C++のプロキシクラスとは？プロキシデザインパターンの仕組みと実装例

本記事では、C++におけるプロキシクラス（Proxy Class）について解説します。プロキシクラスとは、いわゆるプロキシデザインパターンを実現するためのクラスです。このパターンでは、あるオブジェクトが別のクラスのために「修正されたインターフェース」を提供します。具体的なコード例を見ながら、その仕組みを理解していきましょう。

課題：0と1だけを格納できる配列クラスを作りたい

ここでは、「バイナリ値（0または1）しか格納できない配列クラス」を作成することを目標とします。まずは素朴な第一の試みから見てみましょう。

最初のコード例

class BinArray {
    int arr[10];
    int & operator[](int i) {
        // ここに何らかのコードを記述
    }
};

このコードには値の妥当性チェックが存在しません。本来であれば、arr[1] = 98; のような不正な代入に対してエラーを報告したいところです。

しかし残念ながら、operator[] の戻り値として int& を返す設計では、これは実現できません。operator[] が受け取るのは添字（インデックス）であり、そこに代入される値そのものを検査するタイミングがないからです。

解決策：プロキシパターンによる実装

そこで登場するのがプロキシパターンです。配列要素への参照を直接返す代わりに、代入操作を横取りして検証を行う中間オブジェクト（プロキシ）を返すようにします。以下がその実装例です。

#include <iostream>
using namespace std;
class ProxyPat {
    private:
        int * my_ptr;
    public:
        ProxyPat(int& r) : my_ptr(&r) {
        }
        void operator = (int n) {
            if (n > 1) {
                throw "This is not a binary digit";
            }
            *my_ptr = n;
        }
};
class BinaryArray {
    private:
        int binArray[10];
    public:
        ProxyPat operator[](int i) {
            return ProxyPat(binArray[i]);
        }
        int item_at_pos(int i) {
            return binArray[i];
        }
};
int main() {
    BinaryArray a;
    try {
        a[0] = 1; // 例外は発生しない
        cout << a.item_at_pos(0) << endl;
    }
    catch (const char * e) {
        cout << e << endl;
    }
    try {
        a[1] = 98; // 例外が発生する
        cout << a.item_at_pos(1) << endl;
    }
    catch (const char * e) {
        cout << e << endl;
    }
}

実行結果

1
This is not a binary digit

コードのポイント解説

• ProxyPatクラス：配列要素へのポインタを保持し、operator= をオーバーロードしています。代入される値が1より大きい場合は例外をスローし、正当なバイナリ値の場合のみ実際の要素へ書き込みます。
• BinaryArrayクラス：operator[] が int& ではなく ProxyPat オブジェクトを返す点が重要です。これにより、a[1] = 98; のような代入式は、プロキシオブジェクトの operator= 呼び出しに変換されます。
• 動作の流れ：a[0] = 1; は正常に書き込まれて「1」が出力され、a[1] = 98; は値の検証に失敗して例外メッセージが出力されます。

このようにプロキシクラスを利用することで、通常の配列のような直感的な構文を保ちながら、代入時に独自のバリデーション処理を挟むことが可能になります。ビットフラグ管理や範囲チェック付きコンテナなど、さまざまな場面で応用できる強力なテクニックです。