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【第6回】これがFlyweightパターンだ！

実は作ってきたものが「Flyweightパターン」でした！GoFデザインパターンの構造パターンを学び、Prototypeパターンとの違いも解説します。

弾幕シューティングエンジンが完成しました！

https://www.nqou.net/2026/01/24/003827/
設計パターンを疑え

実は、私たちが作ってきたこのシステムには名前があります。Flyweight（フライウェイト）パターンです。

Flyweightパターンの構造

これまでの振り返り

シリーズを通して、私たちは以下のことを学びました：

回やったこと実はこれが…
第1回大量オブジェクトでメモリ問題発覚Flyweightが必要な状況
第2回弾の「種類」と「位置」を分離内部状態と外部状態の分離
第3回BulletFactoryでキャッシュFlyweightFactory
第4回render($x, $y)で位置を渡す外部状態を渡す操作
第5回BattleFieldで統合Clientクラス

Flyweightパターンとは

Flyweightパターンは、GoF（Gang of Four）が提唱した23のデザインパターンの一つで、構造パターンに分類されます。

Flyweight（フライウェイト）= 軽量級 ボクシングの階級名に由来。「軽い」オブジェクトを作る、という意味。

パターンの目的

大量のオブジェクトを効率的に管理するために、共有可能な状態を共有する。

私たちの弾幕シューティングでは：

  • 1000発の弾を生成しても
  • BulletType オブジェクトは5種類だけ
  • メモリ使用量を大幅に削減！

パターンの構造

Flyweightパターンは、以下の要素で構成されます：

要素役割本シリーズでの実装
Flyweight共有されるオブジェクトのインターフェースBulletType クラス
ConcreteFlyweight共有される具体的なオブジェクト各弾種（circle, star, dot等）
FlyweightFactoryFlyweightオブジェクトを管理・提供BulletFactory クラス
ClientFlyweightを使用するクラスBattleField クラス
内部状態（Intrinsic State）共有可能な状態形状、色、サイズ
外部状態（Extrinsic State）共有できない状態位置、速度
	classDiagram
    class BulletType {
        -name: String
        -char: String
        -color: String
        +render(x, y, screen)
    }

    class BulletFactory {
        -_cache: Hash
        -_definitions: Hash
        +get(key): BulletType
        +count(): Int
    }

    class BattleField {
        -width: Int
        -height: Int
        -factory: BulletFactory
        -bullets: Array
        +spawn(type, x, y, vx, vy)
        +update(frame)
        +render(frame)
    }

    BulletFactory --> BulletType : creates/caches
    BattleField --> BulletFactory : uses
    BattleField --> BulletType : references

内部状態と外部状態

Flyweightパターンの核心は、状態の分離です。

内部状態（Intrinsic State）

  • オブジェクト間で共有できる状態
  • オブジェクト自身が保持する
  • 変更されない（不変）
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# BulletTypeが持つ内部状態
has name  => (is => 'ro', required => 1);
has char  => (is => 'ro', required => 1);
has color => (is => 'ro', default => 'white');

外部状態（Extrinsic State）

  • オブジェクトごとに異なる状態
  • クライアント（BattleField）が管理する
  • 使用時に渡される
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# BattleFieldが管理する外部状態
my @bullets = (
    { type => $circle, x => 10, y => 20, vx => 1, vy => 2 },
    { type => $circle, x => 30, y => 40, vx => -1, vy => 1 },
    # 同じ $circle を参照しているが、位置は異なる
);

Prototypeパターンとの違い

「PerlとMooでモンスター軍団を量産してみよう」シリーズで学んだPrototypeパターンと比較してみましょう。

項目FlyweightパターンPrototypeパターン
目的メモリ効率化オブジェクト生成の効率化
方法共有（同じインスタンスを参照）複製（コピーを作成）
オブジェクト数少ない（共有するから）多い（コピーするから）
独立性低い（同じオブジェクトを参照）高い（各クローンは独立）
変更変更すると全体に影響各クローンは独立して変更可能
用途大量の類似オブジェクト生成コストが高いオブジェクト
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# Flyweight: 共有
my $circle = $factory->get('circle');
$bullets[0]->{type} = $circle;  # 参照
$bullets[1]->{type} = $circle;  # 同じ参照！

# Prototype: 複製
my $monster1 = $prototype->clone;  # コピー
my $monster2 = $prototype->clone;  # 別のコピー
$monster1->hp(50);  # monster2には影響しない

適用場面

Flyweightパターンが有効な場面：

  1. 大量のオブジェクトが必要 - 弾幕シューティングの弾、テキストエディタの文字
  2. オブジェクトの状態を分離できる - 内部状態と外部状態に分けられる
  3. メモリが制約 - モバイルデバイス、組み込みシステム
  4. 多くのオブジェクトが同じ内部状態を持つ - 同じ種類の弾がたくさんある

実際の使用例

Flyweightパターンは、さまざまな場面で使われています：

分野例内部状態外部状態
テキストエディタ文字オブジェクトフォント、サイズ位置
ゲーム弾、パーティクル形状、色位置、速度
GUIフレームワークアイコン、画像画像データ表示位置
データベースコネクションプール接続設定使用状況

シリーズのまとめ

このシリーズで学んだことを振り返りましょう：

技術的な学び

  1. 内部状態と外部状態の分離 - メモリ効率化の基本
  2. FlyweightFactory - オブジェクトプールの管理
  3. 外部状態を渡す操作 - 共有オブジェクトの活用
  4. //= 演算子 - キャッシュ機構の簡潔な実装

デザインパターンの学び

  1. Flyweightパターン - 構造パターンの一つ
  2. Prototypeとの違い - 「共有」vs「複製」
  3. 適用場面の判断 - いつFlyweightを使うべきか

達成したこと

  • 1000発の弾を5オブジェクトで管理
  • メモリ使用量を60%以上削減
  • 弾幕シューティングエンジンの完成

発展的なトピック

このシリーズの発展として、以下のパターンも学んでみてください：

パターン関連性
Compositeパターンツリー構造でFlyweightを組織化
SingletonパターンFlyweightFactoryをSingletonにする発展形
ProxyパターンFlyweightへのアクセス制御

おわりに

「PerlとMooで弾幕シューティングを作ってみよう」シリーズ、いかがでしたか？

弾幕シューティングという楽しいテーマを通じて、Flyweightパターンの本質を学びました。「1000発の弾を5オブジェクトで管理する」という驚きは、このパターンの威力を体感する最高の教材だったと思います。

ぜひ、自分のプロジェクトでもFlyweightパターンを活用してみてください！

今回の完成コード

最終回として、Flyweightパターンの構造を意識したコメント付きのコードを掲載します：

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

# ============================================================
# Flyweight: 共有されるオブジェクト
# 内部状態（Intrinsic State）を保持
# ============================================================
package BulletType {
    use Moo;

    # 内部状態: 形状、色、表示文字（共有可能）
    has name  => (is => 'ro', required => 1);
    has char  => (is => 'ro', required => 1);
    has color => (is => 'ro', default => 'white');

    # 外部状態（位置）を受け取って描画
    sub render($self, $x, $y) {
        my $char = $self->char;
        say "$char at ($x, $y)";
    }

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

# ============================================================
# FlyweightFactory: Flyweightオブジェクトを管理・提供
# オブジェクトプールによるキャッシュ
# ============================================================
package BulletFactory {
    use Moo;

    # キャッシュ（オブジェクトプール）
    has _cache => (is => 'ro', default => sub { {} });

    # 弾種の定義
    has _definitions => (
        is => 'ro',
        default => sub {
            {
                circle => { name => 'circle', char => '●', color => 'red' },
                star   => { name => 'star',   char => '★', color => 'blue' },
                dot    => { name => 'dot',    char => '・', color => 'green' },
            }
        },
    );

    # Flyweightを取得（キャッシュになければ作成）
    sub get($self, $key) {
        my $cache = $self->_cache;
        my $defs  = $self->_definitions;

        # //= でキャッシュ機構を実現
        $cache->{$key} //= do {
            my $def = $defs->{$key}
                or die "Unknown bullet type: $key";
            BulletType->new(%$def);
        };
    }

    sub count($self) {
        scalar keys %{$self->_cache};
    }
}

# ============================================================
# Client: Flyweightを使用するクラス
# 外部状態（Extrinsic State）を管理
# ============================================================
package BattleField {
    use Moo;

    has factory => (is => 'ro', required => 1);
    has bullets => (is => 'ro', default => sub { [] });

    # 弾を生成（外部状態を保持）
    sub spawn($self, $type_key, $x, $y, $vx, $vy) {
        push @{$self->bullets}, {
            type => $self->factory->get($type_key),  # Flyweightへの参照
            x    => $x,   # 外部状態
            y    => $y,
            vx   => $vx,
            vy   => $vy,
        };
    }

    # 描画（外部状態を渡す）
    sub render_all($self) {
        for my $bullet (@{$self->bullets}) {
            my $type = $bullet->{type};
            $type->render($bullet->{x}, $bullet->{y});
        }
    }

    sub stats($self) {
        my $bullet_count = scalar @{$self->bullets};
        my $type_count = $self->factory->count;
        return "弾: $bullet_count 発 / BulletType: $type_count 種類";
    }
}

# ============================================================
# デモ: Flyweightパターンの効果を確認
# ============================================================
my $factory = BulletFactory->new;
my $field = BattleField->new(factory => $factory);

# 100発の弾を生成（内部状態は3種類だけ）
for my $i (0 .. 99) {
    my @types = qw(circle star dot);
    my $type_key = $types[$i % 3];
    $field->spawn($type_key, $i * 5, $i * 2, 0, 1);
}

say "=== Flyweightパターン デモ ===";
say "";
say $field->stats;
say "";
say "ポイント:";
say "  ✓ 100発の弾に対して、BulletTypeは3つだけ";
say "  ✓ 内部状態（形状・色）は共有される";
say "  ✓ 外部状態（位置・速度）は弾ごとに異なる";
say "";
say "先頭5発を表示:";
for my $bullet (@{$field->bullets}[0..4]) {
    my $type = $bullet->{type};
    my $desc = $type->describe;
    say "  $desc at ($bullet->{x}, $bullet->{y})";
}

実行結果：

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=== Flyweightパターン デモ ===

弾: 100 発 / BulletType: 3 種類

ポイント:
  ✓ 100発の弾に対して、BulletTypeは3つだけ
  ✓ 内部状態（形状・色）は共有される
  ✓ 外部状態（位置・速度）は弾ごとに異なる

先頭5発を表示:
  [red circle] at (0, 0)
  [blue star] at (5, 2)
  [green dot] at (10, 4)
  [red circle] at (15, 6)
  [blue star] at (20, 8)

シリーズ完結！

お読みいただきありがとうございました。

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