PHPの「型の継承」を徹底解説！混乱を解消し、安全なコードを書くためのサブタイピング入門🐘

はじめに (PHPの型継承で迷子になったあなたへ)

この記事は、PHPでオブジェクト指向プログラミング（OOP）を学び始めた方、あるいは継承は理解しているものの、メソッドの型宣言と組み合わせたときに「あれ？これで良いんだっけ？」と疑問を感じる方を対象にしています。特に「データ型の継承って何？」という漠然とした疑問や、PHPの型ヒントと継承の関係性で混乱している方に読んでいただきたいです。

この記事を読むことで、PHPにおける「型の継承」が、単なるクラスの継承に加えて、メソッドの引数と戻り値の型に適用される「型共変性（Covariance）」というルールを指すことを理解できます。これにより、オブジェクト指向設計の基盤である「Liskovの置換原則（LSP）」との関係性や、より堅牢で保守しやすいPHPコードを書くための具体的なヒントが得られるでしょう。あなたの「型の継承」に関する混乱を解消し、自信を持ってPHPの型システムを使いこなせるようになることを目指します。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。

• PHPの基本的な構文（クラス、オブジェクト、メソッド、プロパティ）
• オブジェクト指向プログラミングの「継承」の基本的な概念
• PHPにおける「型ヒント（Type Hinting）」の基本的な使い方

「型の継承」とは何か？PHPにおける基本概念を紐解く

PHPで「型の継承」と聞いたとき、多くの方がまず思い浮かべるのは、あるクラス（子クラス）が別のクラス（親クラス）のプロパティやメソッドを引き継ぐ「クラスの継承」でしょう。これはオブジェクト指向プログラミングの基本的な要素であり、コードの再利用性や拡張性を高める上で非常に重要です。

しかし、「型の継承」という言葉は、より広い意味を持ちます。それは、「サブタイピング（Subtyping）」という概念に基づいています。サブタイピングとは、「子クラスのインスタンスは、親クラスのインスタンスが期待されるあらゆる場所で、安全に代替可能である」という関係性のことです。これは、オブジェクト指向設計の主要な原則の一つである「Liskovの置換原則（LSP: Liskov Substitution Principle）」の基礎を成します。

PHPの型ヒントが導入されて以降、このサブタイピングの概念は、メソッドの引数や戻り値の型宣言において非常に重要になりました。「データ型の継承」という表現は、このサブタイピング、特にメソッドの型における「共変性」と「反変性」を指していることがほとんどです。

なぜこれが重要なのでしょうか？それは、アプリケーションの堅牢性、バグの抑制、そして将来的な保守性の向上に直結するからです。型システムを正しく理解し活用することで、開発者はより信頼性の高いコードを書くことができます。次のセクションでは、このサブタイピングのルール、特にPHPにおける「型共変性」について具体的なコード例を交えながら深掘りしていきます。

型共変性で深掘りするPHPの「型の継承」ルール

ここからが、PHPの「型の継承」における肝となる部分です。特にメソッドのオーバーライド時における引数と戻り値の型宣言には、特定のルールが存在します。これはPHP 7.0以降、特にPHP 7.4で強化された「型共変性（Covariance）」という概念に基づいています。

ステップ1: オブジェクトの継承と基本的な型ヒント

まずは、シンプルなクラスの継承と、それが型ヒントにどう影響するかを見てみましょう。

Php

<?php

// 親クラス
class Animal
{
    public function getName(): string
    {
        return "Unknown Animal";
    }
}

// 子クラス
class Dog extends Animal
{
    public function getName(): string
    {
        return "Dog";
    }

    public function bark(): string
    {
        return "Woof!";
    }
}

// Animal型を受け取る関数
function describeAnimal(Animal $animal): void
{
    echo "This animal is a " . $animal->getName() . ".\n";
}

$animal = new Animal();
$dog = new Dog();

describeAnimal($animal); // 出力: This animal is a Unknown Animal.
describeAnimal($dog);    // 出力: This animal is a Dog.

この例では、describeAnimal関数はAnimal型の引数を期待しています。DogクラスはAnimalクラスを継承しているため、DogのインスタンスをdescribeAnimal関数に渡しても問題なく動作します。これは、DogがAnimalの「サブタイプ」である、つまり「DogはAnimalの一種である」という関係性が成立しているためです。これが「型の継承」の最も基本的な側面であり、Liskovの置換原則の直接的な例とも言えます。

ステップ2: メソッドのオーバーライドと型共変性

PHP 7.2以降、メソッドをオーバーライドする際の引数の型に、そしてPHP 7.4以降、戻り値の型に「型共変性」が適用されるようになりました。これにより、より厳密で安全な型チェックが可能になっています。

引数の型における共変性（PHP 7.2以降）

PHPの引数の型は「共変」です。これは、親クラスのメソッドの引数型を子クラスでオーバーライドする際、親クラスの引数型と同じか、より限定的な型（サブタイプ） を指定できる、というルールです。

Php

<?php

class Product {}
class Book extends Product {}
class Magazine extends Product {}

class ProductProcessor
{
    // 引数としてProduct型を受け取る
    public function process(Product $product): void
    {
        echo "Processing a generic product.\n";
    }
}

class BookProcessor extends ProductProcessor
{
    // 親クラスの引数型 (Product) よりも限定的な型 (Book) を指定できる
    // これは共変性の一種であり、PHP 7.2 以降で許可される
    public function process(Book $book): void // OK!
    {
        echo "Processing a book: " . get_class($book) . ".\n";
    }

    // public function process(Magazine $magazine): void {} // エラー: Productの子クラスだが、元のBookProcessorの契約と異なる
    // public function process(object $item): void {} // エラー: Productよりも広範な型は指定できない
}

$genericProcessor = new ProductProcessor();
$bookProcessor = new BookProcessor();

$book = new Book();
$magazine = new Magazine();

$genericProcessor->process($book);   // Output: Processing a generic product.
$bookProcessor->process($book);      // Output: Processing a book: Book.

// $bookProcessor->process($magazine); // エラー: BookProcessorはBook型を期待しているため、Magazine型は渡せない

解説:

• ProductProcessor::process()はProduct型の引数を取ります。
• BookProcessor::process()は、親クラスのProductよりも限定的なBook型を引数として指定しています。これはPHPの「引数の共変性」ルールにより許可されます。
• なぜこれが許可されるかというと、BookProcessorをProductProcessorの代わりに使ったとしても、BookProcessorがBookを受け入れられるなら、Productを期待する場所でBookが渡されても問題ないという考え方があるからです。ただし、厳密なLSPにおける引数の「反変性」（より広い型を許容）とは異なります。PHPのこの挙動が、多くの学習者にとって混乱の元となることがあります。PHPでは「引数型は狭められるが、広げられない」と覚えておくと良いでしょう。

戻り値の型における共変性（PHP 7.4以降）

戻り値の型も「共変」です。これは、親クラスのメソッドの戻り値型を子クラスでオーバーライドする際、親クラスの戻り値型と同じか、より限定的な型（サブタイプ） を指定できる、というルールです。

Php

<?php

class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}
class Orange extends Fruit {}

class FruitFactory
{
    // Fruit型を返す
    public function create(): Fruit
    {
        return new Fruit();
    }
}

class AppleFactory extends FruitFactory
{
    // 親クラスの戻り値型 (Fruit) よりも限定的な型 (Apple) を指定できる
    // これは共変性であり、PHP 7.4 以降で許可される
    public function create(): Apple // OK!
    {
        return new Apple();
    }

    // public function create(): object {} // エラー: Fruitよりも広範な型は指定できない
}

$fruitFactory = new FruitFactory();
$appleFactory = new AppleFactory();

$fruit = $fruitFactory->create(); // $fruit は Fruit のインスタンス
$apple = $appleFactory->create(); // $apple は Apple のインスタンス

echo get_class($fruit) . "\n"; // Output: Fruit
echo get_class($apple) . "\n"; // Output: Apple

解説:

• FruitFactory::create()はFruit型のインスタンスを返します。
• AppleFactory::create()は、親クラスのFruitよりも限定的なApple型を返すようにオーバーライドしています。これもPHPの「戻り値の共変性」ルールにより許可されます。
• このルールは、LSPの原則に完全に合致します。AppleFactoryをFruitFactoryの代わりに使ったとしても、Fruitを期待する場所でAppleが返されても問題ありません。なぜなら、AppleはFruitの一種だからです。

ハマった点やエラー解決

PHPの型共変性・反変性は、他の言語の一般的な定義と異なる部分があるため、混乱しやすいポイントです。特に以下のエラーに遭遇することがあります。

• 引数型を「広げる」エラー（Declaration must be compatible with...） 親クラスのメソッドがpublic function process(Book $book)であるにもかかわらず、子クラスでpublic function process(Product $product)のように、より広い型を引数に指定しようとするとエラーになります。 php class ParentClass { public function doSomething(Book $arg): void {} } class ChildClass extends ParentClass { // public function doSomething(Product $arg): void {} // エラー！引数型を広げられない } これは、「ChildClassのインスタンスをParentClassとして使ったときに、doSomethingにBook以外のProduct（例えばMagazine）を渡しても動くことを期待されてしまう」ため、元の契約を破ることになります。
• 戻り値型を「広げる」エラー 親クラスのメソッドがpublic function create(): Bookであるにもかかわらず、子クラスでpublic function create(): Productのように、より広い型を戻り値に指定しようとするとエラーになります。 php class ParentFactory { public function make(): Book { return new Book(); } } class ChildFactory extends ParentFactory { // public function make(): Product { return new Product(); } // エラー！戻り値型を広げられない } これも同様に、ChildFactoryをParentFactoryとして使ったときに、make()がBook以外のProduct（例えばMagazine）を返してしまうと、Bookを期待していた呼び出し元が困るためです。

解決策

これらのエラーや混乱を避けるためには、以下の原則を理解し、コードに適用することが重要です。

1. Liskovの置換原則（LSP）を意識する: 「派生クラス（子クラス）のオブジェクトは、基底クラス（親クラス）のオブジェクトと交換可能でなければならない」。この原則が、PHPの型共変性ルールの根底にあります。子クラスが親クラスの「契約」（メソッドのシグネチャと期待される動作）を破らないように設計することが重要です。

2. PHPの引数型は「共変」と覚える: PHPでは、メソッドをオーバーライドする際の引数の型は、親クラスの型と同じか、より限定的な型（サブタイプ） にしか変更できません。これはLSPの厳密な反変性（より広い型を許容）とは異なりますが、PHPの型安全性を保つためのルールとして設計されています。したがって、「引数型は狭めることはできるが、広げることはできない」と理解しましょう。

3. PHPの戻り値型は「共変」と覚える: メソッドをオーバーライドする際の戻り値の型は、親クラスの型と同じか、より限定的な型（サブタイプ） にしか変更できません。これはLSPの共変性の原則に合致しており、「戻り値型は狭めることはできるが、広げることはできない」と理解しましょう。

これらのルールは、$parent = new ChildClass(); のように、子クラスのインスタンスを親クラスの型として扱ったときに、期待される動作が常に維持されるようにするために存在します。これにより、ポリモーフィズムが安全に機能し、コードの予測可能性と信頼性が向上します。

まとめ

本記事では、プログラミング言語PHPにおける「型の継承」について、特に混乱しがちなポイントを深掘りして解説しました。

• 「型の継承」はサブタイピングのこと: 単なるクラスの継承だけでなく、「子クラスのインスタンスが親クラスのインスタンスとして安全に置換可能である」という関係性（LSP）を指します。
• PHPの引数型は共変性を持つ: メソッドをオーバーライドする際、引数の型は親クラスと同じか、より限定的な型（サブタイプ） にしか変更できません。
• PHPの戻り値型も共変性を持つ: メソッドをオーバーライドする際、戻り値の型は親クラスと同じか、より限定的な型（サブタイプ） にしか変更できません。

この記事を通して、「データ型の継承」という漠然とした疑問が解消され、PHPの型共変性ルールとそれがオブジェクト指向設計にもたらすメリットを理解できたはずです。これらの知識は、より堅牢で保守性の高いPHPアプリケーションを構築するための強力な基盤となります。

今後は、インターフェースの継承と型に関するルールや、より高度なデザインパターンにおける型活用の具体例などについても、さらに深掘りした記事を執筆する予定です。

参考資料

• PHPマニュアル: オブジェクトとクラス - 継承
• PHPマニュアル: オブジェクトとクラス - 型宣言
• Wikipedia: リスコフの置換原則