結果もリアルタイムで更新され、コード全体の一貫性が保たれます。例えば、ユーザーの現在の年齢を計算する場合、birthYearと現在の日付に基づいて動的に年齢を計算するcomputed propertyが役立ちます。

struct Person {
    var birthYear: Int

    var age: Int {
        let currentYear = Calendar.current.component(.year, from: Date())
        return currentYear - birthYear
    }
}

このように、柔軟な処理が必要な場合には、computed propertiesを活用するのが効果的です。

実例：Stored Propertiesの使い方

Stored propertiesは、値を保持するための基本的なプロパティであり、頻繁に利用される機能です。ここでは、実際のコード例を通じて、その使い方を説明します。

基本的なStored Propertiesの定義

以下の例では、Carという構造体を使って、車のモデル名と走行距離をstored propertiesとして定義しています。

struct Car {
    var model: String
    var mileage: Int
}

この構造体では、modelは車のモデル名を、mileageは車の走行距離を保持しています。stored propertiesなので、これらのプロパティは実際に値を保存し、インスタンスごとに異なるデータを保持します。

Stored Propertiesの初期化

stored propertiesを持つ構造体やクラスは、インスタンスの作成時にプロパティを初期化する必要があります。以下は、Car構造体のインスタンスを生成し、modelとmileageの値を初期化する例です。

let myCar = Car(model: "Toyota Prius", mileage: 20000)
print("Car model: \(myCar.model), Mileage: \(myCar.mileage)")

このコードでは、myCarというインスタンスが作成され、modelに「Toyota Prius」、mileageに20,000という値が設定されています。stored propertiesは、オブジェクトがメモリに格納されるため、値が保持され、アクセスするたびに同じ値を返します。

変更可能なStored Properties

varで定義されたstored propertiesは後から値を変更することができます。次の例では、走行距離を後から更新するシナリオを示します。

var myCar = Car(model: "Toyota Prius", mileage: 20000)
myCar.mileage = 25000
print("Updated mileage: \(myCar.mileage)")

このように、stored propertiesは、インスタンスが保持するデータを後から変更することができるため、アプリケーションの状態を柔軟に管理できます。

固定値を持つStored Properties

letを使ってstored propertiesを定義すると、そのプロパティは不変となり、一度設定された値を変更することはできません。例えば、車の製造年など、変更する必要がない値にはletを使用します。

struct Car {
    let model: String
    let year: Int
}

let myCar = Car(model: "Honda Civic", year: 2018)
// myCar.year = 2020  // これはエラーになります

この例では、yearは変更できないため、インスタンスが生成された後にyearの値を変更しようとするとエラーが発生します。このように、変更が不要なデータにはletを使うことで、データの整合性を保つことができます。

Stored propertiesは、データを保持し、インスタンスの状態を簡単に管理するための基本的な機能であり、さまざまな場面で利用されます。

実例：Computed Propertiesの使い方

Computed propertiesは、実際には値を保持せず、必要に応じて動的に計算して値を返すプロパティです。これにより、より柔軟な処理が可能となります。ここでは、具体的なコード例を通してcomputed propertiesの使い方を解説します。

基本的なComputed Propertiesの定義

以下の例では、Rectangleという構造体を使って、widthとheightの値に基づいて動的に面積を計算するcomputed propertyを定義しています。

struct Rectangle {
    var width: Double
    var height: Double

    var area: Double {
        return width * height
    }
}

このコードでは、areaは実際にメモリに格納されている値ではなく、アクセスされるたびにwidthとheightを掛け合わせて動的に計算されます。

let rect = Rectangle(width: 5.0, height: 10.0)
print("Area: \(rect.area)")  // 出力: Area: 50.0

このように、areaはプロパティにアクセスするたびに計算され、widthやheightの変更に即座に対応できます。

Setterを伴うComputed Properties

Computed propertiesにはgetだけでなく、setを用いて値を逆に設定することも可能です。次の例では、四角形の周囲の長さを基にwidthを調整するsetを持つcomputed propertyを定義しています。

struct Rectangle {
    var width: Double
    var height: Double

    var area: Double {
        get {
            return width * height
        }
        set(newArea) {
            width = newArea / height
        }
    }
}

このコードでは、areaに新しい値を設定すると、widthがその値に基づいて計算され、更新されます。

var rect = Rectangle(width: 5.0, height: 10.0)
rect.area = 100.0
print("New width: \(rect.width)")  // 出力: New width: 10.0

このように、computed propertiesは値の取得だけでなく、設定に基づいて他のプロパティを動的に変更することも可能です。

条件付き計算を行うComputed Properties

Computed propertiesは、条件に応じて異なる値を返すようなロジックを実装することもできます。例えば、次の例では、三角形の高さに応じて異なる値を計算するプロパティを持つ構造体です。

struct Triangle {
    var base: Double
    var height: Double

    var isTall: Bool {
        return height > base
    }
}

このコードでは、isTallがcomputed propertyとして定義され、高さが底辺より大きければtrueを、そうでなければfalseを返します。

let triangle = Triangle(base: 5.0, height: 8.0)
print("Is triangle tall? \(triangle.isTall)")  // 出力: Is triangle tall? true

このように、条件に基づいてプロパティの値を動的に返すこともcomputed propertiesの強力な特徴です。

まとめ

Computed propertiesは、単に値を保持するのではなく、動的に計算する必要がある場合に非常に役立ちます。複数のプロパティを基にした値の計算や、特定の条件に応じた動的な返り値を実装でき、柔軟で効率的なコードを作成することが可能です。また、getとsetを組み合わせることで、双方向のプロパティ操作も実現できます。

パフォーマンスへの影響

Stored propertiesとComputed propertiesはそれぞれ異なる性能特性を持っており、使用する場面によってアプリケーションのパフォーマンスに影響を与えることがあります。以下に、これらのプロパティがパフォーマンスに与える影響を詳しく説明します。

Stored Propertiesのパフォーマンス

Stored propertiesは、値をメモリに直接保存するため、アクセスが非常に高速です。具体的なメリットは以下の通りです：

1. 迅速なアクセス
   stored propertiesは既にメモリに保存されているため、プロパティにアクセスする際の計算コストがありません。これにより、大量のデータを頻繁に読み書きする場合、パフォーマンスが向上します。
2. シンプルな初期化
   一度初期化すれば、その後の変更も容易で、インスタンスの状態を簡単に保持できます。特に、オブジェクト指向プログラミングにおいては、状態管理がシンプルになります。
3. メモリ使用量の管理
   固定された数のプロパティを持つインスタンスは、そのメモリ使用量が明確です。必要なデータを持つインスタンスを生成することで、効率的なメモリ管理が可能になります。

Computed Propertiesのパフォーマンス

一方で、Computed propertiesは計算に時間がかかる場合があり、その結果、パフォーマンスに影響を及ぼすことがあります：

1. 計算コストの増加
   Computed propertiesはアクセスのたびに値を計算するため、頻繁にアクセスされる場合、パフォーマンスが低下する可能性があります。特に、計算が複雑であったり、他のプロパティに依存する場合は、その影響が顕著です。
2. 条件付きロジックの実行
   プロパティが複雑な条件やループを含む場合、計算にかかる時間がさらに増加します。これにより、パフォーマンスが大きく影響を受けることがあります。
3. キャッシュの利用が難しい
   Computed propertiesは、通常、計算結果を保持しないため、再利用のためのキャッシュを活用することができません。結果として、同じ計算が何度も繰り返されることになり、効率が悪化します。

使い分けによるパフォーマンス最適化

アプリケーションのパフォーマンスを最大化するためには、状況に応じてstored propertiesとcomputed propertiesを使い分けることが重要です。

• 頻繁にアクセスされるデータには、stored propertiesを使用して、高速な読み書きを実現します。
• 計算が複雑で、データが変化する可能性が高い場合には、computed propertiesを利用し、常に最新の値を取得できるようにします。
• 特に、計算が重い処理や、頻繁に使用する値については、必要に応じて計算結果をキャッシュする仕組みを導入することも考慮すべきです。

まとめ

Stored propertiesとComputed propertiesは、それぞれ異なるパフォーマンス特性を持っています。状況に応じて適切に使い分けることで、アプリケーションの効率性を向上させることができます。パフォーマンスを最適化するためには、データの使用頻度や計算の複雑さに基づいて、どちらのプロパティを使用するかを慎重に判断することが重要です。

演習問題：プロパティの実装練習

このセクションでは、stored propertiesとcomputed propertiesを使った実装練習を行います。以下の問題に取り組むことで、プロパティの使い方をさらに深く理解することができます。

演習問題1: Stored Propertiesの定義

次の要件を満たすBookという構造体を定義してください。

• タイトル（title）: 文字列型
• 著者名（author）: 文字列型
• 発行年（yearPublished）: 整数型
• ページ数（numberOfPages）: 整数型

さらに、構造体のインスタンスを作成し、各プロパティの値を表示するコードも書いてください。

演習問題2: Computed Propertiesの実装

次の要件を満たすCircleという構造体を定義してください。

• 半径（radius）: 浮動小数点型
• 面積（area）: computed propertyとして、半径に基づいて計算される（π × 半径 × 半径）。

また、面積を計算して表示するコードも追加してください。

演習問題3: 値の変更による影響を確認する

Rectangle構造体を使用して、次の要件を満たすコードを作成してください。

• 幅（width）と高さ（height）を持つstored propertiesを定義します。
• 面積（area）をcomputed propertyとして定義し、幅または高さが変更された場合に面積がどのように変化するかを確認するコードを作成します。

演習問題4: Setterを持つComputed Propertyの実装

Personという構造体を作成し、次の要件を満たしてください。

• 名前（name）: 文字列型
• 生年（birthYear）: 整数型
• 年齢（age）: computed propertyとして定義し、setを使って年齢が変更されると生年も自動で計算されるようにしてください。

演習問題の解答例

問題を解いた後に、以下のような解答例を参考にしてみてください。

演習問題1の解答例:

struct Book {
    var title: String
    var author: String
    var yearPublished: Int
    var numberOfPages: Int
}

let myBook = Book(title: "Swift Programming", author: "John Doe", yearPublished: 2022, numberOfPages: 350)
print("Title: \(myBook.title), Author: \(myBook.author), Year: \(myBook.yearPublished), Pages: \(myBook.numberOfPages)")

演習問題2の解答例:

struct Circle {
    var radius: Double

    var area: Double {
        return Double.pi * radius * radius
    }
}

let myCircle = Circle(radius: 5.0)
print("Area of the circle: \(myCircle.area)")

演習問題3の解答例:

struct Rectangle {
    var width: Double
    var height: Double

    var area: Double {
        return width * height
    }
}

var myRectangle = Rectangle(width: 5.0, height: 10.0)
print("Area: \(myRectangle.area)")  // 出力: Area: 50.0

myRectangle.width = 10.0
print("New Area after width change: \(myRectangle.area)")  // 出力: New Area after width change: 100.0

演習問題4の解答例:

struct Person {
    var name: String
    var birthYear: Int

    var age: Int {
        get {
            let currentYear = Calendar.current.component(.year, from: Date())
            return currentYear - birthYear
        }
        set {
            birthYear = Calendar.current.component(.year, from: Date()) - newValue
        }
    }
}

var person = Person(name: "Alice", birthYear: 1990)
print("Age: \(person.age)")  // 現在の年齢を表示
person.age = 30  // 年齢を設定
print("New Birth Year: \(person.birthYear)")  // 更新された生年を表示

これらの演習を通じて、stored propertiesとcomputed propertiesの理解を深め、実際のアプリケーション開発に役立ててください。

よくあるエラーと対策

Stored propertiesとComputed propertiesを使用する際には、いくつかの一般的なエラーや問題が発生することがあります。以下では、これらのエラーとその対策について詳しく説明します。

エラー1: プロパティの初期化エラー

Stored propertiesを持つクラスや構造体では、必ず初期化を行う必要があります。もし初期化を行わなかった場合、以下のようなエラーが発生します。

struct Book {
    var title: String
    var author: String
}

let myBook = Book()  // エラー: 'title' and 'author' must be initialized

対策:
すべてのstored propertiesに初期値を設定するか、初期化子（イニシャライザ）を定義して初期化を行いましょう。

struct Book {
    var title: String
    var author: String

    init(title: String, author: String) {
        self.title = title
        self.author = author
    }
}

let myBook = Book(title: "Swift Programming", author: "John Doe")

エラー2: 不適切な値の設定

letを使って定義したstored propertiesは変更不可です。変更しようとすると、以下のようなエラーが発生します。

struct Car {
    let model: String
}

var myCar = Car(model: "Honda")
myCar.model = "Toyota"  // エラー: Cannot assign to property: 'model' is immutable

対策:
変更が必要な場合は、varを使用して定義するか、letを使用する場合は、新しいインスタンスを作成する方法を検討してください。

エラー3: Infinite Recursion（無限再帰）

Computed propertiesのgetとsetを実装する際に、自己参照を行うと無限再帰エラーが発生します。

struct Circle {
    var radius: Double

    var area: Double {
        return radius * radius * Double.pi
    }

    var radius: Double {
        get {
            return area / (Double.pi * radius)  // エラー: 無限再帰
        }
    }
}

対策:
プロパティの依存関係を明確にし、自己参照しないように実装します。適切なプロパティを利用して計算を行うようにしましょう。

struct Circle {
    var radius: Double

    var area: Double {
        return radius * radius * Double.pi
    }

    // radiusのsetterは必要ない場合が多い
}

エラー4: 変数の型ミスマッチ

プロパティに不適切な型の値を設定しようとすると、コンパイルエラーが発生します。

struct Person {
    var age: Int
}

var person = Person(age: 30)
person.age = "30"  // エラー: Cannot assign value of type 'String' to type 'Int'

対策:
正しい型の値を使用するように注意しましょう。型が異なる場合は、必要に応じて変換を行います。

エラー5: 不適切なスコープの使用

プロパティにアクセスする際に、適切なスコープでない場合、エラーが発生することがあります。

struct Book {
    var title: String

    func printTitle() {
        print("Title: \(title)")  // 正常にアクセスできる
    }
}

let myBook = Book(title: "Swift Programming")
myBook.printTitle()

対策:
関数内でselfキーワードを使用することで、インスタンスのプロパティにアクセスできます。関数が非静的であれば、selfを使う必要はありませんが、静的メソッドでは注意が必要です。

struct Book {
    var title: String

    static func printStaticTitle() {
        // print("Title: \(title)")  // エラー: Static member 'title' cannot be used on instance of type 'Book'
    }
}

まとめ

これらの一般的なエラーを理解し、対策を講じることで、Swiftのstored propertiesとcomputed propertiesを効果的に使用できるようになります。エラーメッセージに注意を払い、正しいプロパティの定義と使用方法を守ることが、安定したコードの作成に繋がります。

まとめ

本記事では、Swiftにおけるstored propertiesとcomputed propertiesの違いや使い分けについて詳しく解説しました。これらのプロパティは、データを管理し、アプリケーションの効率を向上させるための重要な要素です。

• Stored Propertiesは、オブジェクトの状態を保持するために使用され、値を直接メモリに保存します。これにより、高速なアクセスが可能で、変更が簡単です。一方で、メモリ使用量が増える可能性や、初期化が必須である点がデメリットです。
• Computed Propertiesは、値を保持せず、必要に応じて計算を行って結果を返します。この柔軟性により、リアルタイムのデータ処理が可能となりますが、計算コストがかかるため、頻繁なアクセスには注意が必要です。
• 使用場面によっては、パフォーマンスへの影響が異なるため、適切なプロパティを選択することが重要です。固定されたデータにはstored propertiesを、動的に計算される値にはcomputed propertiesを選ぶことで、効率的なコーディングが実現できます。
• また、よくあるエラーやその対策を理解することで、Swiftのプロパティをより効果的に使用できるようになります。

これらの知識を活用し、Swiftでのプログラミングをさらにスムーズに行い、アプリケーションの品質を向上させましょう。