JavaScriptで独自のSetクラスを実装する方法【和集合・差集合の実装例つき】

セット(Set)は、重複しない値のコレクションを扱うための基本的なデータ構造です。JavaScriptには標準で組み込みのSetオブジェクトが用意されていますが、その内部動作を理解するには、独自のMySetクラスをゼロから実装してみるのが効果的です。

以下は、基本操作(追加・削除・検索・クリア)、反復処理、そして和集合と差集合を求める静的メソッドまでを含んだ、MySetクラスの完全な実装例です。

MySetクラスの実装例

class MySet {
    constructor() {
        this.container = {};
    }
    display() {
        console.log(this.container);
    }
    has(val) {
        return Object.prototype.hasOwnProperty.call(this.container, val);
    }
    add(val) {
        if (!this.has(val)) {
            this.container[val] = val;
            return true;
        }
        return false;
    }
    delete(val) {
        if (this.has(val)) {
            delete this.container[val];
            return true;
        }
        return false;
    }
    clear() {
        this.container = {};
    }
    forEach(callback) {
        for (let prop in this.container) {
            callback(prop);
        }
    }
    static union(s1, s2) {
        if (!(s1 instanceof MySet) || !(s2 instanceof MySet)) {
            console.log("The given objects are not of type MySet");
            return null;
        }
        let newSet = new MySet();
        s1.forEach(elem => newSet.add(elem));
        s2.forEach(elem => newSet.add(elem));
        return newSet;
    }
    static difference(s1, s2) {
        if (!(s1 instanceof MySet) || !(s2 instanceof MySet)) {
            console.log("The given objects are not of type MySet");
            return null;
        }
        let newSet = new MySet();
        s1.forEach(elem => newSet.add(elem));
        s2.forEach(elem => newSet.delete(elem));
        return newSet;
    }
}

各メソッドの役割

基本操作

• has(val)：指定した値がセットに存在するかどうかを判定します。プロトタイプチェーン上のプロパティを誤って参照しないよう、Object.prototype.hasOwnProperty.call()を使用しています。
• add(val)：値がまだ存在しない場合のみ追加し、成功すればtrue、すでに存在する場合はfalseを返します。これにより重複が自動的に排除されます。
• delete(val)：値が存在すれば削除してtrue、存在しなければfalseを返します。
• clear()：セットの内容をすべて破棄し、空の状態に戻します。
• display()：デバッグ用に、内部コンテナの中身をコンソールへ出力します。

反復処理

• forEach(callback)：内部の各要素に対してコールバック関数を実行します。後述する和集合・差集合の処理でも活用されています。

集合演算（静的メソッド）

• union(s1, s2)：2つのセットの和集合を返します。引数がMySet型であるかを検証し、型が一致しない場合は警告を出力してnullを返します。
• difference(s1, s2)：最初のセットから2番目のセットに含まれる要素を取り除いた差集合を返します。

使用例

const setA = new MySet();
setA.add(1);
setA.add(2);
setA.add(3);

const setB = new MySet();
setB.add(2);
setB.add(4);

// 存在チェック
console.log(setA.has(2)); // true
console.log(setA.has(9)); // false

// 要素の削除
setA.delete(1);
setA.display(); // { '2': 2, '3': 3 }

// 和集合
const unionResult = MySet.union(setA, setB);
unionResult.display(); // { '2': 2, '3': 3, '4': 4 }

// 差集合
const diffResult = MySet.difference(setA, setB);
diffResult.display(); // { '3': 3 }

実装時の注意点

• 内部ではプレーンなオブジェクトをコンテナとして使っているため、数値などのキーは文字列に変換されて格納されます。
• 型チェックの際、!s1 instanceof MySetのように書くと!が先に評価され、意図どおりに動作しません。必ず!(s1 instanceof MySet)のように括弧で囲みましょう。
• 実際の開発では、ES2015(ES6)以降に組み込まれている標準のSetオブジェクトを使うのが一般的です。MySetのような自作実装は、セットというデータ構造の仕組みを学ぶのに最適な教材となります。