【第2回】弾の種類と位置を分けて考えよう

前回、大量の弾オブジェクトを生成すると、メモリ使用量が爆発することがわかりました。でも、よく考えると「見た目」は共有できるのに「位置」は弾ごとに違う…。

この気づきを設計に活かしてみましょう！

内部状態と外部状態の分離

https://www.nqou.net/2026/01/24/003719/

設計パターンを疑え

前回の振り返り

前回発見した問題を整理します：

100発の「赤い丸弾」を生成した
すべての弾が同じ shape、color、size を持っている
でも、1発あたり約600バイトのメモリを消費
見た目は共有できるはずなのに、全部別々に持っている

弾の「種類」と「個体」を分離する

ここで発想を変えてみましょう。

弾を「種類（BulletType）」と「個体（弾そのもの）」に分けて考えます：

分類	内容	弾ごとに異なる？
種類（BulletType）	形状、色、サイズ	いいえ！同じ種類なら同じ
個体（位置情報）	X座標、Y座標、速度	はい！弾ごとに違う

「赤い丸弾」という種類は1つだけ作って、それを100発の弾で共有すればいいのです！

BulletTypeクラスを作る

まず、弾の「種類」を表すクラスを作りましょう：

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#!/usr/bin/env perl
use v5.36;

package BulletType {
    use Moo;

    # 弾の見た目（種類ごとに共通）
    has shape => (is => 'ro', required => 1);  # 形状
    has color => (is => 'ro', required => 1);  # 色
    has size  => (is => 'ro', required => 1);  # サイズ
    has char  => (is => 'ro', required => 1);  # 表示文字

    sub describe($self) {
        my $shape = $self->shape;
        my $color = $self->color;
        my $size  = $self->size;
        return "[$color $shape, size=$size]";
    }
}

# 弾の種類を定義
my $red_circle = BulletType->new(
    shape => 'circle',
    color => 'red',
    size  => 8,
    char  => '●',
);

my $blue_star = BulletType->new(
    shape => 'star',
    color => 'blue',
    size  => 12,
    char  => '★',
);

my $green_laser = BulletType->new(
    shape => 'laser',
    color => 'green',
    size  => 4,
    char  => '|',
);

say "定義した弾の種類:";
say "  " . $red_circle->describe;
say "  " . $blue_star->describe;
say "  " . $green_laser->describe;

実行結果：

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定義した弾の種類:
  [red circle, size=8]
  [blue star, size=12]
  [green laser, size=4]

これで、弾の「種類」を3つ定義できました。

位置情報を分離する

次に、「個体」としての位置情報を管理する方法を考えます。

前回は Bullet クラスに全部入れていましたが、今回は位置情報だけをハッシュで持つようにしてみましょう：

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#!/usr/bin/env perl
use v5.36;
use Devel::Size qw(total_size);

package BulletType {
    use Moo;

    has shape => (is => 'ro', required => 1);
    has color => (is => 'ro', required => 1);
    has size  => (is => 'ro', required => 1);
    has char  => (is => 'ro', required => 1);

    sub render($self, $x, $y) {
        my $char = $self->char;
        say "$char at ($x, $y)";
    }
}

# 弾の種類は3つだけ作る
my $red_circle = BulletType->new(
    shape => 'circle', color => 'red', size => 8, char => '●',
);
my $blue_star = BulletType->new(
    shape => 'star', color => 'blue', size => 12, char => '★',
);
my $green_laser = BulletType->new(
    shape => 'laser', color => 'green', size => 4, char => '|',
);

# 弾の位置情報を配列で管理
my @bullets;
for my $i (0 .. 99) {
    push @bullets, {
        type => $red_circle,  # 種類への参照（共有！）
        x    => 100 + $i,
        y    => 200,
        vx   => 0,
        vy   => 5,
    };
}

say "弾の数: " . scalar(@bullets);
say "BulletTypeオブジェクトの数: 3（共有）";

# 最初の3発を描画
for my $bullet (@bullets[0..2]) {
    my $type = $bullet->{type};
    $type->render($bullet->{x}, $bullet->{y});
}

# メモリ使用量を確認
my $bullets_size = total_size(\@bullets);
my $types_size = total_size([$red_circle, $blue_star, $green_laser]);

say "";
say "弾100発のメモリ: " . sprintf("%.1f", $bullets_size / 1024) . "KB";
say "BulletType 3つのメモリ: " . sprintf("%.1f", $types_size / 1024) . "KB";

実行結果：

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弾の数: 100
BulletTypeオブジェクトの数: 3（共有）
● at (100, 200)
● at (101, 200)
● at (102, 200)

弾100発のメモリ: 25.2KB
BulletType 3つのメモリ: 2.1KB

前回との比較

項目	前回（分離なし）	今回（分離あり）
弾100発のメモリ	60.8KB	25.2KB
BulletTypeオブジェクト数	なし（弾ごとに属性を持つ）	3つ（共有）
メモリ削減率	-	約60%削減！

見た目の情報を共有するだけで、メモリ使用量が大幅に減りました！

「内部状態」と「外部状態」

ここで、専門用語を紹介します：

用語	意味	本シリーズでの例
内部状態（Intrinsic State）	オブジェクト間で共有できる状態	形状、色、サイズ（BulletType）
外部状態（Extrinsic State）	オブジェクトごとに異なる状態	位置、速度（弾ごとの情報）

「内部状態」を持つオブジェクトを共有し、「外部状態」は使用時に渡す。これがメモリ効率化の基本的な考え方です。

renderメソッドに位置を渡す

注目してほしいのは、render メソッドの呼び出し方です：

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# BulletType自体は位置を知らない
$type->render($bullet->{x}, $bullet->{y});

BulletType オブジェクトは、自分の位置を知りません。描画するときに「外部から位置を受け取る」のです。

これが「外部状態を渡す操作」です。

次回予告

分離の考え方はわかりました。でも、毎回 BulletType->new(...) を呼び出すのは面倒ですし、同じ種類の弾を何度も new してしまう危険もあります。

次回は、BulletFactory というクラスを作って、同じ種類の弾は確実に同じオブジェクトを返すようにします。

今回のまとめ

弾の「種類」と「位置」を分けて考える
内部状態（形状、色、サイズ）：共有可能 → BulletType クラス
外部状態（位置、速度）：弾ごとに異なる → 使用時に渡す
この分離により、メモリ使用量を約60%削減できた
次回：BulletFactory で弾の種類を管理する

今回の完成コード

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#!/usr/bin/env perl
use v5.36;
use Devel::Size qw(total_size);

package BulletType {
    use Moo;

    # 内部状態（共有可能）
    has shape => (is => 'ro', required => 1);
    has color => (is => 'ro', required => 1);
    has size  => (is => 'ro', required => 1);
    has char  => (is => 'ro', required => 1);

    sub render($self, $x, $y) {
        my $char = $self->char;
        say "$char at ($x, $y)";
    }

    sub describe($self) {
        my $shape = $self->shape;
        my $color = $self->color;
        my $size  = $self->size;
        return "[$color $shape, size=$size]";
    }
}

# 弾の種類を定義（3種類だけ）
my $red_circle = BulletType->new(
    shape => 'circle', color => 'red', size => 8, char => '●',
);
my $blue_star = BulletType->new(
    shape => 'star', color => 'blue', size => 12, char => '★',
);
my $green_laser = BulletType->new(
    shape => 'laser', color => 'green', size => 4, char => '|',
);

say "弾の種類:";
say "  " . $red_circle->describe;
say "  " . $blue_star->describe;
say "  " . $green_laser->describe;
say "";

# 弾の位置情報（外部状態）を配列で管理
my @bullets;
for my $i (0 .. 99) {
    push @bullets, {
        type => $red_circle,  # 内部状態への参照（共有）
        x    => 100 + $i,     # 外部状態
        y    => 200,
        vx   => 0,
        vy   => 5,
    };
}

say "弾の数: " . scalar(@bullets);
say "";

# 描画（外部状態を渡す）
say "最初の3発を描画:";
for my $bullet (@bullets[0..2]) {
    my $type = $bullet->{type};
    $type->render($bullet->{x}, $bullet->{y});
}

# メモリ使用量を確認
my $bullets_size = total_size(\@bullets);
say "";
say "弾100発のメモリ: " . sprintf("%.1f", $bullets_size / 1024) . "KB";