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▶ 全セルを順に実行 各コードセルの「▶ このセルまで実行」で、そのセルまでを順に実行できます。HTML表・グラフ・DBは元ページを参照してください。

01.2 カプセル化 — 内部状態を外から守る

前のレッスンで、BankAccount の balance が小文字（非公開）で始まっていたのを覚えていますか？

このレッスルでは、カプセル化（encapsulation）を学びます。 「データ（フィールド）を外から直接いじらせず、メソッドという入り口だけを公開する」ことで、 オブジェクトの不変条件（「在庫は負にならない」「残高は不足分を出せない」等）を守る設計をします。

このレッスンのゴール:

• エクスポート（大文字）/非エクスポート（小文字）の意味を説明できる
• コンストラクタとメソッドだけで状態を操作する「公開 API」を作れる
• フィールドを直接触ると何が起きるか、実演で説明できる

1. カプセル化とは

現実の自動販売機を想像してください。

• あなたが操作できるのは「お金を入れる」「ボタンを押す」「釣銭を受け取る」だけ
• 中の在庫や売上は、ガラス越しに見えても直接いじれない
• もし中の部品を直接いじれたら、在庫を無限にしたり、お金を無料で引き出したりできる

ソフトウェアのオブジェクトも同じです。フィールド（中の状態）を直接変更させず、 メソッド（操作の入り口）だけを公開する。これがカプセル化です。

Go では、先頭を大文字にするとエクスポート（公開）、小文字だと非エクスポート（非公開）になります。

2. 自動販売機を作る

VendingMachine を構造体で定義します。inserted（投入金額）と stock（在庫）は小文字で、 外部（他のパッケージ）から直接触れないことを意味します。

▶ セル1〜1 を実行

import (
	"errors"
	"fmt"
	"strings"

	"github.com/janpfeifer/gonb/gonbui"
)

// ErrUnanswered は、練習問題が未回答のときにプレースホルダ関数が返す特別なエラー。
var ErrUnanswered = errors.New("未回答: この関数はまだ実装されていません")

▶ セル1〜2 を実行

// price は商品ごとの値段（このノートブック内だけの簡易表）
var priceOf = map[string]int{"cola": 120, "tea": 100, "water": 80}

type VendingMachine struct {
	inserted int               // 非公開: 投入金額の合計
	stock    map[string]int    // 非公開: 商品ごとの在庫
}

// NewVendingMachine は「正しい初期状態」の自販機を作る（コンストラクタ）
func NewVendingMachine() *VendingMachine {
	return &VendingMachine{
		stock: map[string]int{"cola": 5, "tea": 3, "water": 0},
	}
}

// InsertCoin はお金を投入する。0円以下はエラー。
func (v *VendingMachine) InsertCoin(amount int) error {
	if amount <= 0 {
		return errors.New("coin must be positive")
	}
	v.inserted += amount
	return nil
}

// Inserted は投入金額を返す（読み取りだけ）
func (v *VendingMachine) Inserted() int {
	return v.inserted
}

// Stock は指定商品の在庫を返す（読み取りだけ）
func (v *VendingMachine) Stock(item string) int {
	return v.stock[item]
}

// Buy は商品を買う。在庫・金額のチェックはここで行う。
func (v *VendingMachine) Buy(item string) (string, error) {
	price, ok := priceOf[item]
	if !ok {
		return "", fmt.Errorf("unknown item: %s", item)
	}
	if v.stock[item] <= 0 {
		return "", fmt.Errorf("sold out: %s", item)
	}
	if v.inserted < price {
		return "", fmt.Errorf("insufficient coins: inserted=%d, need=%d", v.inserted, price)
	}
	v.inserted -= price
	v.stock[item]--
	return item, nil
}

// Refund は投入金額をすべて返金する
func (v *VendingMachine) Refund() int {
	amount := v.inserted
	v.inserted = 0
	return amount
}

ここがポイント

• NewVendingMachine で「在庫が必ず入っている」状態からしか始められない
• Buy の中に「在庫がない→エラー」「金額不足→エラー」というルールが閉じ込められている
• 外部からは InsertCoin / Buy / Refund のメソッドを通してしか状態を変えられない

3. メソッド経由で正しく使う

投入→購入→返金の流れを、正しい（メソッド経由の）使い方で実行します。

▶ セル1〜3 を実行

var vending = NewVendingMachine()

func vmRecord(label string, result string) {
	fmt.Printf("%-28s → %s\n", label, result)
}

▶ セル1〜4 を実行

%%
vmRecord("初期状態の在庫: コーラ", fmt.Sprintf("%d 本", vending.Stock("cola")))
vmRecord("100円投入", fmt.Sprint(vending.InsertCoin(100)))
vmRecord("コーラ(120円)購入", func() string {
	r, err := vending.Buy("cola")
	if err != nil {
		return "エラー: " + err.Error()
	}
	return r + " が買えた"
}())
vmRecord("20円追加投入", fmt.Sprint(vending.InsertCoin(20)))
vmRecord("コーラ(120円)購入", func() string {
	r, err := vending.Buy("cola")
	if err != nil {
		return "エラー: " + err.Error()
	}
	return r + " が買えた"
}())
vmRecord("水(80円)購入(在庫0)", func() string {
	r, err := vending.Buy("water")
	if err != nil {
		return "エラー: " + err.Error()
	}
	return r
}())
vmRecord("返金", fmt.Sprintf("%d 円", vending.Refund()))

初期状態の在庫: コーラ                 → 5 本
100円投入                       → <nil>
コーラ(120円)購入                  → エラー: insufficient coins: inserted=100, need=120
20円追加投入                      → <nil>
コーラ(120円)購入                  → cola が買えた
水(80円)購入(在庫0)                → エラー: sold out: water
返金                           → 0 円

読んでください: 「水（在庫0）の購入」がエラーになり、Refund で残金が戻っています。 在庫ゼロの商品は Buy メソッドがエラーで止めてくれるので、在庫がマイナスになることは起きません。

4. つまずきポイント: フィールドを直接触るとどうなるか

カプセル化のありがたみは、「フィールドを直接いじれると何が起きるか」を見ると分かります。

注意: このノートブック内は 1 つのパッケージなので、技術的には v.stock を直接変更できてしまいます。 実際の Go プロジェクトでは「外部パッケージ」からは小文字フィールドに触るとコンパイルエラーになります。 ここでは「もし直接いじれたら」の実演として確認します。

▶ セル1〜5 を実行

// 本来なら外部からはできない「在庫の直接書き換え」を実演する
func cheatStock(v *VendingMachine) {
	v.stock["cola"] = 99999 // メソッドをすり抜けて在庫を増やす
}

▶ セル1〜6 を実行

%%
fmt.Println("Before: cola =", vending.Stock("cola"))
cheatStock(vending)
fmt.Println("After : cola =", vending.Stock("cola"), "← 検品なしで在庫が 99999 に")
fmt.Println("この『メソッドをすり抜ける変更』をさせないことがカプセル化の目的")

Before: cola = 5
After : cola = 99999 ← 検品なしで在庫が 99999 に
この『メソッドをすり抜ける変更』をさせないことがカプセル化の目的

学んだこと: Buy のようなメソッド経由なら在庫は正しく減り、売り切れはエラーになります。 一方、フィールドを直接いじれば、在庫の整合性を破壊できます。 カプセル化は「変更の入り口をメソッドに 1 つに絞る」ことで、この破壊をコンパイル時（外部パッケージ）または 規約（内部）で防ぐ仕組みです。

5. 直感・類推: 銀行の窓口と金庫

自販機の中身（在庫・売上）は、金庫の中のお金だと思ってください。 金庫を直接開けられるのは中の人だけ。あなた（外部）は窓口（メソッド）を通してだけ操作できます。

• 窓口係は「残高確認」「入金」「出金」を手順どおりに処理し、ルール（残高不足なら出金できない等）を守る
• もし金庫を直接開けられたら、ルールは無意味になる

バックエンドでは、モデルの不変条件をメソッドに閉じ込め、直接アクセスを禁止することが、 データの整合性を守る基本の設計になります（DB の「制約」と似た考え方で、02 章で扱います）。

練習問題 1.2: Restock（在庫補充）を実装しよう

VendingMachine に Restock メソッドを追加してください。自動販売機の管理担当者が 在庫を補充するための操作です。

仕様:

func (v *VendingMachine) Restock(item string, n int) error

• 商品が存在しない（priceOf に無い）ならエラー
• n <= 0 ならエラー
• それ以外は在庫に n を加えて nil を返す

▶ セル1〜7 を実行

// YOUR CODE HERE
// func (v *VendingMachine) Restock(item string, n int) error を実装してください。
// （未実装のままチェックセルを実行すると「未回答」と表示されます）
func (v *VendingMachine) Restock(item string, n int) error {
	return ErrUnanswered
}

チェックのためのヘルパー

▶ セル1〜8 を実行

import "reflect"
import "fmt"

func mustEqual(got, want any, name string) {
	if reflect.DeepEqual(got, want) {
		fmt.Printf("✅ Passed: %s\n", name)
		return
	}
	panic(fmt.Sprintf("❌ %s\n  got  = %v (%T)\n  want = %v (%T)", name, got, got, want, want))
}

▶ セル1〜9 を実行

%%
m := NewVendingMachine()
err1 := m.Restock("water", 5)
if errors.Is(err1, ErrUnanswered) {
	fmt.Println("⚠️ 未回答: 練習問題を解いてから、このセルを再度実行してください")
} else {
	mustEqual(err1, nil, "Restock(water, 5) はエラーなし")
	mustEqual(m.Stock("water"), 5, "water の在庫が 0 → 5")

	err2 := m.Restock("pizza", 1)
	mustEqual(err2 != nil, true, "存在しない商品はエラー")

	err3 := m.Restock("cola", 0)
	mustEqual(err3 != nil, true, "0 以下の補充はエラー")
	err4 := m.Restock("cola", -3)
	mustEqual(err4 != nil, true, "負の補充はエラー")

	fmt.Println("🎉 すべてのチェックが通りました")
}

⚠️ 未回答: 練習問題を解いてから、このセルを再度実行してください

まとめ

• カプセル化 = フィールドを非公開（小文字）にして、操作の入り口をメソッドに絞る
• コンストラクタで正しい初期状態を保証し、メソッド内で不変条件を守る
• フィールド直接変更は整合性を壊す → 入り口を 1 つにすることが守りになる

答え合わせは 01.2-encapsulation-solutions.ipynb で行ってください。 次は 01.3 で「継承の代わり」になる埋め込み（composition）を学びます。