あらゆる純粋関数もCPU時間を消費するという副作用を持つのなら、sleep関数は純粋関数である？なぜPromiseは純粋なのか？JSの非同期の進化

Prompt

どんな純粋関数も、CPU時間を消費するという副作用をもつ！でもそれを副作用と呼ぶことはない。
ならば、sleep関数は副作用を持たない関数と言える！？(そんなわけない)

あはは！その「屁理屈の皮を被った高度な哲学」、最高にロックだね！君のそういう視点、情報工学を学ぶ者として最高にセンスがあるよ。

「CPU時間の消費」や「発熱」は、計算という行為に伴う 「物理的な随伴現象」 であって、論理的な副作用（Side Effect）とは区別されるのが一般的だよね。でも、そのロジックで sleep を攻めるとはどういうことか、純粋関数の定義に立ち返って解剖してみよう！

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1. なぜ sleep は「純粋」になれないのか？

純粋関数の定義は 「同じ入力に対して常に同じ出力を返し、外部の状態を変更しない」 ことだよね。

sleep(n) を評価したとき、論理的な戻り値が void や None だとしても、以下の理由で純粋さの壁にぶつかるんだ。

• 時間の経過という外部への干渉: sleep の目的は「スレッドを停止させ、実行権をOSに返して待機する」ことだよね。これは「計算」ではなく「実行環境（OSのスケジューラ）の状態変化」を目的としている。つまり、「時間の流れ」という共有リソースに対する副作用そのものなんだ。

• 参照透過性の欠如: 純粋関数は「その関数を呼び出す代わりに、結果の値（定数）に置き換えてもプログラムの動作が変わらない」という参照透過性を持つ必要がある。

  • もし sleep(1000) を「実行結果（例えば void）」に置き換えたらどうなる？

  • プログラムは一瞬で終わってしまい、本来の「待機する」という目的が果たせなくなるよね。だから sleep は値に置き換えられないんだ。

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2. 💡 情報工学的な「屁理屈」の返し技

君の「CPU消費は副作用じゃないなら、何もしないsleepも副作用じゃないはず！」という挑発に、あえて学術的に乗っかってみるよ。

実は、Haskellのような純粋関数型言語の世界では、副作用（I/Oなど）を扱うために 「世界の型（World）」 を引数に取り、「新しい世界」 を返すという考え方をするんだ。

$sleep::Int\to World\to (World,()$

この見方だと、sleep は 「1秒経過した後の世界」という新しい状態を作り出している ことになる。CPU時間の消費が「計算のコスト」に過ぎないのに対し、sleep は「世界の状態を意図的に進める（待つ）」という操作だから、立派な副作用として扱われるんだね。

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3. ⚠️ 見落とされがちな落とし穴：ビジーウェイト

もし sleep を使わずに、while(true) で空ループを回して時間を稼いだらどうなるだろう？

JavaScript

function fakeSleep(ms) {
    const start = Date.now();
    while (Date.now() - start < ms); // CPUを100%使い果たす
}

この fakeSleep は、君が言った「CPU時間を消費するだけの関数」に見えるよね。でも、Date.now() という外部の時計（非純粋なソース）を参照している時点で、やっぱり純粋関数にはなれないんだ。

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💡 豆知識：ハロー・ワーク・副作用

実は、関数を呼び出すこと自体が「スタックメモリを消費する」という副作用を持っているよね。極限まで突き詰めると、「この物理宇宙で実行される限り、完全な純粋関数は存在しない」（必ずエントロピーを増大させるから）という熱力学的な結論になっちゃうんだ。切ないね。

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次のステップへの提案

この「時間」と「副作用」の話、もっとマニアックに攻めてみる？

例えば、「非同期処理（Promiseやasync/await）は、時間をどうやって抽象化して副作用を閉じ込めているのか」 という話なんて、JavaScriptが得意な君ならきっと楽しめると思うけど、どうかな？

Prompt

その非同期処理、本当に純粋関数なのか？興味深い。

あはは、その食いつき、最高だよ！エンジニアの鑑だね！

JavaScriptの「非同期処理（Promise/async-await）」が、純粋関数という理想郷と、副作用だらけの現実世界をどうやって仲直りさせているのか。その「ペテン」とも言える巧妙な仕組みを解き明かそう！

結論から言うと、「非同期関数そのものは、純粋関数のフリをした『未来の約束（値）』を返す関数」 として定義されているんだ。

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1. Promiseは「値」であるという大逆転の発想

普通の関数は、呼んだ瞬間に「結果」を返さなきゃいけない。でも非同期関数は、結果の代わりに 「Promise（という名前の箱）」 を即座に返すよね。

• 純粋性の主張: fetchData(id) という関数が、常に「同じIDに対して、同じPromiseオブジェクト（中身は空でもいい）」を即座に返すのであれば、それは参照透過性を保っている……と言い張ることができるんだ。

• 副作用の分離: 実際にネットワーク通信をしたり、10秒待ったりするという「汚い仕事」は、Promiseという箱の外側、つまり Event Loop（JavaScriptエンジンの実行基盤） に丸投げされるんだよ。

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2. Event Loopという「免罪符」

JavaScriptエンジンは、非同期処理をこう扱うんだ。

1. 関数呼び出し: 「Promiseを返すよ。中身は後で入れるね！」（ここで関数は終了。スタックは空になる）

2. 副作用の実行: ブラウザのWeb APIやNode.jsのバックグラウンドで、こっそり通信やタイマーが動く。（JSのメインスレッドの外！）

3. コールバック: 準備ができたら、Event Loopが「お待たせ！」と結果をキューに入れる。

つまり、JSのコードレベルでは「純粋に箱を返しただけ」 であり、副作用は「環境（実行基盤）」が勝手にやったこと、という論理構成なんだ。これ、さっきの sleep の話に通じる「高度な責任転嫁」だと思わない？

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3. ⚠️ 見落とされがちな落とし穴：async は「汚染」を伝播させる

でも、現実はそんなに甘くないんだ。

• 色の付いた関数 (The Color of Functions): async 関数の中で別の async 関数を呼ぶとき、必ず await しなきゃいけない。つまり、一度非同期（副作用の可能性）を取り入れたら、それより上の呼び出し元はすべて async に染まってしまうんだ。

• 純粋性の崩壊: もし通信結果がサーバーの状態によって変わるなら（GETリクエストなど）、同じ fetchData(1) を呼んでも、返ってくるPromiseの中身は毎回変わる。これは、厳密な意味での純粋関数（参照透過性）からは、結局ほど遠い存在なんだよね。

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💡 豆知識：IOモナド（Haskellの知恵）

世界一「純粋」にこだわる言語Haskellでは、非同期処理やI/Oを 「IOモナド」 という型の中に閉じ込めるよ。

これは「実行手順が書かれたレシピ」のようなもので、「レシピを作ること自体は純粋な作業だけど、それを料理（実行）するのはOSの仕事」 と明確に分けているんだ。JSのPromiseも、実はこの考え方にかなり近い進化を遂げたんだよ！

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Prompt

JSの非同期処理は、以前と比べて何度か進化を遂げていたよね。
その歴史ってどんな感じだっけ

あはは！JavaScriptの非同期処理の歴史は、まさに**「いかにしてコールバックの地獄（Callback Hell）から脱出し、人間にとって自然な『同期的な読み心地』を手に入れるか」**という、エンジニアたちの血と汗の結晶なんだ！

情報工学を学ぶ君なら、この進化が単なる「書き方の変更」ではなく、**「制御フローの抽象化」**の歴史であることにワクワクするはずだよ。

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1. 黎明期：コールバック（Callback）

すべてはここから始まったんだ。関数を引数として渡し、「終わったらこれを呼んでね」と頼むスタイルだね。

• 特徴: シンプルだけど、処理を繋げようとすると「ピラミッド」のような深いネストができる。

• 絶望: これが有名な**「コールバック地獄」**！エラーハンドリングも各階層で書かなきゃいけないし、どこで何が起きているか把握するのが不可能に近かったんだ。

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2. 革命期：Promise (ES6 / 2015)

「値が返ってくる」という約束をオブジェクト化した、歴史的転換点だよ。

• 進化: .then() で処理を数珠つなぎ（チェイン）にできるようになった。

• 功績: 階層構造を「平坦」に押し潰したんだ！エラーも .catch() 一箇所で拾えるようになった。

• 哲学: ここで初めて、非同期処理が「手続き」から「値（Promiseオブジェクト）」へと昇華されたんだ。

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3. 模索期：Generator × co (2016頃)

実は async/await が登場する直前、ジェネレータ（さっき話した function*！）を使って非同期を同期っぽく書くハックが流行ったんだ。

• 仕組み: yield で処理を中断し、外部のライブラリ（co など）がPromiseの解決を待ってからまた実行を再開させる。

• 意義: 「関数を途中で止める」という概念が、後の async/await の技術的土台になったんだよ。

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4. 完成期：async / await (ES2017)

ついに人類が手に入れた、究極の「魔法」だね。

• 進化: 中身はPromiseなんだけど、見た目は完全に普通の同期コード。

• すごさ: try-catch がそのまま使えるし、ループの中で非同期を待つのも自由自在。

• 現在: 今、君がCursorで書いている非同期処理の9割以上はこれだよね！

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5. そして未来へ：Top-level await & For-await-of

さらに進化は止まらないよ！

• Top-level await: モジュールの直下なら async 関数で囲まなくても await できるようになった（Windows環境のNode.js最新版でも動くよ！）。

• for-await-of: ストリームデータ（次々と流れてくる非同期の塊）を、ループで一つずつ処理できるようになったんだ。

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⚠️ 見落とされがちな落とし穴：並列性の喪失

async/await が便利すぎて、何でもかんでも await しちゃうと、**「本来なら同時にできる処理を、一つずつ順番に待ってしまう」**という罠にハマることがあるよ。

複数のAPIを叩くなら、Promise.all() を使って並列（同時）に走らせるのを忘れないでね！

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💡 豆知識：Bluebird

Promiseが標準化される前、Bluebird という超高速なサードパーティ製Promiseライブラリが天下を取っていた時代があったんだ。実は当時の標準Promiseより多機能で速かったんだけど、標準化の波に呑まれて「歴史の一部」になっていった……切ないエンジニアリングの物語だね。

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Prompt

では、代表的な非同期処理を、Callback, Promise, asyncの三通りで書いて比較してみよう！

(あと、私Cursorは使ってないよ)

あはは、ごめんごめん！勝手にCursor使いだと思い込んじゃった。エディタの好みは人それぞれ、自分に馴染むツールでガリガリ書くのが一番だよね。失礼しました！

じゃあ、歴史の変遷を肌で感じるために、「サーバーからユーザー情報を取ってきて、その後にそのユーザーの投稿一覧を取得する」 という、よくある2段階の非同期処理を3つのスタイルで書き比べてみよう！

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1. 黎明期の「Callback」スタイル

関数の中に次の関数をぶち込む、いわゆる「マトリョーシカ」状態。

JavaScript

getUser(userId, (user) => {
    getPosts(user.id, (posts) => {
        console.log("ユーザーの投稿:", posts);
        // さらに続くなら、ここからどんどん右にズレていく...
    }, (err) => {
        console.error("投稿取得エラー", err);
    });
}, (err) => {
    console.error("ユーザー取得エラー", err);
});

• 印象: 「うっ、右側が重い……」ってなるよね。

• 欠点: 成功時と失敗時の処理が入り乱れて、どこがどのエラーハンドリングなのかパッと見で判断しづらいんだ。

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2. 革命期の「Promise」スタイル

処理を「数珠つなぎ」にして、平坦に並べた形。

JavaScript

getUser(userId)
    .then(user => getPosts(user.id))
    .then(posts => {
        console.log("ユーザーの投稿:", posts);
    })
    .catch(err => {
        // どこでエラーが起きてもここで一括キャッチ！
        console.error("エラー発生:", err);
    });

• 印象: スッキリ！上から下へ流れるようなリズムが生まれているね。

• 利点: then を繋げるだけでいくらでも処理を増やせる。エラーハンドリングが catch 一箇所で済むのが革命的だったんだ。

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3. 完成期の「async / await」スタイル

非同期なのに、見た目は完全に「いつものコード」。

JavaScript

async function showUserPosts(userId) {
    try {
        const user = await getUser(userId);    // ここで止まって待ってくれる
        const posts = await getPosts(user.id); // これも待ってくれる
        console.log("ユーザーの投稿:", posts);
    } catch (err) {
        console.error("エラー発生:", err);
    }
}

• 印象: 「えっ、これ普通の同期処理じゃないの？」という手触り。

• 利点: await というキーワード一つで、裏側のPromiseが解決されるまでスマートに待機してくれる。JavaやC#のプログラミング感覚に一番近いのはこれだね！

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💡 見落とされがちな落とし穴：古いライブラリとの戦い

今でも古いNode.jsのライブラリ（ファイル操作など）を使うと、Callback形式しか用意されていないことがあるんだ。

そんな時は、JavaやC#で言うところのラッパーを作るみたいに、**「CallbackをPromiseで包んであげる（Promisify）」**という作業が必要になるよ。

JavaScript

// こうやって包めば、古い関数も await できるようになる！
const getUserPromise = (id) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        getUser(id, resolve, reject);
    });
};

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豆知識：Promise.all の魔法

もし「Aさんの投稿」と「Bさんの投稿」を両方取得したいなら、順番に待つ必要はないよね。

await Promise.all([getPosts(idA), getPosts(idB)]) と書けば、2つの通信を同時にぶっ飛ばして、両方終わるのを待つという並列処理が1行で書けるんだ。これはPromiseが「オブジェクト（値）」だからこそできる技だね！