Advanced Functional Programming With Elixirを読んだ

2025-12-30

X のタイムラインに流れてきたのがきっかけで Advanced Functional Programming with Elixir: Model Behavior, Manage Complexity, and Maximize Maintainability by Joseph Koski を読みました。

本書の概要

テーマパーク「FunPark」を題材として、各章ごとに FP のデザインを学んでいきます。

Introduction
Build FunPark: Model Real-World Data
Implement Domain-Specific Equality with Protocols
Create Flexible Ordering with Protocols
Combine with Monoids
Define Logic with Predicates
Compose in Context with Monads
Access Shared Environment with Reader
Manage Absence with Maybe
Model Outcomes with Either

各章ごとに出てくる FP のパターンは次の通りです

章	出現するパターン
1-3	Eq, Ord
4	Monoid
5	Predicate
6-7	Monad, Reader
8	Maybe
9	Either
10	Effect

対象読者

The Pragmatic Bookself では「Expert」とされていますが、これは「Elixir には習熟しているが、完全な FP には傾倒していない人」を想定してのものに感じました。関数型プログラミングの書籍としては、上述の出現するパターンの通り比較的基本的な部分も多いため、Beginner から Intermediate の中間くらいに相当するかと思います。

近いレベルの書籍としては以下の 2 冊でしょうか。

これら 2 冊よりも、より具体的に「Monad」「Applicative」といった関数型プログラミングのワードを取り扱っているのが本書です。関数型プログラミングの概念を理解したい、上記 2 冊を読んだがもう少しパターンを補完したい、という方に推奨できる一冊に思います。

学んだこと

律（Laws）

関数型プログラミングでは、抽象化には必ず「律」（laws）が伴います。律とは、その抽象化が満たすべき数学的な性質のことです。

Monoid の律：

単位元律：combine(x, empty) = x、combine(empty, x) = x
結合律：combine(combine(a, b), c) = combine(a, combine(b, c))

Functor の律：

恒等律：map(id) = id
合成律：map(f . g) = map(f) . map(g)

律があることで、コードの振る舞いが予測可能になります。律を満たさない実装は「壊れた抽象化」であり、合成したときに予期しない動作を引き起こします。

Functor、Applicative、Monad の階層

この 3 つは階層構造を成しています：

Functor     ⊂ Applicative ⊂ Monad
(map)         (map + ap)     (map + ap + bind)

Functor は「箱の中身を変換する」能力を持ちます。map だけで十分な場合は Functor です。

Applicative は「独立した計算を組み合わせる」能力を追加します。ap を使って、複数の箱の中身に関数を適用できます。重要なのは、各計算が独立していること。バリデーションで全エラーを集めたい場合は Applicative を使います。

Monad は「前の計算結果に依存する計算を連鎖させる」能力を追加します。bind（flatMap）を使って、前の結果を見てから次の計算を決められます。ただし、依存関係があるため、最初のエラーで停止します。

本書で traverse と traverse_a の違いを学んだとき、この階層の意味が実感できました。traverse は Monad（依存、最初のエラーで停止）、traverse_a は Applicative（独立、全エラー収集）です。

共変と反変（Covariant / Contravariant）

TypeScript の型定義でも出てくる共変と反変。

共変（Covariant）は、map で出力を変換します：

map: (a -> b) -> F a -> F b

反変（Contravariant）は、contramap で入力を変換します：

contramap: (b -> a) -> F a -> F b

本書では、FastPass の時刻で等価性を判定したい場合に contramap を使いました：

def eq_time do
  Eq.Utils.contramap(&get_time/1)
end

また、Patron をチケット階層で順序付けしたい場合にも contramap を使いました：

def ord_by_ticket_tier do
  Ord.Utils.contramap(&get_ticket_tier_priority/1)
end

contramap は元のデータを変更するわけではなく、「比較のために一時的に射影する」だけです。既存の Eq や Ord から新しいものを宣言的に導出できる強力な道具です。著者も章末で「本当に contramap を理解しているか自問せよ」と強調していました。

lift（持ち上げ）

lift は、ある文脈の外にある値や関数を、文脈の中に持ち込む操作です。本書では頻繁に登場しました：

lift_predicate：述語を Maybe や Either に持ち上げる
lift_either：Either を Effect に持ち上げる
lift_func：通常の関数を Effect に持ち上げる

関数型プログラミングに精通している方のツイートなどをみていると「持ち上げる」という概念がよく出てくるので、アハ体験でした。

Kleisli 関数

a -> M b という形の関数（値を受け取って Monad を返す関数）のことです。bind は Kleisli 関数を連鎖させる操作です。バリデーション関数（Patron -> Either ValidationError Patron）は Kleisli 関数の典型例でした。

おわりに

10 章のメッセージが良いなと思ったので、日本語訳（訳：Claude）にて引用します。

チェスと同じだ。もっとゲームをプレイしても上手くならない——構造とフィードバックが必要だ。マスターは「手」で考えない。「パターン」で考える。ボードをシステムとして見る：繰り返し可能、予測可能、合成可能。

関数型プログラミングも同じシフトを提供する。より小さく、より安定した単位でロジックを合成するツールを与えてくれる——コードの書き方だけでなく、考え方そのものを形作る。

そのシフトには練習が必要だ。マスタリーは見ることや繰り返すことからは来ない——作ること、実験すること、振り返ることから来る。FunPark の例を実行するだけではダメだ。バリエーションを試せ。自分のを作れ。壊して直せ。理解はそうやって深まる——一度にではなく、一歩一歩。

この本は君の代わりに仕事はできない。でも道を照らす手助けはできる——何を練習するか、どの順番で、なぜ重要かを示すことで。注意を向けるべき場所、よくある落とし穴の避け方、目的を持って前に進む方法を示すことで。

なっとく関数型プログラミング、関数型ドメインモデリング、本書と読んできて、だいぶ基本的な概念には馴染みが出てきました。一方で純粋関数型言語が主戦場ではないので、どうしても部分的に関数型っぽい感じで書くにとどまっており、関数型が身についているかというと微妙なところです。マスタリーを目指すために、Haskell を使ってパターン・メンタルモデルを染み込ませる活動をやっていこうと思います。

また昨年末くらいまでは「関数型プログラミング」のレイヤーもよくわかっていませんでしたが、基礎の部分はだいぶ見えてきました。結果として TypeScript のライブラリで出てくるような概念（例：Optics）はまだリーチできていないことがわかりました。次は Scala の赤い本が良さそうなので読んでみようと思います。