パターンマッチング完全ガイド

パターンマッチング完全ガイド

Elixirのパターンマッチング機能を、実務で使える実装例とともに詳しく解説します。

1. パターンマッチングとは

パターンマッチングの特徴

パターンマッチングは、Elixirの最も重要な機能の一つです。データの構造を分解し、条件分岐を簡潔に記述できます。

パターンマッチングの用途
   ├─ データの分解
   ├─ 条件分岐
   ├─ 関数の多重定義
   └─ エラーハンドリング

なぜパターンマッチングが必要か

問題のある構成（パターンマッチングなし）:

# 問題: 複雑な条件分岐
def process_result(result) do
  if is_tuple(result) do
    if tuple_size(result) == 2 do
      status = elem(result, 0)
      data = elem(result, 1)
      if status == :ok do
        handle_success(data)
      else
        handle_error(data)
      end
    end
  end
end

解決: パターンマッチングによる簡潔な記述

# 解決: パターンマッチングで簡潔に
def process_result({:ok, data}) do
  handle_success(data)
end

def process_result({:error, reason}) do
  handle_error(reason)
end

2. 基本的なパターンマッチング

代入とパターンマッチング

# 基本的な代入
x = 1

# タプルのパターンマッチング
{a, b} = {1, 2}
# a => 1, b => 2

# リストのパターンマッチング
[head | tail] = [1, 2, 3, 4]
# head => 1, tail => [2, 3, 4]

# マップのパターンマッチング
%{name: name, age: age} = %{name: "Alice", age: 30}
# name => "Alice", age => 30

ピン演算子（^）

# 変数の値を固定（再代入を防ぐ）
x = 1
^x = 1  # 成功
^x = 2  # MatchError

# パターンマッチングでの使用
x = 1
{^x, y} = {1, 2}  # 成功: xは1で固定
{^x, y} = {2, 3}  # MatchError: xは1なので2とマッチしない

3. 関数でのパターンマッチング

関数の多重定義

defmodule Math do
  # 0の場合
  def factorial(0), do: 1

  # 正の数の場合
  def factorial(n) when n > 0 do
    n * factorial(n - 1)
  end

  # 負の数の場合
  def factorial(_n) do
    {:error, "Factorial is not defined for negative numbers"}
  end
end

Math.factorial(5)  # => 120
Math.factorial(0)  # => 1
Math.factorial(-1)  # => {:error, "Factorial is not defined for negative numbers"}

ガード節の使用

defmodule User do
  def process_user(%{age: age}) when age >= 18 do
    {:ok, "Adult user"}
  end

  def process_user(%{age: age}) when age < 18 do
    {:ok, "Minor user"}
  end

  def process_user(_) do
    {:error, "Invalid user"}
  end
end

4. case文でのパターンマッチング

case文の基本

case File.read("config.json") do
  {:ok, content} ->
    IO.puts("File read successfully")
    process_content(content)

  {:error, :enoent} ->
    IO.puts("File not found")

  {:error, reason} ->
    IO.puts("Error: #{inspect(reason)}")
end

ガード節との組み合わせ

case {1, 2, 3} do
  {1, x, 3} when x > 0 ->
    IO.puts("x is positive: #{x}")

  {1, x, 3} when x <= 0 ->
    IO.puts("x is not positive: #{x}")

  _ ->
    IO.puts("No match")
end

5. with文でのパターンマッチング

with文の基本

def create_user(params) do
  with {:ok, user} <- validate_user(params),
       {:ok, saved_user} <- save_user(user),
       {:ok, _email} <- send_welcome_email(saved_user) do
    {:ok, saved_user}
  else
    {:error, reason} ->
      {:error, reason}
  end
end

ネストしたパターンマッチング

def process_order(order_id) do
  with {:ok, order} <- fetch_order(order_id),
       {:ok, user} <- fetch_user(order.user_id),
       {:ok, payment} <- process_payment(order, user) do
    {:ok, %{order: order, user: user, payment: payment}}
  else
    {:error, :order_not_found} ->
      {:error, "Order not found"}

    {:error, :user_not_found} ->
      {:error, "User not found"}

    {:error, reason} ->
      {:error, "Payment failed: #{inspect(reason)}"}
  end
end

6. 実務でのベストプラクティス

パターン1: エラーハンドリング

defmodule UserService do
  def create_user(params) do
    with {:ok, validated} <- validate_params(params),
         {:ok, user} <- insert_user(validated),
         {:ok, _} <- send_welcome_email(user) do
      {:ok, user}
    else
      {:error, %Ecto.Changeset{} = changeset} ->
        {:error, format_changeset_errors(changeset)}

      {:error, reason} ->
        {:error, reason}
    end
  end

  defp validate_params(params) do
    # バリデーションロジック
    if valid?(params) do
      {:ok, params}
    else
      {:error, :invalid_params}
    end
  end
end

パターン2: データ変換

defmodule DataTransformer do
  def transform(%{status: :ok, data: data}) do
    {:ok, process_data(data)}
  end

  def transform(%{status: :error, reason: reason}) do
    {:error, reason}
  end

  def transform(data) when is_list(data) do
    Enum.map(data, &transform/1)
  end

  def transform(_) do
    {:error, :invalid_format}
  end
end

7. よくある問題と解決策

問題1: パターンがマッチしない

原因:

• データ構造が期待と異なる
• ガード節の条件が厳しすぎる

解決策:

# デバッグ用のログを追加
def process(data) do
  IO.inspect(data, label: "Received data")

  case data do
    {:ok, value} -> handle_success(value)
    {:error, reason} -> handle_error(reason)
    other -> IO.inspect(other, label: "Unexpected pattern")
  end
end

問題2: 変数のシャドウイング

原因:

• 同じ変数名を複数回使用している

解決策:

# ピン演算子を使用
x = 1
{^x, y} = {1, 2}  # xの値を固定

# または、異なる変数名を使用
x = 1
{_x, y} = {2, 3}  # xを無視

これで、パターンマッチングの基礎知識と実務での使い方を理解できるようになりました。