Java - クラスの定義

■ページ目次

クラス

クラスの定義

クラス型の宣言とインスタンスの生成
サンプル･システム　- 商品管理システム -
クラスの候補
参照変数の内容

フィールド

フィールドの宣言
フィールドへのアクセス
商品システム･サンプル

メソッド

メソッドの宣言
メソッドへのアクセス
商品システム･サンプル
メソッドの引数
static修飾子

(参考)クラスの定義

カプセル化

カプセル化の必要性を示すサンプル
実習
実習

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■クラス

クラスは、属性(メンバー変数、フィールド)と操作(メソッド)を持つデータ型です。このデータ型であるクラスを基にしてオブジェクト(インスタンス)を生成します。

このデータ型は、Java 言語では参照型のひとつになります。

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■サンプル･システム　- 商品管理システム -

オンラインでセット商品を保守できるシステムです。

図　商品管理システムのクラス図

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■クラスの候補

クラス	役割	オブジェクトの例
Product	商品の情報を持つ	パソコン
TestProduct	テストするためのアプリケーション	-

"Product.java"を入力してコンパイルしてください。


 // 0901
 // 商品クラスです。
 // ひとつの商品に対するフィールドやフィールドを操作するためのメソッドを
 // 提供しています。
 class Product {
 }

"TestProduct.java"を入力してコンパイル・実行してください。


 // 0901
 // 商品クラスをテストするクラスです。
 public class TestProduct {
     public static void main(String[] args) {
         Product p1 = new Product();
         System.out.println("商品のインスタンスを生成しました。 p1 = " + p1);
         Product p2 = new Product();
         System.out.println("商品のインスタンスを生成しました。 p2 = " + p2);
     }
 }

□ 実行結果

$ java TestProduct
商品のインスタンスを生成しました。 p1 = Product@f6a746
商品のインスタンスを生成しました。 p2 = Product@15ff48b

"Product@f6a746"の"f6a746"は、環境により異なります。

(オプション)
"Product.class" および "TestProduct.class"を削除して、もう1度"TestProduct.java"だけをコンパイルし、実行してください。
実行できますか。また、"Product.class" はあるでしょうか。

■参照変数の内容

サンプル実行結果のように、以下の構成からなる文字列です。
この文字列は、クラスの中で、toString()メソッドをオーバーライド(後に説明)することによって変えることができます。
```
 クラス名@ハッシュ・コードの16進表現
 getClass().getName() + '@' + Integer.toHexString(hashCode())

 (例)　Product@f6a746
```

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フィールド	役割	値の例
code	商品コードの情報を持つ	A001
name	商品名の情報を持つ	パソコン
price	商品定価の情報を持つ	188000

■メソッド

メソッドには、そのクラスをインスタンス化して作ったオブジェクトの機能を記述します。
メソッドは、いくつかの引数をわたして、戻り値を 0 個またはひとつ戻す、他言語では関数とよばれる機能です。

■メソッドの宣言

メソッドが戻り値を戻さない場合は、戻り値の型はvoid型を指定します。
メソッド名の1文字目は習慣として小文字を使用します。


　　[アクセス修飾子] [修飾子] 戻り値の型 メソッド名(引数リスト) {
　　　　　　　　：
　　    return [戻り値];
　　}

アクセス修飾子: public, protected, private
修飾子: abstruct, final, native, static, synchronized

■アクセッサー･メソッド

フィールドがあるクラスには、アクセッサー･メソッドというメソッドを必要に応じて用意します。これは、フィールドに対して、データを設定または取得するためのメソッドです。設定メソッドをセッター、取得メソッドをゲッターともいいます。

アクセッサーには、明確なネーミング･ルールがあります。

フィールド名	セッター	ゲッター	boolean型のときのゲッター
fieldName	setFieldName()	getFieldName()	isFieldName()

例 (メソッドの中は一般的なもの)

フィールドセッターゲッター

int number;
void setNumber(int number) { this.number = number; }

int getNumber() { return this.number; }

boolean empty;
void setEmpty(boolean empty) { this.empty = empty; }

boolean isEmpty() { return this.empty; }

フィールド	セッター	ゲッター
int number;	void setNumber(int number) { this.number = number; }	int getNumber() { return this.number; }
boolean empty;	void setEmpty(boolean empty) { this.empty = empty; }	boolean isEmpty() { return this.empty; }

■メソッドへのアクセス

メソッドへのアクセスは、フィールドと同じようにオブジェクト(クラスのインスタンス)を生成しないとできません。そして、オブジェクト名にドット(.)をつけて、メソッド名を記述します。メソッド名の後ろは、カッコ"(" と ")"を書きます。必要に応じてカッコの中に引数を記述します。
```
　　オブジェクト名.メソッド名()

　　例:
　　　myObj.methodName()
```

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■商品システム･サンプル

Productクラス

メソッド	役割	戻り値	引数
getCode	商品コードを取得する	商品コード	なし
setCode	商品コードを設定する	なし	商品コード
getName	商品名を取得する	商品名	なし
setName	商品名を設定する	なし	商品名
getPrice	商品定価を取得する	商品定価	なし
setPrice	商品定価を設定する。要求された値が負の場合は、0を設定する。	なし	商品定価

上記"Product.java"に、アクセッサー・メソッドをつけます。("Product.java")


 // 0903
 // 商品クラスです。
 // ひとつの商品に対するフィールドやフィールドを操作するためのメソッドを
 // 提供しています。
 public class Product {
     String code;    // 商品コード
     String name;    // 商品名
     int price;      // 商品定価
 
     // 商品コードに値を設定します。
     void setCode(String value) {
         code = value;           
     }                           
 
     // 商品コードの値を取得します。
     String getCode() {
         return code;  
     }                 
 
     // 商品名に値を設定します。
     void setName(String value) {
         name = value;           
     }                           
 
     // 商品名の値を取得します。
     String getName() {
         return name;  
     }                 
 
     // 商品定価に値を設定します。
     void setPrice(int value) {
         if (value < 0) {       
             price = 0;        
             return;           
         }                     
         price = value;        
     }
 
     // 商品定価の値を取得します。
     int getPrice() { 
         return price;
     }                
 }

"TestProduct.java"を入力してコンパイル・実行してください。


 // 0903
 // 商品クラスをテストするクラスです。
 public class TestProduct {
     public static void main(String[] args) {
         Product p1 = new Product();
         p1.setCode("A001");    
         p1.setName("パソコン");
         p1.setPrice(188000);   
         System.out.println("商品のインスタンスを生成しました。 p1 = " + p1);
         System.out.println("   code = " + p1.getCode() );
         System.out.println("   name = " + p1.getName() );
         System.out.println("  price = " + p1.getPrice());
 
         Product p2 = new Product();
         p2.setCode("P001");      
         p2.setName("プリンター");
         p2.setPrice(-24000);     
         System.out.println("商品のインスタンスを生成しました。 p2 = " + p2);
         System.out.println("   code = " + p2.getCode() );
         System.out.println("   name = " + p2.getName() );
         System.out.println("  price = " + p2.getPrice());
     }
 }

□ 実行結果

$ java TestProduct
商品のインスタンスを生成しました。 p1 = Product@f6a746
   code = A001
   name = パソコン
  price = 188000
商品のインスタンスを生成しました。 p2 = Product@15ff48b
   code = P001
   name = プリンター
  price = 0

■メソッドの引数

参照渡し
値渡し

■static修飾子

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■(参考)クラスの定義


　　[アクセス修飾子] [修飾子] class クラス名 
　　　　　　　　　　　　[extends スーパークラス名] 
　　　　　　　　　　　　[implements インターフェース名 [, インターフェース名...]] {
　　　　内部クラス
　　　　フィールド
　　　　コンストラクター
　　　　メソッド
　　　　静的初期化子
　　　　インスタンス初期化子
　　}

以下の"StaticInit01.java"を入力してコンパイル・実行してください。


 public class StaticInit01 {
     static double d;
     double e;
     // 静的初期化子
     static {
         d = Math.random();
         System.out.println("Static Initializer");
     }
     // インスタンス初期化子
     {
         System.out.println("Instance Initializer");
     }
     // コンストラクター
     StaticInit01() {
         e = Math.random();
         System.out.println("Constructor");
     }
 
     public static void main(String[] args) {
         StaticInit01 a1 = new StaticInit01();
         System.out.println("a1.d = " + a1.d + "  a1.e = " + a1.e);
 
         StaticInit01 a2 = new StaticInit01();
         System.out.println("a2.d = " + a2.d + "  a2.e = " + a2.e);
 
     }
 }

□ 実行結果

$ java StaticInit01
Static Initializer
Instance Initializer
Constructor
a1.d = 0.35048261315527396  a1.e = 0.5217058001158968
Instance Initializer
Constructor
a2.d = 0.35048261315527396  a2.e = 0.7077484318238487

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■カプセル化

カプセル化は、データとそれらに関連する操作をオブジェクトとしてひとまとめにし、公開するものと公開しないもの(非公開にするもの)を明確にすることです。
一般的には、オブジェクトの中のデータ(フィールド)を、オブジェクトの外から直接アクセスできないように非公開にし、そのデータを操作するためのメソッドを公開することで、データの安全を図ることとして使うので、「情報隠蔽」ともいわれたりします。
カプセル化によって、オブジェクトの状態を変化させるのはその操作をとおしてしかできなくなります。したがって、データが知らないうちに外から書き換わることはありません。
カプセル化には、つぎのような利点があります。
- データの保護
- データの整合性を保つ
- 再利用性の向上

■アクセッサー･メソッド

フィールドに対するアクセッサー･メソッドを必要に応じて用意しておく必要があります。

フィールドゲッターセッター
private String name;
public String getName() { return this.name; }

public void setName(String name) { this.name = name; }

private int userCount;
public int getUserCount() { return this.userCount; }

public void setUserCount(int userCount) { this.userCount = userCount; }

private boolean empty;
public boolean isEmpty() { return this.empty; }

public void setEmpty(boolean empty) { this.empty = empty; }

フィールド	ゲッター	セッター
private String name;	public String getName() { return this.name; }	public void setName(String name) { this.name = name; }
private int userCount;	public int getUserCount() { return this.userCount; }	public void setUserCount(int userCount) { this.userCount = userCount; }
private boolean empty;	public boolean isEmpty() { return this.empty; }	public void setEmpty(boolean empty) { this.empty = empty; }

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■カプセル化の必要性を示すサンプル

定価に負の値(不正な値)を指定して、それが入ることを示します。ただし、アクセッサーをとおすことによって、不正な値が入らないようにできます。(不正な値のときは0を戻すことにします)

以下の"TestProduct.java"を入力してコンパイル・実行してください。


 // 0904
 // 商品クラスをテストするクラスです。
 public class TestProduct {
     public static void main(String[] args) {
         Product p1 = new Product();
         p1.setCode("A001");
         p1.setName("パソコン");
         p1.setPrice(-188000);
         System.out.println("商品のインスタンスを生成しました。 p1 = " + p1);
         System.out.println("   code = " + p1.getCode());
         System.out.println("   name = " + p1.getName());
         System.out.println("  price = " + p1.getPrice());
 
         Product p2 = new Product();
         p2.code = "P001";
         p2.name = "プリンター";
         p2.price = -24000;
         System.out.println("商品のインスタンスを生成しました。 p2 = " + p2);
         System.out.println("   code = " + p2.getCode());
         System.out.println("   name = " + p2.getName());
         System.out.println("  price = " + p2.getPrice());
     }
 }

□ 実行結果

$ java TestProduct
商品のインスタンスを生成しました。 p1 = Product@f6a746
   code = A001
   name = パソコン
  price = 0
商品のインスタンスを生成しました。 p2 = Product@15ff48b
   code = P001
   name = プリンター
  price = -24000

上記"Product.java"のフィールドのアクセス修飾子をpivateにしてください。("Product.java")

隠蔽したいフィールドに対し、private修飾子をつけて、他のクラスからアクセスできないようにします。他のクラスから、該当フィールドにアクセスする場合は、かならずアクセッサー･メソッドを使います。


 // 0905
 // 商品クラスです。
 // ひとつの商品に対するフィールドやフィールドを操作するためのメソッドを
 // 提供しています。
 public class Product {
     private String code;    // 商品コード
     private String name;    // 商品名
     private int price;      // 商品定価
 
     :
 
 }

上記"TestProduct.java"に変更を加えずに、コンパイル・実行してください。

コンパイル結果

$ javac TestProduct.java
TestProduct.java:15: code は Product で private アクセスされます。
        p2.code = "P001";
          ^
TestProduct.java:16: name は Product で private アクセスされます。
        p2.name = "プリンター";
          ^
TestProduct.java:17: price は Product で private アクセスされます。
        p2.price = -24000;
          ^
エラー 3 個

フィールドに直接アクセスできなくなります。したがって、間違えた値をpriceに設定できなくなりました。

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■実習

コマンドライン引数をチェックするクラス"Args01.java"を一般化して、コマンドライン引数をチェックするメソッドisValid()を持つクラス"ArgsUtil.java"を作成してください。

クラス: "ArgsUtil.java"
static boolean isValid(int count, String[] args, String message)
- 戻り値: OKのとき、true; NGのとき、false
- count: 必要な引数の数
- args: コマンドライン引数
- message: NGのときのメッセージ


 public class Args {
     static boolean isValid(int count, String[] args, String message) {

         // ここにコードを記述してください。

     }
     public static void main(String[] args) {
         if (!isValid(1, args, "引数をひとつ指定してください。")) {
             System.exit(1);    // アプリケーションを終了します
         }
         System.out.println("引数: " + args[0]);
     }
 }

□ 実行結果

$ java Args
引数をひとつ指定してください。

$ java Args Hello
引数: Hello

$ java Args Hello World
引数をひとつ指定してください。

$ java Args "Hello World"
引数: Hello World

コマンドラインから入力した数値の数だけ、星印(*)を横に並べるアプリケーション"StarPrint01.java"を改造し、int型の引数から数値の数だけ、星印(*)を並べた文字列を返すメソッドgetStars()をクラス("Graph.java")の中に作成してください。
```
 public class Graph {
     String getStars(int n) {

         // ここにコードを記述してください。

     }
 }
```

上記メソッド"TestGraph#printGraph()"を利用するアプリケーション"TestGraph.java"を作ってください。


 public class TestGraph {
     public static void main(String[] args) {
         Graph g = new Graph();
         System.out.println(g.getStars(Integer.parseInt(args[0])));
     }
 }

□ 実行結果

$ java TestGraph 5
*****

最大公約数を計算するアプリケーション"GCD.java"を改造し、2つの引数から最大公約数を計算してint型で戻すクラス("GCD.java")を作成してください。


 public class GCD {
     int getGCD(int a, int b) {
         int r;
         while ((r = a % b) != 0) {
             a = b;
             b = r;
         }

         // ここにコードを記述してください。

     }
 }

上記メソッド"GCD#getGCD()"を利用するアプリケーション"TestGCD.java"を作ってください。


 public class TestGCD {
     public static void main(String[] args) {

         // ここにコードを記述してください。

         System.out.println(args[0] + " と " + args[1] + " の最大公約数は, "
                 + gcd.getGCD(Integer.parseInt(args[0]), Integer.parseInt(args[1])) + " です。" );
     }
 }

□ 実行結果

$ java TestGCD 12 32
12 と 32 の最大公約数は, 4 です。

素数か否かを判定するアプリケーション"IsPrimeNumber.java"を改造し、引数が素数か否かを判定してboolean型で戻すメソッド isPrimeNumber() を持つクラス("PrimeNumber.java")を作成してください。


 public class PrimeNumber {
     static boolean isPrimeNumber(int n) {
         //
         // ここにコードを記述してください。
         //
         return true;
     }
 }

上記メソッド"PrimeNumber#isPrimeNumber()"を利用するアプリケーション"TestPrimeNumber.java"を作ってください。


 public class TestPrimeNumber {
     public static void main(String[] args) {
         int n = Integer.parseInt(args[0]);
         if (PrimeNumber.isPrimeNumber(n)) {
             System.out.println(n + " is a prime number.");
         } else {
             System.out.println(n + " is not a prime number.");
         }
     }
 }

□ 実行結果

$ java TestPrimeNumber 7　<-- 素数の場合、
7 is a prime number.

$ java TestPrimeNumber 8　<-- 素数でない場合、
8 is not a prime number.

(オプション)
上記メソッドIsPrimeNumber3#isPrimeNumber()をstaticにして、確認してください。

上記メソッド"PrimeNumber#isPrimeNumber()"を利用して、コマンドラインから指定された数までの素数をすべてプリントするアプリケーション"PrimeNumber10.java"を作ってください。


 public class PrimeNumber10 {
     public static void main(String[] args) {
         int n = Integer.parseInt(args[0]);
 
         // ここにコードを記述してください。
 
         System.out.println();
     }
 }

□ 実行結果

$ java PrimeNumber10 100
2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67 71 73 79 83 89 97

つぎの本(Book)クラスをカプセル化してください。(Book.java)　本(Book)クラスには、つぎのフィールドがあります。

書名(title)　String
著作者名(author)　String

□ カプセル化前のBook.java


 public class Book {
     String title;       // 書名
     String author;      // 著作者
 }

□ カプセル化後のBook.javaクラスをテストするアプリケーションBookTest.java


 public class BookTest {
     public static void main(String[] args) {
         Book b1 = new Book();
         b1.setTitle(args[0]);
         b1.setAuthor(args[1]);
         System.out.println(" Title:" + b1.getTitle());
         System.out.println("Author:" + b1.getAuthor());
     }
 }

□ 実行結果

$ java BookTest JavaBook Maruno
 Title:JavaBook
Author:Maruno

じゃんけんの手をあらわすJankenTeクラスを作成してください。このクラスには、つぎのフィールドがあります。なお、カプセル化し、フィールド te には、0, 1, 2 しか入らないものとします。これ以外の値のときは、0 が指定されたものとします。

手(te): int

□ JankenTe.java


 public class JankenTe {

         // ここにコードを記述してください。

 }

□ JankenTe.javaクラスをテストするアプリケーションJankenAppl.java


 public class JankenAppl {
     public static void main(String[] args) {
         JankenTe te = new JankenTe();
         te.setTe(Integer.parseInt(args[0]));
         System.out.println("手: " + te.getTe());
     }
 }

□ 実行結果

$ java JankenAppl 0
手: 0

$ java JankenAppl 1
手: 1

$ java JankenAppl 2
手: 2

$ java JankenAppl 3
手: 0

じゃんけんの手をあらわすJankenTeクラスを、日本語の "ぐー", "ちょき", "ぱー" も設定できるようにしたクラスJankenTeにしてください。

□ JankenTe.java


 public class JankenTe {

         // ここにコードを記述してください。

 }

□ JankenTe.javaクラスをテストするアプリケーションJankenAppl.java


 public class JankenAppl {
     public static void main(String[] args) {
         JankenTe te = new JankenTe();
         te.setTe(args[0]);
         System.out.println("手: " + te.getTe());
     }
 }

□ 実行結果

$ java JankenAppl ぐー
手: 0

$ java JankenAppl ちょき
手: 1

$ java JankenAppl ぱー
手: 2

$ java JankenAppl ちゃー
手: 0

つぎの四角形を処理するクラス"Shikaku.java"を作ります。コンストラクターはつぎのとおりです。なお、図形の座標の原点は左上にあるものとします。

Shikaku(int x0, int y0, int x1, int y1)	左上の座標(x0, y0)と右下の座標(x1, y1)。デフォルトの名前は、"四角形"とします。
Shikaku(String name, int x0, int y0, int x1, int y1)	四角形の名前と左上の座標(x0, y0)、右下の座標(x1, y1)

このクラスには、四角形の周の長さを戻すメソッドlength()を作成してください。周の長さは、つぎの式によります。

 四角形　　2 * (x1 - x0 + y1 - y0)

□ "Shikaku.java"


 public class Shikaku {
     private int x0, y0;                             // 左上の頂点の座標
     private int x1, y1;                             // 左上の頂点の座標
     private int w, h;                               // 幅と高さ
     private String name;                            // 名前
     Shikaku(String name, int x0, int y0, int x1, int y1) { // コンストラクター
         setName(name);
         this.x0 = x0;
         this.y0 = y0;
         this.x1 = x1;
         this.y1 = y1;
         w = Math.abs(x0 - x1);
         h = Math.abs(y0 - y1);
     }
     Shikaku(int x0, int y0, int x1, int y1) {       // コンストラクター
         this("四角形", x0, y0, x1, y1);
     }
     String getName() {                              // 名前の取得
         return name;
     }
     void setName(String name) {                     // 名前の設定
         this.name = name;
     }
     double length() {                               // 周の長さ
 
         // ここにコードを記述してください。
 
     }
 }

なお、これらをテストするアプリケーション"ZukeiTest01.java"は、以下のとおりです。

□ "ZukeiTest01.java"


 public class ZukeiTest01 {
     public static void main(String[] args) {
         int x0 = Integer.parseInt(args[0]);
         int y0 = Integer.parseInt(args[1]);
         int x1 = Integer.parseInt(args[2]);
         int y1 = Integer.parseInt(args[3]);
         Shikaku s0 = new Shikaku(x0, y0, x1, y1);
         System.out.println(s0.getName() + " の周の長さ = " + (int)(s0.length()));
 
         Shikaku s1 = new Shikaku("しかく", x0, y0, x1, y1);
         System.out.println(s1.getName() + " の周の長さ = " + (int)(s1.length()));
     }
 }

□ 実行結果

$ java ZukeiTest01 0 0 100 100
四角形 の周の長さ = 400
しかく の周の長さ = 400

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