KotlinでTDDを活用して例外処理を確認する方法を徹底解説

KotlinでTDD（テスト駆動開発）を活用して例外処理の動作を確認することは、バグを早期に発見し、堅牢なアプリケーションを構築するために非常に有効です。TDDは「テストを先に書き、その後コードを書く」という手法であり、特に例外処理のようなエラーが発生しやすい部分には有効です。

KotlinはJavaと互換性がありながら、より簡潔な構文や豊富な機能を提供するモダンなプログラミング言語です。これにより、TDDを効率的に実施し、例外処理の動作を体系的に検証することが可能になります。本記事では、TDDの基本概念からKotlinでの例外処理テストの具体的な手順、よくあるエラーやその対策までを徹底的に解説します。

この記事を通じて、TDDを用いた例外処理の確認方法を習得し、Kotlinアプリケーションの品質向上を図りましょう。

TDDの基本概念とKotlinにおけるメリット

TDDとは何か

TDD（テスト駆動開発）は、テストを書いてからコードを書き始める開発手法です。具体的には、次の3つのステップを繰り返します。

テストを作成：動作の期待値を定義するテストを書きます。
コードを書く：テストをパスするための最小限のコードを書きます。
リファクタリング：コードを整理し、品質を改善します。

TDDは、開発の初期段階で問題を発見しやすくするため、バグの修正コストを低減し、信頼性の高いコードを生み出します。

KotlinでTDDを行うメリット

KotlinでTDDを実践することで、次のようなメリットが得られます。

シンプルで読みやすい構文
Kotlinは冗長なコードが少なく、シンプルな構文でテストコードを記述できます。これにより、テストケースが理解しやすくなります。
強力なnull安全性
Kotlinはnull安全性をサポートしているため、NullPointerException（NPE）のリスクを減らし、テストの信頼性を向上させます。
高い生産性
KotlinはJavaと完全互換であり、既存のJavaライブラリやフレームワークを活用できます。さらに、JetBrainsのIDEサポートにより、TDDの効率が向上します。
拡張関数やデータクラス
Kotlinの拡張関数やデータクラスを活用することで、テストコードが簡潔になります。

例外処理におけるTDDの利点

TDDは例外処理の確認に最適です。事前にエラーケースや異常な入力を考慮したテストを書くことで、例外処理が正しく動作するかを確認し、予期しないクラッシュを防げます。

KotlinのTDDを通じて、バグの早期発見、堅牢なコード、保守性の向上を実現し、アプリケーションの品質を高めましょう。

例外処理とは何か

例外処理の基本概念

例外処理とは、プログラムの実行中に予期しないエラーや問題が発生した際に、適切に対処するための仕組みです。エラーが発生した場合、そのままにしておくとプログラムがクラッシュすることがありますが、例外処理を実装することで、エラーを検出し、安全に処理できます。

Kotlinでは、例外処理にtry-catchブロックを使用し、エラーが発生したときの動作を定義します。

例外処理の基本構文

Kotlinにおける基本的な例外処理の構文は以下のとおりです。

try {
    // 例外が発生する可能性があるコード
} catch (e: Exception) {
    // 例外が発生した場合の処理
} finally {
    // 必ず実行される処理（オプション）
}

例えば、数値を0で割る操作を行うと例外が発生します。以下はその例です。

fun divide(a: Int, b: Int): Int {
    return try {
        a / b
    } catch (e: ArithmeticException) {
        println("エラー: ${e.message}")
        0
    }
}

例外処理が重要な理由

アプリケーションの安定性向上
例外処理を適切に行うことで、アプリケーションの予期しないクラッシュを防げます。
エラー原因の特定
エラー発生時に適切なログやメッセージを出力することで、原因を迅速に特定できます。
ユーザー体験の向上
例外が発生してもアプリが正常に動作し続けることで、ユーザーの信頼を保つことができます。

よくある例外の種類

Kotlinで頻出する例外には次のようなものがあります。

NullPointerException：null値にアクセスしたときに発生。
IllegalArgumentException：不正な引数が渡されたときに発生。
ArithmeticException：数値演算エラー（例：0で割り算）で発生。
IndexOutOfBoundsException：配列やリストのインデックスが範囲外のときに発生。

例外処理を適切に設計し、TDDを活用することで、これらのエラーを事前にテストし、信頼性の高いコードを構築できます。

KotlinでTDDを始めるための準備

必要なツールと環境設定

KotlinでTDDを行うには、いくつかのツールや環境設定が必要です。以下は、KotlinでTDDを始めるための基本的な準備手順です。

1. 開発環境のセットアップ

Kotlin開発のためには、以下のIDEが推奨されます。

IntelliJ IDEA：JetBrainsが開発したKotlin公式のIDEです。Community版で十分にKotlinのTDDを行えます。
Android Studio：Androidアプリ開発の場合、Android Studioが最適です。Kotlinサポートが標準で組み込まれています。

インストール後、Kotlinプラグインが有効になっていることを確認しましょう。

2. Gradleの設定

プロジェクトのビルドツールとしてGradleを使用します。以下のようにbuild.gradle.ktsにKotlinとテスト用の依存関係を追加します。

plugins {
    kotlin("jvm") version "1.9.0"
}

dependencies {
    testImplementation(kotlin("test"))
    testImplementation("org.junit.jupiter:junit-jupiter:5.9.0")
}

Gradleを使うことで、テストライブラリの管理やビルドが簡単になります。

3. テストフレームワークの導入

KotlinのTDDでよく使われるテストフレームワークは以下です。

JUnit：最も広く使用されているJava/Kotlin向けのテストフレームワーク。JUnit 5を推奨します。
Kotest：Kotlinに特化したテストフレームワークで、シンプルで読みやすいテストが書けます。
MockK：モック作成に特化したKotlin用ライブラリです。

4. プロジェクト構造

一般的なKotlinプロジェクトのディレクトリ構造は以下の通りです。

project/
│-- src/
│   ├── main/
│   │   └── kotlin/
│   │       └── App.kt
│   └── test/
│       └── kotlin/
│           └── AppTest.kt
│-- build.gradle.kts
│-- settings.gradle.kts

テストクラスの作成

テストクラスをsrc/test/kotlinフォルダに作成し、JUnitを使って簡単なテストを書きます。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertEquals

class CalculatorTest {
    @Test
    fun `addition should return correct sum`() {
        val result = 2 + 3
        assertEquals(5, result)
    }
}

テストの実行

Gradleを使用してテストを実行します。

./gradlew test

IDEから直接テストを実行することも可能です。テストが成功すれば、基本的な準備は完了です。

準備が完了したら

これでKotlinでTDDを始める準備が整いました。次のステップでは、具体的な例外処理のテストケース設計に進みましょう。

例外処理のテストケースの設計方法

例外処理テストの基本方針

例外処理のテストケースを設計する際には、次のポイントを意識します。

正常系の確認：正しい入力で例外が発生しないことを確認する。
異常系の確認：不正な入力やエッジケースで適切な例外が発生することを確認する。
メッセージや状態の確認：例外発生時に適切なエラーメッセージや状態が返されることを検証する。

具体的なテストケースの作成手順

1. 正常系のテスト

例外が発生しない正常なケースをテストします。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertEquals

class CalculatorTest {
    @Test
    fun `divide should return correct result`() {
        val result = divide(10, 2)
        assertEquals(5, result)
    }
}

2. 例外が発生するテスト

特定の条件で例外が発生することを検証します。例えば、0で割ったときにArithmeticExceptionが発生するかをテストします。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertFailsWith

class CalculatorTest {
    @Test
    fun `divide by zero should throw ArithmeticException`() {
        assertFailsWith<ArithmeticException> {
            divide(10, 0)
        }
    }
}

3. 例外メッセージの確認

例外が発生した際に、正しいエラーメッセージが返されるかを確認します。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertFailsWith

class CalculatorTest {
    @Test
    fun `divide by zero should return correct error message`() {
        val exception = assertFailsWith<ArithmeticException> {
            divide(10, 0)
        }
        assertEquals("/ by zero", exception.message)
    }
}

例外処理を含む関数の実装例

テスト対象となるdivide関数の例です。

fun divide(a: Int, b: Int): Int {
    if (b == 0) {
        throw ArithmeticException("Division by zero is not allowed")
    }
    return a / b
}

エッジケースの考慮

例外処理のテストでは、以下のようなエッジケースも考慮することが重要です。

負の数で割る：負の数を扱う場合のテスト。
大きな数で割る：オーバーフローの可能性を検証する。
ゼロで割る：典型的な例外発生ケース。

@Test
fun `divide negative numbers`() {
    val result = divide(-10, 2)
    assertEquals(-5, result)
}

@Test
fun `divide large numbers`() {
    val result = divide(Int.MAX_VALUE, 1)
    assertEquals(Int.MAX_VALUE, result)
}

まとめ

TDDに基づいた例外処理のテストケース設計は、アプリケーションの堅牢性を高めます。正常系と異常系の両方を考慮し、エッジケースまで網羅することで、予期しないエラーを未然に防ぐことができます。

実際のTDDサイクルを使った例外処理確認手順

TDDサイクルの基本ステップ

TDDサイクルは主に以下の3つのステップで構成されます。これを繰り返しながらコードを改善していきます。

Red（失敗するテストを書く）
Green（テストをパスするためのコードを書く）
Refactor（コードをリファクタリングする）

例外処理におけるTDDの流れを具体例を用いて確認していきましょう。

ステップ1：失敗するテストを書く（Red）

最初に、例外が発生することを確認するためのテストを書きます。例えば、0で割った際にArithmeticExceptionが発生することをテストします。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertFailsWith

class CalculatorTest {
    @Test
    fun `divide by zero should throw ArithmeticException`() {
        assertFailsWith<ArithmeticException> {
            divide(10, 0)
        }
    }
}

この段階では、divide関数はまだ実装されていないため、テストは失敗します。

ステップ2：テストをパスするコードを書く（Green）

次に、テストをパスするための最小限のコードを実装します。

fun divide(a: Int, b: Int): Int {
    if (b == 0) {
        throw ArithmeticException("Division by zero is not allowed")
    }
    return a / b
}

このコードにより、0で割った場合にArithmeticExceptionが発生し、テストがパスするようになります。

ステップ3：コードをリファクタリングする（Refactor）

テストがパスしたら、コードのリファクタリングを行い、可読性や保守性を向上させます。リファクタリング後もテストがパスすることを確認します。

fun divide(a: Int, b: Int): Int {
    require(b != 0) { "Division by zero is not allowed" }
    return a / b
}

ここでは、require関数を使用してシンプルに例外チェックを行っています。

追加のテストケースを作成する

TDDサイクルを繰り返し、他のケースにも対応するテストを書きます。

正常な割り算のテスト
負の数で割るテスト
大きな数の割り算テスト

@Test
fun `divide with valid numbers should return correct result`() {
    val result = divide(10, 2)
    assertEquals(5, result)
}

@Test
fun `divide negative numbers`() {
    val result = divide(-10, 2)
    assertEquals(-5, result)
}

@Test
fun `divide large numbers`() {
    val result = divide(Int.MAX_VALUE, 1)
    assertEquals(Int.MAX_VALUE, result)
}

エラー処理の改良と再テスト

新しいテストケースに対応するため、エラー処理を改良し、再度テストを実行します。テストがすべてパスすることを確認します。

まとめ

TDDサイクル（Red-Green-Refactor）を繰り返し、例外処理を確認することで、エラーが発生しやすい部分を安全に実装できます。KotlinとTDDを組み合わせることで、堅牢でメンテナンスしやすいコードを効率的に開発できるでしょう。

よくある例外処理のパターンと対処法

1. NullPointerExceptionの対処法

問題：null参照にアクセスした際に発生する例外です。
例：

fun getLength(str: String?): Int {
    return str!!.length // nullの場合、NullPointerExceptionが発生
}

対処法：

安全呼び出し演算子 ?. を使用してnull安全にアクセスします。
エルビス演算子 ?: でデフォルト値を設定します。

fun getLength(str: String?): Int {
    return str?.length ?: 0
}

2. IllegalArgumentExceptionの対処法

問題：関数に不正な引数が渡された際に発生します。
例：

fun setAge(age: Int) {
    if (age < 0) {
        throw IllegalArgumentException("Age cannot be negative")
    }
}

対処法：

require関数を使って引数の検証を行います。

fun setAge(age: Int) {
    require(age >= 0) { "Age cannot be negative" }
}

3. IndexOutOfBoundsExceptionの対処法

問題：リストや配列の範囲外のインデックスにアクセスした際に発生します。
例：

val list = listOf(1, 2, 3)
val value = list[3] // IndexOutOfBoundsExceptionが発生

対処法：

getOrNull関数を使用し、null安全にアクセスします。

val value = list.getOrNull(3) ?: -1

4. ArithmeticExceptionの対処法

問題：数値演算で問題が発生した際に起こる例外です（例：0での除算）。
例：

fun divide(a: Int, b: Int): Int {
    return a / b // bが0の場合、ArithmeticExceptionが発生
}

対処法：

0での除算を事前にチェックします。

fun divide(a: Int, b: Int): Int {
    require(b != 0) { "Division by zero is not allowed" }
    return a / b
}

5. FileNotFoundExceptionの対処法

問題：存在しないファイルを読み込もうとした際に発生します。
例：

import java.io.File

fun readFile(fileName: String): String {
    return File(fileName).readText() // ファイルが存在しないとFileNotFoundExceptionが発生
}

対処法：

ファイルの存在を事前に確認します。

import java.io.File

fun readFile(fileName: String): String {
    val file = File(fileName)
    require(file.exists()) { "File not found: $fileName" }
    return file.readText()
}

6. カスタム例外の作成と対処

問題：特定のエラーケースに対して独自の例外を発生させたい場合。

例：

class InvalidInputException(message: String) : Exception(message)

fun validateInput(input: String) {
    if (input.isBlank()) {
        throw InvalidInputException("Input cannot be blank")
    }
}

対処法：
カスタム例外をキャッチし、適切なエラーメッセージを表示します。

try {
    validateInput("")
} catch (e: InvalidInputException) {
    println("Error: ${e.message}")
}

まとめ

よくある例外処理パターンを理解し、適切な対処法を実装することで、アプリケーションの信頼性と堅牢性を向上させることができます。TDDを用いてこれらの例外処理をテストすることで、エラーの早期発見とバグの削減に役立てましょう。

Kotlin特有の例外処理とTDDの応用

Kotlin特有の例外処理の特徴

Kotlinには、Javaと互換性がありつつ、例外処理をシンプルかつ安全に行うための特有の機能が用意されています。これらの機能を活用することで、TDDによる例外処理のテストが効率的になります。

1. Checked例外とUnchecked例外の統一

Kotlinでは、Javaのように「Checked例外」と「Unchecked例外」を区別しません。すべての例外はUnchecked例外として扱われるため、コードがシンプルになります。

例：Javaの場合、Checked例外の処理が必要です。

public void readFile() throws IOException {
    // Checked例外が発生する可能性がある
}

KotlinではChecked例外の宣言は不要です。

fun readFile() {
    // 例外が発生する可能性があっても、宣言は不要
}

2. `try`式としての利用

Kotlinのtry-catchは式として使用でき、値を返せます。

例：

fun safeDivide(a: Int, b: Int): Int {
    val result = try {
        a / b
    } catch (e: ArithmeticException) {
        0 // 例外発生時にデフォルト値を返す
    }
    return result
}

3. `require`・`check`関数

Kotlinは引数や状態の検証に便利なrequireおよびcheck関数を提供します。これらを使うことで、コードがシンプルになります。

require：関数の引数を検証するために使用します。
check：オブジェクトの状態を検証するために使用します。

例：

fun setAge(age: Int) {
    require(age >= 0) { "Age cannot be negative" }
}

fun processList(list: List<Int>) {
    check(list.isNotEmpty()) { "List cannot be empty" }
}

TDDを活用したKotlin特有の例外処理のテスト

1. `try`式を用いた例外処理のテスト

try式を活用し、テストケースを作成します。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertEquals

class SafeDivideTest {
    @Test
    fun `safeDivide should return default value when division by zero`() {
        val result = safeDivide(10, 0)
        assertEquals(0, result)
    }

    @Test
    fun `safeDivide should return correct result for valid division`() {
        val result = safeDivide(10, 2)
        assertEquals(5, result)
    }
}

2. `require`関数を用いた引数検証のテスト

requireを使用した関数のテストです。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertFailsWith

class SetAgeTest {
    @Test
    fun `setAge should throw IllegalArgumentException for negative age`() {
        assertFailsWith<IllegalArgumentException> {
            setAge(-5)
        }
    }
}

3. `check`関数を用いた状態検証のテスト

check関数を使ってオブジェクトの状態を検証するテストです。

import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertFailsWith

class ProcessListTest {
    @Test
    fun `processList should throw IllegalStateException for empty list`() {
        assertFailsWith<IllegalStateException> {
            processList(emptyList())
        }
    }
}

非同期処理と例外処理のTDD

Kotlinのコルーチンを用いた非同期処理での例外処理もTDDの対象です。

例：

import kotlinx.coroutines.runBlocking
import kotlin.test.Test
import kotlin.test.assertFailsWith

suspend fun fetchData(): String {
    throw IllegalStateException("Network error")
}

class CoroutineExceptionTest {
    @Test
    fun `fetchData should throw IllegalStateException`() = runBlocking {
        assertFailsWith<IllegalStateException> {
            fetchData()
        }
    }
}

まとめ

Kotlin特有の例外処理機能を活用することで、TDDによるテストがシンプルかつ効率的になります。try式、require、check関数を適切に使い、例外処理を網羅的にテストすることで、信頼性の高いコードを構築しましょう。

例外処理テストにおける失敗例とその改善方法

1. 例外の発生条件が曖昧なテスト

失敗例：
例外の発生条件が曖昧で、正確な動作確認ができないテストです。

@Test
fun `divide function should throw exception`() {
    assertFailsWith<Exception> {
        divide(10, 0)
    }
}

問題点：

例外の型が曖昧で、どの例外が発生するかが明確ではありません。
期待する例外が特定されていないため、他の例外が発生してもテストがパスしてしまう可能性があります。

改善方法：
正確な例外の型を指定し、期待する例外を明確にします。

@Test
fun `divide function should throw ArithmeticException`() {
    assertFailsWith<ArithmeticException> {
        divide(10, 0)
    }
}

2. 例外メッセージを検証していないテスト

失敗例：
例外が発生することだけを確認し、エラーメッセージを検証していないテストです。

@Test
fun `setAge should throw exception for negative age`() {
    assertFailsWith<IllegalArgumentException> {
        setAge(-5)
    }
}

問題点：

例外が発生することは確認できますが、エラーメッセージの内容が期待通りか確認できません。
エラーメッセージが変更されてもテストが失敗しないため、バグを見逃す可能性があります。

改善方法：
例外メッセージも検証し、詳細な動作確認を行います。

@Test
fun `setAge should throw exception with correct message for negative age`() {
    val exception = assertFailsWith<IllegalArgumentException> {
        setAge(-5)
    }
    assertEquals("Age cannot be negative", exception.message)
}

3. 例外を予測せずに無条件に`try-catch`を使用する

失敗例：
テストで無条件にtry-catchを使用し、例外が発生してもテストが失敗しないコードです。

@Test
fun `process list should not be empty`() {
    try {
        processList(emptyList())
    } catch (e: Exception) {
        println("Exception caught")
    }
}

問題点：

例外が発生してもテストが成功してしまい、意図しない動作が見逃されます。
テストの目的が不明確になります。

改善方法：
assertFailsWithを使用し、明示的に例外の発生を確認します。

@Test
fun `process list should throw exception for empty list`() {
    assertFailsWith<IllegalStateException> {
        processList(emptyList())
    }
}

4. 例外処理のテストケースが不足している

失敗例：
エラーケースの一部しかテストしておらず、すべての可能な例外パターンを網羅していないテストです。

問題点：

未テストのパターンでバグが発生する可能性があります。
アプリケーションの信頼性が低下します。

改善方法：
エラーケースやエッジケースを網羅する複数のテストケースを用意します。

@Test
fun `divide function should handle multiple error cases`() {
    assertFailsWith<ArithmeticException> { divide(10, 0) }
    assertFailsWith<ArithmeticException> { divide(-10, 0) }
}

5. テストが長すぎて複雑になっている

失敗例：
1つのテストで複数の動作を確認しているため、複雑になっているコードです。

@Test
fun `complex test for divide function`() {
    assertFailsWith<ArithmeticException> { divide(10, 0) }
    val result = divide(10, 2)
    assertEquals(5, result)
    assertFailsWith<ArithmeticException> { divide(-10, 0) }
}

問題点：

テストの意図が不明確になります。
1つのテストが失敗すると、他の確認もスキップされます。

改善方法：
テストケースを分割し、1つのテストで1つの動作を確認します。

@Test
fun `divide by zero should throw ArithmeticException`() {
    assertFailsWith<ArithmeticException> { divide(10, 0) }
}

@Test
fun `divide function should return correct result`() {
    val result = divide(10, 2)
    assertEquals(5, result)
}

まとめ

例外処理のテストで失敗しやすいポイントを理解し、テストケースを適切に設計・改善することで、バグの早期発見と品質向上を実現できます。明確な例外の型、エラーメッセージの検証、網羅的なテストケースの作成が、堅牢なアプリケーション開発につながります。

まとめ

本記事では、KotlinにおけるTDD（テスト駆動開発）を活用し、例外処理の動作を確認する方法について解説しました。TDDサイクル（Red-Green-Refactor）を用いて、失敗するテストの作成から例外処理の実装、リファクタリングまでの一連の流れを説明しました。

Kotlin特有の例外処理機能、例えばtry式、require・check関数、そして例外発生時のテスト手法についても取り上げ、よくある失敗例とその改善方法を紹介しました。

TDDを実践することで、エラー処理を体系的に検証し、バグの早期発見や堅牢なコードの作成が可能になります。Kotlinの柔軟な言語仕様を活かし、効率よく例外処理のテストを行い、品質の高いアプリケーションを開発しましょう。

KotlinでTDDを活用して例外処理を確認する方法を徹底解説

TDDの基本概念とKotlinにおけるメリット

TDDとは何か

KotlinでTDDを行うメリット

例外処理におけるTDDの利点

例外処理とは何か

例外処理の基本概念

例外処理の基本構文

例外処理が重要な理由

よくある例外の種類

KotlinでTDDを始めるための準備

必要なツールと環境設定

1. **開発環境のセットアップ**

2. **Gradleの設定**

3. **テストフレームワークの導入**

4. **プロジェクト構造**

テストクラスの作成

テストの実行

準備が完了したら

例外処理のテストケースの設計方法

例外処理テストの基本方針

具体的なテストケースの作成手順

1. 正常系のテスト

2. 例外が発生するテスト

3. 例外メッセージの確認

例外処理を含む関数の実装例

エッジケースの考慮

まとめ

実際のTDDサイクルを使った例外処理確認手順

TDDサイクルの基本ステップ

ステップ1：失敗するテストを書く（Red）

ステップ2：テストをパスするコードを書く（Green）

ステップ3：コードをリファクタリングする（Refactor）

追加のテストケースを作成する

エラー処理の改良と再テスト

まとめ

よくある例外処理のパターンと対処法

1. NullPointerExceptionの対処法

2. IllegalArgumentExceptionの対処法

3. IndexOutOfBoundsExceptionの対処法

4. ArithmeticExceptionの対処法

5. FileNotFoundExceptionの対処法

6. カスタム例外の作成と対処

まとめ

Kotlin特有の例外処理とTDDの応用

Kotlin特有の例外処理の特徴

1. **Checked例外とUnchecked例外の統一**

2. **`try`式としての利用**

3. **`require`・`check`関数**

TDDを活用したKotlin特有の例外処理のテスト

1. `try`式を用いた例外処理のテスト

2. `require`関数を用いた引数検証のテスト

3. `check`関数を用いた状態検証のテスト

非同期処理と例外処理のTDD

まとめ

例外処理テストにおける失敗例とその改善方法

1. 例外の発生条件が曖昧なテスト

2. 例外メッセージを検証していないテスト

3. 例外を予測せずに無条件に`try-catch`を使用する

4. 例外処理のテストケースが不足している

5. テストが長すぎて複雑になっている

まとめ

まとめ

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1. 開発環境のセットアップ

2. Gradleの設定

3. テストフレームワークの導入

4. プロジェクト構造

1. Checked例外とUnchecked例外の統一

2. `try`式としての利用

3. `require`・`check`関数

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