基本的なコンセプトと用語

各 Motoko プログラム は、宣言と式を自由に組み合わせたもので、それらの構文的な分類は異なるものの互いに関連しているということを思い出しましょう。 この章では、例を使って宣言と式の区別を説明し、それらを混在させて使うことに慣れていきます。

上で最初に紹介したサンプルプログラムを思い出しましょう：

実際のところ、このプログラムは以下の 3 個の宣言からなる 宣言のリスト です：

この式 x * y + x は、より一般的な原理を示しています。 それぞれの式は、その式の結果の値で無名変数を暗黙的に宣言しているので、必要に応じて宣言と考えることができます。

式が最後の宣言として現れる場合、式は任意の型を持つことができます。ここでは、式 x * y + x の型は Nat です。

式が宣言リストの最後ではなく、宣言リストの中にある場合は、式はユニット型 () でなければなりません。

このユニット型でなければならないという制限は、ignore を明示的に使用して、使用されていない結果の値を無視することで切り抜けることができます。 例えば、以下のようになります：

宣言は相互再帰可能ですが、そうでない書き方のために代入セマンティクスを使うことができます（高校数学における式の単純化でおなじみの、等式を別の等式に代入すること。)

元の例を思い出してみましょう：

変数の宣言値をそれぞれの出現箇所に 代入 することで、上のプログラムを手動で書き換えることができます。 そうすることで次のような式になり、これも有効なプログラムです。

上の式も、元のプログラムと同じ型で、同じ動作（結果値 3）をする有効なプログラムです。 また、ブロックを使って一つの式を形成することもできます。

上記のプログラムの多くは、先ほどの例のように宣言のリストで構成されています：

宣言リストそれ自体は 式 ではないので、その最終値（3）を使って別の変数を（すぐに）宣言することはできません。

ブロック式：この宣言リストを 中括弧 で囲むことで、ブロック式 を形成することができます。ブロックは、if、loop、case などの制御フローのサブ式としてのみ使用できます。それ以外の場所では、do { …​ } を使ってブロック式を表現し、ブロックをオブジェクトリテラルと区別しています。例えば、do {} は () 型の空のブロックで、{} は {} 型の空のレコードです。

これも有効なプログラムですが、宣言された変数 x と y が、導入したブロック内のプライベートスコープになっています。

このブロック形式は、宣言リストとその 変数名の選択 の自律性を維持するのに役立ちます。

上の例では、ブロックを入れ子にすることで、それぞれの宣言リストとその変数名の選択の自律性が保たれることを説明しました。 言語理論家はこの考え方を 字句スコープ と呼んでいます。 つまり、変数のスコープはネストしても構わないが、ネストする際に干渉してはいけないということです。

例えば、次の（ブロックの外の）プログラムは、2 ではなく 42 と評価されます。なぜなら、最後の行で出現する x と y は、囲まれたブロック内の定義ではなく、最初の行の 定義を参照しているからです。

字句スコープを持たない他の言語では、このプログラムは異なる結果となるかもしれません。 しかし、モダンな言語では普遍的に字句スコープが好まれています。

数学的な明快さはさておき、字句スコープの実用的な利点は 安全性 であり、組成的に安全なシステムを構築する際に使用されます。 具体的には、Motoko は非常に強力な構成上の特性を持っています。例えば、信頼していないプログラムの中に自分のプログラムを入れ子にしても、入れ子の外のプログラムが、あなたの変数を恣意的に異なる意味に再定義することはできません。

Motoko では、以下のプリミティブな値の形式を利用することができます：

デフォルトでは、整数 と 自然数 は 制限なし で、オーバーフローしません。 その代わり、いかなる有限の数にも対応できるように、伸長する表現を使用しています。

実用性の観点から、Motoko には、デフォルトの制限なし数値とは別に、整数や自然数の 制限付き の型も含まれています。 それぞれの制限付き数値の型は、固定長（8, 16, 32, 64 のいずれか）を持ち、それぞれに “オーバーフロー” の可能性があります。このイベントが発生するとエラーとなり、プログラムはトラップします。

Motoko では、明示的に ラッピング 操作（演算子の中の % 文字で示されます）を行う場合などの十分に定義された状況を除いて、チェック・キャッチできないオーバーフローはありません。 Motoko では、さまざまな数値表現を変換するためのプリミティブな組み込み関数が用意されています。

言語のクイックリファレンスは、プリミティブ型の完全なリストを提供しています。

Motoko では、上記のプリミティブな値と型に加えて、ユーザー定義の型や、以下の非プリミティブな値の形式とそれに関連する型を利用することができます。

これらの形式の使用については後の章で説明します。 プリミティブな値と非プリミティブな値の正確な言語定義については、言語のクイックリファレンスを参照してください。

Motoko には void という名前の型はありません。 Java や C++ などの言語を使っていて、返り値の型が “void” だと思っている読者も多いと思いますが、代わりに () と書かれた ユニット型 を思い浮かべるようにしてみてください。

実用的には、void と同様に、ユニット値は一般的に表現上のコストがありません。

void 型とは異なり、ユニット値は 存在します が、void 型の返り値と同様、ユニット値は内部的には何の値も持たず、情報 は常にゼロです。

ユニット値を数学的に考えるもう一つの方法は、要素を持たないタプル（"nullary" ならぬ “zero-ary”）です。このようなプロパティを持つ値は1つしかないので、数学的に一意であり、よって実行時に表現する必要はありません。

この型のメンバは、通常の値である 0, 1, 2, …​ で構成されていますが、数学のように Nat が特別な最大サイズに制限されることはありません。 これらの値のランタイム表現は任意の大きさの数値に対応しており、"オーバーフロー" を（ほぼ）不可能にしています。 （ほぼ 不可能というのは、プログラムのメモリが足りなくなるのと同じことで、極端な状況下ではプログラムによっては常に起こりうることだからです。)

Motoko では、通常の算術演算が可能です。 例として、次のようなプログラムを考えてみましょう：

このプログラムは Nat 型の値 45 と評価されます。

言語のエンジニアリングにおけるさまざまな実用上の理由から、Motoko の設計では組み込みの型や操作を最小限に抑えるようにしています。

その代わり、Motoko 標準ライブラリは、言語を完全なものにするための型や操作を可能な限り提供しています。 ただし、この標準ライブラリは開発中であり、まだ不完全です。

Motoko 標準ライブラリでは、Motoko 標準ライブラリからのモジュールを 選定して 示していますが、これは例題で使われているコアな機能に焦点を当てたもので、抜本的な変更はないと考えられます。 しかし、これらの標準ライブラリの API はすべて時間の経過とともに（程度の差こそあれ）確実に変化し、特にサイズと数が大きくなっていくでしょう。

標準ライブラリからインポートするには、import キーワードを使います。 導入するローカルモジュールの名前、この例では “Debug” を表す D と、import 宣言がインポートされたモジュールを見つけるための URL を指定します。

ここでは、Motoko のコードを（他のモジュール形式ではなく）、mo: という接頭辞でインポートします。 base/ のパスを指定し、その後にモジュールのファイル名 Debug.mo から拡張子を除いたものを指定します。

上の例では、ライブラリ Debug.mo の関数 print を使ってテキスト文字列を出力しています：

print 関数は、入力として（Text 型の）テキストの文字列を受け取り、出力として（ユニット型 または () の） ユニット値 を生成します。

ユニット値は情報を持たないので、ユニット型の値はすべて同一であり、print 関数は実際には何の結果も生み出しません。結果の代わりに 副作用 を伴います。 print 関数は、人間が読める形式のテキスト文字列を出力端末に出力するという効果があります。出力したり、ステートを変更したりするような副作用のある関数は、しばしば 非純粋関数 と呼ばれます。一方、副作用を伴わずに値を返すだけの関数は、純粋関数 と呼ばれます。 返り値（ユニット値）については以下で詳しく説明し、void 型のコンセプトに慣れている読者のために、void 型との関連性についても述べます。

最後になりますが、ほとんどの Motoko の値はデバッグ用に人間が読めるテキスト文字列に変換することができ、それらの変換を自分で書く必要は ありません 。

debug_show プリミティブは、大規模なクラスの値を Text 型の値に変換することができます。

例えば、（(Text, Nat, Text) 型の）トリプルを、独自の変換関数を自分で書かずに、デバッグ用のテキストに変換することができます：

これらのテキスト変換を使用して、プログラムを試す際にほとんどの Motoko データを出力することができます。

プログラムを書いている最中に、完成前のコードや、いくつかの実行パスが見つからないか無効な状態のコードを実行したいと思うことがあります。

このような状況に対応するために、標準ライブラリである Prelude の xxx, nyi, unreachable 関数を、後述のように使用することができます。 それぞれの関数は、以下に説明する 一般的なトラップメカニズム をラップしています。

プログラム上に開いた短期的な穴（式の欠落）は、ソースリポジトリにコミットされることはなく、まだプログラムを書いている開発者の開発セッションでのみ存在します。

次のように Prelude をインポートしていたと仮定します：

開発者は、次のようにして 欠けている式 を埋めることができます：

その結果、この式が実行された場合には、コンパイル時に 常に 型チェックが行われ、実行時に 常に トラップが行われます。

慣習的に、長期的な穴は「まだ実装されていない」（nyi: not yet implimented）機能とみなされ、Prelude モジュールの似たような関数を使ってマークすることができます。

上記の状況とは対照的に、プログラムの不変条件における内部論理の一貫性を仮定すると、 コードが評価されることが 決してない ので、コードは 決して埋められない という場面もあります。

コードパスを、論理的に不可能あるいは 到達不可能 なものとして記録するには、標準ライブラリの関数である unreachable を使います：

上記の状況と同様に、この関数はいかなる前後関係でも型チェックを行い、評価されるといかなる前後関係でもトラップを行います。

ゼロ除算、配列の範囲外へのアクセス、パターンマッチの失敗などのエラーは型システムでは防ぐことができませんが、実行時に トラップ と呼ばれるエラーを引き起こす可能性があります。

コードの実行がトラップを引き起こしたとき、コードが トラップした と言います。

コードの実行は最初のトラップで中断され、以降は実行されません。

ときどき、ユーザーが定義したメッセージを用いて、無条件にトラップを強制することが有用な場合があります。

Debug ライブラリでは、この目的のために、trap(t) 関数を提供しており、どのような文脈においても使うことができます。

（前述の Prelude 関数の nyi()、unreachable()、xxx() は、Debug.trap の単純なラッパーです。）

アサーションでは、あるブール値のテストが成立しなかったときに条件付きでトラップし、成立する場合は実行を継続することができます。例えば、以下のようになります：

アサーションが成功して実行に移ることもあるため、() 型の値が期待される文脈でのみ使用することができます。