コードの責務分離とビルダーパターン：効果的なモジュール設計の実践

ソフトウェア開発では、コードの責務を適切に分離することが重要です。
また、使いやすいインターフェースを提供することも欠かせません。
これらは保守性と拡張性の向上につながります。

本記事では、抽象化レイヤーを活用した責務分離の方法を解説します。
さらに、ビルダーパターンを用いて複雑なオブジェクトの生成を簡略化する方法も紹介します。
これらの手法について、具体的な例を交えて説明していきます。

責務分離の重要性

責務分離は、単一責任の原則に基づいています。
この原則によれば、クラスは一つの理由でのみ変更されるべきです。

適切に責務を分離することで、以下の利点が得られます。

コードの可読性向上
モジュール性の向上
テスト容易性の向上
拡張性と再利用性の向上

ショッピングカートシステムを例に、責務分離を適用する過程を見ていきましょう。
さらに、ビルダーパターンを導入して使いやすさを向上させる方法も紹介します。

初期の実装：責務が混在したバージョン

まず、責務が適切に分離されていない初期の実装を見てみましょう。

class ShoppingCart:
    def __init__(self):
        self.items = []

    def add_item(self, item, price, quantity):
        self.items.append({"item": item, "price": price, "quantity": quantity})

    def remove_item(self, item):
        self.items = [i for i in self.items if i["item"] != item]

    def calculate_total(self):
        total = sum(item["price"] * item["quantity"] for item in self.items)
        if total > 100:
            total *= 0.9  # 10% discount for orders over $100
        return total

    def generate_invoice(self):
        invoice = "Invoice:\n"
        for item in self.items:
            invoice += f"{item['item']}: ${item['price']} x {item['quantity']}\n"
        invoice += f"Total: ${self.calculate_total()}"
        return invoice

# Usage
cart = ShoppingCart()
cart.add_item("Book", 20, 2)
cart.add_item("Pen", 5, 5)
print(cart.generate_invoice())

この改善版では、責務が以下のように分離されています。

CartItemManager: 商品の管理を担当
TotalCalculator: 合計金額の計算を担当
DiscountStrategy: 割引の適用を担当
InvoiceGenerator: 請求書の生成を担当
ShoppingCart: 全体の調整を担当

ビルダーパターンの導入

責務を分離したことで、ShoppingCartの初期化が複雑になりました。
この問題を解決するために、ビルダーパターンを導入します。

class ShoppingCartBuilder:
    def __init__(self):
        self.item_manager = CartItemManager()
        self.discount_strategy = PercentageDiscount(100, 0.1)
        self.total_calculator = None
        self.invoice_generator = SimpleInvoiceGenerator()

    def with_discount_strategy(self, strategy):
        self.discount_strategy = strategy
        return self

    def with_invoice_generator(self, generator):
        self.invoice_generator = generator
        return self

    def build(self):
        if self.total_calculator is None:
            self.total_calculator = TotalCalculator(self.discount_strategy)
        return ShoppingCart(self.item_manager, self.total_calculator, self.invoice_generator)

# Usage
cart = ShoppingCartBuilder().build()  # デフォルト設定で作成

# または
cart = (ShoppingCartBuilder()
        .with_discount_strategy(PercentageDiscount(200, 0.15))
        .with_invoice_generator(PDFInvoiceGenerator())
        .build())

cart.add_item(Item("Book", 20), 2)
cart.add_item(Item("Pen", 5), 5)
print(cart.generate_invoice())

ビルダーパターンを導入することで、以下の利点が得られます。

柔軟性
各コンポーネントを個別にカスタマイズできます。

読みやすさ
メソッドチェーンにより、構築過程が明確になります。

デフォルト値の扱いやすさ
必要な部分だけをカスタマイズできます。

複雑な構築ロジックの隠蔽
構築に関連する複雑なロジックをビルダー内に隠蔽できます。