m05-type-driven

型駆動設計

レイヤー 1：言語の仕組み

中心となる問い

型システムによって、無効な状態をどう防げるでしょうか？

実行時チェックに頼る前に、次の点を検討してください。

• コンパイラーでこのエラーを検出できますか？
• 無効な状態を表現できないようにできますか？
• 型で不変条件を表現できますか？

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エラー → 設計上の問い

パターン	ただこう言うのではなく	代わりにこう問いかける
プリミティブ型への執着	「ただの文字列です」	この値は何を表していますか？
ブール値フラグ	「is_valid フラグを追加します」	状態を型で表せますか？
どこでも Optional	「None かどうか確認します」	本当に値が存在しないことはあり得ますか？
実行時の検証	「無効なら Err を返します」	生成時に検証できますか？

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思考のヒント

実行時検証を追加する前に、次の点を確認してください。

1. 型で制約を表現できますか？

   • 数値の範囲 → 範囲制限型または newtype
   • 有効な状態 → 型状態パターン
   • 意味上の区別 → newtype

2. 検証はいつ可能ですか？

   • 生成時 → 検証済み newtype
   • 状態遷移時 → 型状態
   • 実行時にのみ可能 → 明確なエラーを伴う Result

3. 不変条件を知る必要があるのは誰ですか？

   • コンパイラー → 型レベルで表現
   • API の利用者 → 明確な型シグネチャ
   • 実行時にのみ必要 → ドキュメント

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型設計が不明確な場合：

"Need to validate email format"
    ↑ Ask: Is this a domain value object?
    ↑ Check: m09-domain (Email as Value Object)
    ↑ Check: domain-* (validation requirements)

状況	たどる先	問い
作成する型	m09-domain	ドメインモデルは何ですか？
状態マシンの設計	m09-domain	有効な遷移は何ですか？
マーカートレイトの使用	m04-zero-cost	静的ディスパッチですか、動的ディスパッチですか？

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設計から実装へ：

"Need type-safe wrapper for primitives"
    ↓ Newtype: struct UserId(u64);

"Need compile-time state validation"
    ↓ Type State: Connection<Connected>

"Need to track phantom type parameters"
    ↓ PhantomData: PhantomData<T>

"Need capability markers"
    ↓ Marker Trait: trait Validated {}

"Need gradual construction"
    ↓ Builder: Builder::new().field(x).build()

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クイックリファレンス

パターン	目的	例
Newtype	型安全性	struct UserId(u64);
型状態	状態マシン	Connection<Connected>
PhantomData	分散／ライフタイム	PhantomData<&'a T>
マーカートレイト	能力フラグ	trait Validated {}
ビルダー	段階的な構築	Builder::new().name("x").build()
シールドトレイト	外部からの実装を防止	mod private { pub trait Sealed {} }

パターンの例

Newtype

struct Email(String);  // Not just any string

impl Email {
    pub fn new(s: &str) -> Result<Self, ValidationError> {
        // Validate once, trust forever
        validate_email(s)?;
        Ok(Self(s.to_string()))
    }
}

型状態

struct Connection<State>(TcpStream, PhantomData<State>);

struct Disconnected;
struct Connected;
struct Authenticated;

impl Connection<Disconnected> {
    fn connect(self) -> Connection<Connected> { ... }
}

impl Connection<Connected> {
    fn authenticate(self) -> Connection<Authenticated> { ... }
}

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選択ガイド

ニーズ	パターン
プリミティブ型の型安全性	Newtype
コンパイル時の状態検証	型状態
ライフタイム／分散のマーカー	PhantomData
能力フラグ	マーカートレイト
段階的な構築	ビルダー
実装の集合を限定	シールドトレイト
ゼロサイズ型のマーカー	ZST 構造体

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アンチパターン

アンチパターン	問題点	よりよい方法
状態をブール値フラグで表す	実行時エラー	型状態
意味上の型に String を使う	型安全性がない	Newtype
未初期化を Option で表す	不変条件が不明確	ビルダー
不変条件があるのにフィールドを公開する	不変条件違反	非公開フィールド＋検証済みの new()

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関連スキル

場面	参照先
ドメインモデリング	m09-domain
トレイト設計	m04-zero-cost
コンストラクターでのエラー処理	m06-error-handling
アンチパターン	m15-anti-pattern