Swiftの拡張機能とProtocolのwhere句活用！初心者でもわかる高度な制約テクニック

先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「先生、Swiftのextensionやprotocolでwhereって書かれているコードを見たんですけど、これは何をしているんですか？」

先生

「とても大事なポイントですね。Swiftのwhere句は、条件を追加して拡張やプロトコルに制約をかける仕組みなんです。」

生徒

「条件を追加するって、具体的にはどういうことなんでしょう？」

先生

「例えば、ある型がIntやStringのときだけ動作するようにしたり、特定のプロトコルに準拠しているときだけメソッドを追加することができます。」

生徒

「なるほど！それって使える場面が多そうですね！」

先生

「はい、それでは実際の例を見ながら一緒に学んでいきましょう。」

1. Swiftのwhere句とは？

Swiftのwhere句は、extension（拡張）やprotocol（プロトコル）、そしてジェネリクスに「追加の条件」を付けられる構文です。ポイントは「いつでも使える機能」ではなく、「条件を満たす型のときだけ使える機能」を安全に用意できること。たとえば配列でも、要素が比べられる（Equatableに準拠している）場合に限って、重複チェックのような処理を追加できます。未経験の方は、“使える人だけが使える特別な道具を渡す”イメージにすると理解しやすいです。


extension Array where Element: Equatable {
    func isDuplicated(_ item: Element) -> Bool {
        return self.filter { $0 == item }.count >= 2
    }
}

let fruits = ["apple", "orange", "apple"]
print(fruits.isDuplicated("apple"))   // true
print(fruits.isDuplicated("banana"))  // false

このサンプルでは、配列の要素が「同じかどうか比較できる型」のときだけisDuplicatedが使えます。もし比較できない型に対して同じメソッドを無理に呼ぶと、Swiftはコンパイル時点で防いでくれるため、実行してからのエラーや不具合を減らせます。Swiftの型安全や、拡張機能による再利用のしやすさを強めたいときに、where句はとても役立ちます。

2. extensionでのwhere句の基本

extension（拡張）は、すでにある型（ArrayやStringなど）に「あとから便利な機能を足す」ための仕組みです。ここにwhere句を付けると、いつでも追加するのではなく「条件を満たすときだけ」追加するという書き方ができます。つまり、使えない状況では最初から呼べないようにして、間違いを減らせるのが大きな魅力です。

例えばArrayの場合、要素がEquatable（同じかどうか比べられる）なら、「同じ値が2回以上あるか」を調べるメソッドを追加できます。未経験の方は、“比較できる材料のときだけ使えるチェック道具”だと思うとイメージしやすいです。


extension Array where Element: Equatable {
    func containsTwice(_ item: Element) -> Bool {
        return self.filter { $0 == item }.count >= 2
    }
}

let numbers = [1, 2, 3, 2, 4]
print(numbers.containsTwice(2))  // true
print(numbers.containsTwice(5))  // false


true
false

この例では、配列の要素が比較可能な場合にだけcontainsTwiceメソッドが追加されます。たとえばIntやStringは比較できるので使えますが、比較のルールが決まっていない型だと、このメソッド自体が存在しない扱いになります。結果として「使えない場面で無理に呼ぶ」ミスを、コンパイル時点で防げるようになります。

3. protocolでのwhere句の活用

protocol（プロトコル）は、「この型はこの機能を持っています」と約束させるためのルール集です。ただ、すべての型に同じ実装を押しつけるのではなく、where句で条件を付けると「条件を満たす型だけに便利な初期実装を配る」ことができます。たとえば、文字列として説明できる型（CustomStringConvertible）にだけ、表示用のメソッドを用意する、といった使い方が典型です。

ポイントは、必要な情報（今回はdescription）を持っている型だけが、安全にその機能を使えるというところです。未経験の方は「名札（description）を付けている人だけ入れる受付（printInfo）」のように考えると分かりやすいです。


protocol Printable {
    func printInfo()
}

extension Printable where Self: CustomStringConvertible {
    func printInfo() {
        print(self.description)
    }
}

struct User: Printable, CustomStringConvertible {
    var name: String
    var description: String {
        return "User name is \(name)"
    }
}

let user = User(name: "Taro")
user.printInfo()


User name is Taro

この例では、Printableに「printInfoがある」という約束だけを書き、実装はwhere Self: CustomStringConvertibleで条件付きにしています。つまり、descriptionを用意できる型だけが、そのままprintInfoを使える仕組みです。逆に言うと、descriptionを持たない型はこの実装が適用されないので、うっかり中途半端な表示処理になるのを防げます。プロトコルの拡張とwhere句を組み合わせると、Swiftらしい読みやすい共通処理が作りやすくなります。

4. 複数条件を組み合わせたwhere句

where句は1つの条件だけでなく、複数の条件を組み合わせることも可能です。これによりさらに細かい制御ができます。


extension Array where Element: Numeric, Element: Comparable {
    func average() -> Element {
        let sum = self.reduce(0, +)
        return sum / Element(self.count)
    }
}

let scores = [80, 90, 100]
print(scores.average()) // 90

この例では、配列の要素が数値であり、かつ大小比較が可能なときだけ平均値を計算できるようにしています。