ソフトウェアの設計とは？

はじめに

要件に対してソフトウェアを設計するとき、機能要件（やりたい機能の実現、Function Requirement、以下FR）だけであれば、どんな作り方（構造、Architecture）であっても実現できてしまいます。
しかし実際には、熟達したエンジニアであるほど思いつきだけで実装はせず、設計という作業を行います。
なぜでしょう？

なぜ設計が必要なのか？

身近な例で考えてみます。

• 家を建てるとき：「雨風をしのげる」だけなら段ボールでもできる
• でも実際は：耐久性、快適性、美観、コスト…を考えて設計する
• ソフトウェアも同じ：「動く」だけなら何でもできる、けど…

設計でなにをしているのか？

よくある間違った理解は以下です。

• 設計 = 設計書を書くこと
• 設計者 = クラス図やシーケンス図を描く人
  本来あるべき設計は、下記の作業です。
• 設計 = 問題を解決するための「考える」行為
• 設計者 = 制約の中でベストな答えを見つける人

料理に例えると、

• レシピ（設計書）を書くことが目的ではない
• 限られた材料・時間・予算で、おいしい料理を作る「方法を考える」ことが設計

実際のソフトウェアでイメージすると、

• 機能を実現する（＝料理を作る）
• でも条件がある：
  • 速く動かしたい（Performance）
  • 後で変更しやすくしたい（Maintainability）
  • バグを出したくない（Reliability）
  • コストを抑えたい（Cost）

設計の実例

実装例：電卓プログラム

ケース1：ひとつのクラスですべて実装

  public class Calculator {
      public void calculate(String input) {
          // 入力チェック
          if (input == null || input.isEmpty()) {
              System.out.println("エラー: 入力がありません");
              return;
          }

          // 計算処理
          String[] parts = input.split(" ");
          double num1 = Double.parseDouble(parts[0]);
          String operator = parts[1];
          double num2 = Double.parseDouble(parts[2]);

          double result = 0;
          switch (operator) {
              case "+": result = num1 + num2; break;
              case "-": result = num1 - num2; break;
              case "*": result = num1 * num2; break;
              case "/": result = num1 / num2; break;
          }

          // 結果表示
          System.out.println(num1 + " " + operator + " " + num2 + " = " + result);

          // ログ保存
          System.out.println("[LOG] 計算実行: " + input + " = " + result);
      }
  }

ケース2：複数のクラスに分けて実装

  // 入力チェック専用
  public class InputValidator {
      public boolean isValid(String input) {
          return input != null && !input.isEmpty();
      }
  }

  // 計算処理専用
  public class MathOperations {
      public double add(double a, double b) { return a + b; }
      public double subtract(double a, double b) { return a - b; }
      public double multiply(double a, double b) { return a * b; }
      public double divide(double a, double b) { return a / b; }
  }

  // 結果表示専用
  public class ResultDisplay {
      public void show(double num1, String operator, double num2, double result) {
          System.out.println(num1 + " " + operator + " " + num2 + " = " + result);
      }
  }

  // ログ記録専用
  public class CalculationLogger {
      public void log(String input, double result) {
          System.out.println("[LOG] 計算実行: " + input + " = " + result);
      }
  }

  // メイン処理
  public class Calculator {
      private InputValidator validator = new InputValidator();
      private MathOperations math = new MathOperations();
      private ResultDisplay display = new ResultDisplay();
      private CalculationLogger logger = new CalculationLogger();

      public void calculate(String input) {
          // 入力チェック
          if (!validator.isValid(input)) {
              System.out.println("エラー: 入力がありません");
              return;
          }

          // 計算実行
          String[] parts = input.split(" ");
          double num1 = Double.parseDouble(parts[0]);
          String operator = parts[1];
          double num2 = Double.parseDouble(parts[2]);

          double result = switch (operator) {
              case "+" -> math.add(num1, num2);
              case "-" -> math.subtract(num1, num2);
              case "*" -> math.multiply(num1, num2);
              case "/" -> math.divide(num1, num2);
              default -> 0;
          };

          // 結果表示とログ
          display.show(num1, operator, num2, result);
          logger.log(input, result);
      }
  }

なぜ分けるのか？

問題（ケース1）

• ログの出力方法を変えたい → 計算処理も一緒に触る必要がある
• 新しい演算子を追加したい → 他の処理も理解する必要がある

利点（ケース2）

• 変更しやすい: ログだけ変えたいならCalculationLoggerだけ修正
• テストしやすい: 計算処理だけテストしたいならMathOperationsだけテスト
• 理解しやすい: 各クラスの役割が明確

まとめ

設計とは：同じ機能でも「将来の変更・テスト・理解」など、複数の問題や利点を考えて構造を決めること