【C#】依存性注入 (DI：Dependency Injection) について

C#でクラス設計をしていると、依存性注入 (DI : Dependency Injection) というものがとても重要になってきます。

以下の記事で説明したポリモーフィズムが依存性注入に深く関係しています。

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【C#】ポリモーフィズムについて

はじめに こうちゃ こんにちは、こうちゃです。 オブジェクト指向の重要な概念として、ポリモーフィズム (多態性) というものがあります。 これまでみてきた abstract virtual […]

今回は、依存性注入 (DI) の仕組みとメリットについて 説明していきます。

class Game
{
    private Enemy enemy;

    public Game()
    {
        enemy = new Enemy();
    }

    public void Start()
    {
        enemy.Attack();
    }
}

上記のようなクラス設計の場合、何が問題になるでしょうか。

それは、メンバ変数「enemy」が他クラスに差し替えられない ということです。

もちろん、この「Game」クラス自体を修正すれば差し替えられますが、非常に柔軟性・拡張性が低いです。
現在のこの設計は「Game」クラスが「Enemy」クラスに強く依存している と言えます。

DIを利用しない際の問題点

• 特定のクラス (今回だと「Enemy」) に強く依存する
• 別クラスに差し替えができない
• テストなどが実施しにくい (後述)

DIありの例

interface IEnemy
{
    void Attack();
}

class Enemy : IEnemy
{
    public void Attack()
    {
        Console.WriteLine("攻撃！");
    }
}

class Game
{
    private IEnemy enemy;

    public Game(IEnemy enemy)
    {
        this.enemy = enemy;
    }

    public void Start()
    {
        enemy.Attack();
    }
}

DIなしの時と「Game」クラスを比較して、

• メンバのインスタンスが「Enemy」(クラス) から「IEnemy」(インターフェース) に変更
• コンストラクタで「IEnemy」のインスタンスを引数で渡し、それをメンバのインスタンスに注入
  （DIなしでは「Enemy」クラスでインスタンス化）

という違いがあります。

こうすることで、インスタンス「enemy」は外部で作成して「Game」クラス生成時に注入することが可能になります。

IEnemy enemy = new Enemy();
Game game = new Game(enemy);
game.Start();

DI利用のポイント

• 「Game」は「enemy」の実体を知らない
• 「IEnemy」にのみ依存しており、「enemy」を差し替え可能

→DIを利用すると 依存度を弱め、柔軟性・拡張性が上がる

依存性注入 (DI) のメリット

インスタンス実体の差し替えが簡単

メリット1つ目として、差し替えが簡単になる ということがあります。

class Boss : IEnemy
{
    public void Attack()
    {
        Console.WriteLine("強力攻撃！");
    }
}

IEnemy boss = new Boss();
Game game = new Game(boss);
game.Start();

このように、「Game」クラスの「enemy」インスタンスに「Boss」クラスのインスタンスを渡すことも可能です。
「Game」クラスは一切変更せずに、中身の動き (「enemy」に関わる部分) を変えることができることはメリットと言えるでしょう。

テストが実施しやすい

メリット2つ目としては、「Game」クラスのテストがやりやすくなることです。

class MockEnemy : IEnemy
{
    public int attackCallCount = 0;
    public void Attack()
    {
        attackCallCount++;
    }
}

IEnemy mockEnemy = new MockEnemy();
Game game = new Game(mockEnemy);
game.Start();
Console.WriteLine($"Attackメソッドの呼び出し回数: {((MockEnemy)mockEnemy).attackCallCount}");

「Attack」メソッドでメンバ変数をインクリメントする「MockEnemy」クラスを作成しました。
「MockEnemy」を「Game」クラスに渡すことで、「game.Start()」で「enemy.Attack()」が正常に呼ばれているかを確認できるようになります。

このように、「Game」クラスのテストの際に「enemy」にテスト用クラスを注入できるため、テストが簡単に実施できるのは大きなメリットと言えます。

クラス同士が疎結合になる

DIなしの例のように、「Game」クラスが「Enemy」クラスのインスタンスを所持している状態は、クラスが密結合であると言えます。

ですがDIを利用することで、「Game」クラスが「Enemy」クラスに依存しなくなったので、疎結合になりました。

このように、クラス同士の結びつきが弱くなると変更に強い設計となるため、より保守性が向上するというメリットがあります。

ポリモーフィズムと依存性注入 (DI) の関係

冒頭で、ポリモーフィズムはDIに深く関係していると言いました。

ポリモーフィズムは 同じ呼び出し方で動作が異なる仕組み でした。

DIはこのポリモーフィズムという仕組みがあるからこそ成り立っていると言えます。
ポリモーフィズムがあるから 異なる動作をする実体を外部から渡す ことができます。

今回の例では、ポリモーフィズムをインターフェースを使って実現しました。
この3つの関係は以下のようになります。

• インターフェース → 呼び方を統一
• ポリモーフィズム → 動作を変える
• DI → 動作を変えるための実体を差し替える

このように、DIは3つセットで初めて機能する仕組みになります。

まとめ

依存性注入 (DI) は、依存するインスタンスを外部から渡す仕組み になります。

以下のように考えましょう。

• DIなし → 単一のクラスしか使えない
• DIあり → 宣言されているインターフェースを継承している全クラスで差し替え可能

さいごに

今回は、依存性注入 (DI) について説明しました。

インターフェースとかポリモーフィズムとか、今まで取り上げてきた内容が登場しましたね。
DIについては、ポリモーフィズムという仕組みがあるからこそ成り立っている機能です。
このように、各機能・仕組みの関係がわかってくると、「なんでこの機能・仕組みが必要なの？」がわかってきておもしろいですね。

DIについては、今後の記事でも登場予定ですので、次の登場を楽しみにしていてください。(笑)
今回はここまで♪