実用的なプログラミングにおいて、名前と概念を結びつける「束縛」はほぼ必須の概念である。しかし、その言葉には大きな誤解と混乱が根付いていた。

事の発端となったのは「Haskellにおいては、変数は値を代入するものではなく、値に束縛するものである」という議論である*1 *2。しかし、これは大きな誤解を孕んでいる。言葉の定義に立ち返ってその誤解を解いていこう。

束縛とバインディング

実は「束縛」には二つの意味がある。一つは、数学的な意味での変数の束縛*3、もう一つは、識別子と実体の結合という意味での束縛*4だ。

前者は変数の導入と言い換えることもできる。ラムダ計算におけるラムダ抽象と変数の関係もこれである。重要なのは、これはあくまで変数とそれを導入する抽象の関係であり、変数と実体の関係ではないことだ。

「AをBに束縛する」と言った場合後者で、プログラミングの文脈ではこちらを耳にすることが多いだろう。混乱を避けるため、後者を「バインディング」、あるいは「バインド」と本稿で呼ぶことにする。バインディングは以下のような関係性として説明できる。

主語 バインディングが

バインディングが 目的語 識別子を

識別子を 間接目的語 実体(式、値、計算など)に

実体(式、値、計算など)に 述語 束縛する

Haskellにおける誤解

Haskellは、 x = 42 のような定義を与えることによって、変数で値を参照できる。だからといって「Haskellでは変数を値にバインドする」と言い切ってしまうことには大きな問題がある。理由は簡単で、変数に対して値以外もバインドできるからだ。例えば y = x + 1 という宣言を考えてみよう。この宣言は y をバインドするが、その対象は x + 1 という計算であり、式を評価した結果の値ではない。

定義がインライン化(その名前が使われている場所に展開)されず、メモリ上に領域を確保すべきものと処理系が判断した場合、初めて値に関する議論が始まる――これが「代入」である。代入は、オブジェクトをヒープ(実行時に確保されるメモリ領域)上の場所にセットする。ここで言うオブジェクトは大きく分けて2種類ある*5。

未評価の計算( 1 + 1 など)

など) 値( 1 、 Just (6 * 7) 、 \x -> x * x )など

代入に構文上の概念である変数が介在する必要はなく、しかも値以外のオブジェクトも代入できる。したがって、Haskellの文脈で「変数に値を代入する」と言うのは便宜的に通用こそするものの、実は二重、三重に混乱した表現であることがわかる。

この混乱は言語仕様ですらやらかしてしまっている。Haskell 2010 Language Reportの3.17.2 Informal Semantics of Pattern Matchingを見ると、"Binding does not imply evaluation"と注記しているにもかかわらず、本来オブジェクトに対するものであるパターンマッチを値に対するものと宣言してしまい、変数を値に束縛するという旨の表現を二箇所で使ってしまっている。学習者は言語仕様を読むだけでなく、 case undefined + undefined of _ -> 42 のような式を手元で評価し、実際の意味論を把握することを推奨する。

さらなる誤解？

Rustの公式ドキュメント *6 では、「値を変数に束縛する(bind some value to a name)」という、ここまでの議論からすればもってのほかな表現が使われている。この節は削除されたが、同様の表現が最新版にも残っている。これに関して、所有権によって変数と値の一対一対応があるから可能であるという意見が有識者によって述べられた。

加えてHaskellと違いRustにはサンクなどは存在しないため、確かにそう言うこともできるのかもしれない。

まとめ

以下のような主張はすべて誤りである。

Haskellに変数は存在しない : 変数は本来不定のものという意味で、一度代入した値を変えられる構造ではない。それだけでなく、HaskellにはIORefのような参照型も存在する。そもそも本来「ミュータブルな参照」と呼ぶべき概念を変数と呼称すべきではない。

: 変数は本来不定のものという意味で、一度代入した値を変えられる構造ではない。それだけでなく、HaskellにはIORefのような参照型も存在する。そもそも本来「ミュータブルな参照」と呼ぶべき概念を変数と呼称すべきではない。 Haskellでは全てが定数である : 定数は場合にかかわらず決まった値を持つもの、例えば0や円周率などで、実行時に変化させることのできないものがすべて定数というわけではない。

: 定数は場合にかかわらず決まった値を持つもの、例えば0や円周率などで、実行時に変化させることのできないものがすべて定数というわけではない。 Haskellには代入は存在しない : 代入そのものはほとんどの実用的な言語に存在する概念で、もちろんHaskellも例外ではない。変数が直接指し示す場所に 再代入 をすることは許されていない点が、Cなどの典型的な手続き型言語と異なる。繰り返しになるが、IORefやミュータブルな配列などを使えば、同じ構造を参照しながら、中身の値を実行時に変化させることができる。

: 代入そのものはほとんどの実用的な言語に存在する概念で、もちろんHaskellも例外ではない。変数が直接指し示す場所に をすることは許されていない点が、Cなどの典型的な手続き型言語と異なる。繰り返しになるが、IORefやミュータブルな配列などを使えば、同じ構造を参照しながら、中身の値を実行時に変化させることができる。 純粋な関数型言語では変数は値に直接束縛される: この文言を信じていると、遅延評価を原則とする言語で痛い目を見ることになるだろう。バインディングは式の評価とは無関係であることを忘れてはいけない。

また、英語などで書かれた文書を翻訳するときも、bindがどちらの意味で使われているかに注意を払うべきである。