PerlとMooで「ランダムダンジョンジェネレーター」を作る連載の第4回です。
前回はクラス爆発問題に直面しました。
今回はBridgeパターンを導入して、この問題を解決します。
Bridgeパターンとは
Bridgeパターンは、「抽象」と「実装」を分離して、それぞれを独立に拡張できるようにする設計パターンです。
GoF（Gang of Four）の23デザインパターンの1つで、構造パターン（Structural Pattern）に分類されます。
今回のダンジョンジェネレーターでは、以下のように分離します。
- 抽象（Abstraction）: テーマ（表示方法）
- 実装（Implementor）: アルゴリズム（生成方法）
設計図
classDiagram
class DungeonTheme {
<<abstract>>
+algorithm: GenerationAlgorithm
+generate()
+render()
+wall_char()*
+floor_char()*
}
class CaveTheme {
+wall_char() "#"
+floor_char() "."
}
class CastleTheme {
+wall_char() "█"
+floor_char() "░"
}
class GenerationAlgorithm {
<<role>>
+generate(map, width, height)*
}
class RandomAlgorithm {
+generate(map, width, height)
}
class MazeAlgorithm {
+generate(map, width, height)
}
DungeonTheme <|-- CaveTheme
DungeonTheme <|-- CastleTheme
DungeonTheme o-- GenerationAlgorithm : 委譲
GenerationAlgorithm <|.. RandomAlgorithm
GenerationAlgorithm <|.. MazeAlgorithm
テーマとアルゴリズムが独立したクラス階層になっています。
テーマはアルゴリズムを「持って」いて、生成処理を委譲します。
「委譲（delegation）」とは、あるオブジェクトが別のオブジェクトに仕事を任せることです。
継承が「親クラスの能力を引き継ぐ」のに対し、委譲は「他のクラスに仕事を頼む」考え方です。
今回の場合、DungeonThemeは自分でダンジョンを生成せず、algorithmにgenerateを呼び出して任せています。
アルゴリズムをRoleとして定義
まず、生成アルゴリズムのインターフェースをMoo Roleとして定義します。
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| # GenerationAlgorithm.pm - アルゴリズムのRole
package GenerationAlgorithm;
use v5.36;
use Moo::Role;
# サブクラスで実装必須
requires 'generate';
1;
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requiresでgenerateメソッドの実装を強制しています。
このRoleを適用するクラスは、必ずgenerateメソッドを実装しなければなりません。
ランダム配置アルゴリズム
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| # RandomAlgorithm.pm - ランダム配置アルゴリズム
package RandomAlgorithm;
use v5.36;
use Moo;
with 'GenerationAlgorithm';
sub generate ( $self, $map, $width, $height ) {
for my $y ( 1 .. $height - 2 ) {
for my $x ( 1 .. $width - 2 ) {
if ( rand() < 0.7 ) {
$map->[$y][$x] = '.';
}
}
}
}
1;
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迷路型アルゴリズム
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| # MazeAlgorithm.pm - 迷路型アルゴリズム
package MazeAlgorithm;
use v5.36;
use Moo;
with 'GenerationAlgorithm';
has visited => (
is => 'rw',
lazy => 1,
default => sub { {} },
);
sub generate ( $self, $map, $width, $height ) {
$self->visited( {} ); # リセット
$self->_carve( $map, $width, $height, 1, 1 );
}
sub _carve ( $self, $map, $width, $height, $x, $y ) {
my $visited = $self->visited;
$map->[$y][$x] = '.';
$visited->{"$x,$y"} = 1;
my @directions = ( [ 0, -2 ], [ 0, 2 ], [ -2, 0 ], [ 2, 0 ] );
@directions = sort { rand() <=> rand() } @directions;
for my $dir (@directions) {
my ( $dx, $dy ) = $dir->@*;
my $nx = $x + $dx;
my $ny = $y + $dy;
if ( $nx > 0
&& $nx < $width - 1
&& $ny > 0
&& $ny < $height - 1
&& !$visited->{"$nx,$ny"} )
{
$map->[ $y + $dy / 2 ][ $x + $dx / 2 ] = '.';
$self->_carve( $map, $width, $height, $nx, $ny );
}
}
}
1;
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テーマの基底クラス
テーマの基底クラスを作成します。
アルゴリズムを属性として持ち、生成処理を委譲します。
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| # DungeonTheme.pm - テーマの基底クラス
package DungeonTheme;
use v5.36;
use Moo;
# アルゴリズムを注入
has algorithm => (
is => 'ro',
required => 1,
does => 'GenerationAlgorithm',
);
has width => ( is => 'ro', default => 41 );
has height => ( is => 'ro', default => 11 );
has map => (
is => 'rw',
lazy => 1,
builder => '_build_map',
);
sub _build_map ($self) {
my @map;
for my $y ( 0 .. $self->height - 1 ) {
my @row;
for my $x ( 0 .. $self->width - 1 ) {
push @row, '#';
}
push @map, \@row;
}
return \@map;
}
# 生成をアルゴリズムに委譲
sub generate ($self) {
$self->algorithm->generate( $self->map, $self->width, $self->height );
}
# 表示（テーマごとにオーバーライド）
sub render ($self) {
my $map = $self->map;
my $output = '';
for my $row ( $map->@* ) {
for my $cell ( $row->@* ) {
if ( $cell eq '#' ) {
$output .= $self->wall_char;
}
else {
$output .= $self->floor_char;
}
}
$output .= "\n";
}
return $output;
}
# サブクラスでオーバーライド
sub wall_char ($self) { '#' }
sub floor_char ($self) { '.' }
1;
|
algorithm属性にはdoes => 'GenerationAlgorithm'を指定しています。
これにより、GenerationAlgorithmロールを適用したオブジェクトのみを受け入れます。
doesオプションは、渡されたオブジェクトが指定したRoleを持っているかチェックします。
もしRandomAlgorithmやMazeAlgorithm以外のオブジェクトを渡すと、エラーになります。
これにより、型安全性が確保されます。
テーマの具象クラス
各テーマは基底クラスを継承して、表示文字だけを変更します。
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| # CaveTheme.pm - 洞窟テーマ
package CaveTheme;
use v5.36;
use Moo;
extends 'DungeonTheme';
# デフォルトのまま（#と.）
1;
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| # CastleTheme.pm - 城テーマ
package CastleTheme;
use v5.36;
use Moo;
extends 'DungeonTheme';
sub wall_char ($self) { '█' }
sub floor_char ($self) { '░' }
1;
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| # RuinsTheme.pm - 遺跡テーマ
package RuinsTheme;
use v5.36;
use Moo;
extends 'DungeonTheme';
sub wall_char ($self) { '▓' }
sub floor_char ($self) { '▒' }
1;
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使用例
テーマとアルゴリズムを自由に組み合わせられます。
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| #!/usr/bin/env perl
# bridge_demo.pl - Bridgeパターンによるダンジョン生成
use v5.36;
use lib '.';
use CastleTheme;
use MazeAlgorithm;
# 城テーマ × 迷路型アルゴリズム
my $dungeon = CastleTheme->new(
algorithm => MazeAlgorithm->new,
width => 41,
height => 11,
);
$dungeon->generate;
print $dungeon->render;
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実行結果は以下のようになります。
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城テーマで迷路型のダンジョンが生成されました。
クラス数の比較
Bridgeパターン導入前後でクラス数を比較してみましょう。
導入前（継承ベース）の場合は以下のクラスが必要でした。
Bridgeパターン導入後は以下の通りです。
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| アルゴリズム: 2クラス + 1ロール = 3モジュール
テーマ: 3クラス + 1基底 = 4モジュール
合計: 7モジュール
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現時点ではあまり差がありませんが、組み合わせが増えると効果が顕著になります。
3アルゴリズム × 4テーマの場合は以下のようになります。
- 導入前: 3 × 4 = 12クラス
- 導入後: 3 + 4 + 2（ロール・基底） = 9モジュール
4アルゴリズム × 5テーマの場合は以下の通りです。
- 導入前: 4 × 5 = 20クラス
- 導入後: 4 + 5 + 2 = 11モジュール
今回のまとめ
第4回では、Bridgeパターンを導入してクラス爆発問題を解決しました。
- アルゴリズムをRoleとして分離（Implementor）
- テーマを基底クラスで統一（Abstraction）
- 委譲により、テーマとアルゴリズムを自由に組み合わせ
- n × m クラスが n + m クラスに削減
次回は、新しいテーマ「水中神殿」を追加して、Bridgeパターンの拡張性を体験します。
既存のコードを変更せずに、1クラス追加するだけで済むことを確認しましょう。
