Java class

８．クラスの基本

オブジェクト指向プログラミング（OOP：Object-Oriented Programming）
　オブジェクト指向（object-oriented）とは、オブジェクト同士の相互作用としてシステムの振る舞いをとらえる考え方であり、オブジェクト指向プログラミングではプログラムの構造をオブジェクト群の相互作用とその雛形であるクラス群の関係として捉える。クラス（class）はオブジェクトの設計図にあたるもので、抽象データ型（abstract data type）の一つ。クラスから生成したオブジェクトのことをインスタンス（instance）という。クラスには、インスタンスの保持するデータ（フィールド、メンバ変数）と操作（メソッド、メンバ関数）が記述される。クラスは、情報隠蔽（カプセル化：encapsulation）・継承（インヘリタンス：inheritance）・多態性（ポリモルフィズム：polymorphism）などの、オブジェクト指向プログラミングにおける重要な概念を実現する。

[修飾子] class クラス名
{
	// メンバー（member）
	// ・フィールド（field）（０個以上）・・・メンバ変数
	[修飾子] 型名 フィールド名 ;
	// ・メソッド（method）（０個以上）・・・メンバ関数
	[修飾子] 戻り値の型 メソッド名(仮引数リスト)
	{
		文 ;
	
		return 式 ;
	}
}

クラス（class）はフィールド（field）（変数（variable））とメソッド（method）を
メンバー（member）として持つ
複数のクラスが宣言されているファイルをコンパイルすると
それぞれのクラスファイルが生成される
（ただしpublicクラスの場合はクラス名と同じ主ファイル名でなければならない！）
実行時にクラスローダーが必要なクラスファイル読み込んで実行する
フィールドは初期化することができる
```
型名 フィールド名 = 式 ;
```
デフォルト（初期化しない場合）の初期値は 0 (boolean型の場合はfalse)
引数の無いメソッドは メソッド名()と定義し、引数が複数ある場合には , で区切る
戻り値（return value）として return 式; で評価した式の値を、呼び出し元に返す
戻り値の無いメソッドの型は void で、 return; で呼び出し元に戻る
[修飾子]はオプション（アクセス修飾子、static修飾子、final修飾子）

変数宣言とオブジェクト（インスタンス）の生成（インスタンス化）

クラス名 変数名;
変数名 = new クラス名();

// あるいはまとめて、
クラス名 変数名 = new クラス名();

クラス型の変数は参照型
new クラス名(); は
コンストラクタの呼び出し

インスタンス

クラス

メンバアクセス、メソッドの呼び出し

オブジェクトを生成すると、フィールドアクセス、メソッドの呼び出しができるようになる
インスタンス変数、インスタンスメソッドへのアクセスは、
```
オブジェクトをさす変数名.フィールド名
オブジェクトをさす変数名.メソッド名(実引数リスト)
```

クラス内で自分自身のメンバにアクセスするには、

this.フィールド名
this.メソッド名(実引数リスト)
// このthis.は省略できる
// ローカル変数（local variable）と区別するにはthis.が必要！
フィールド名
メソッド名(実引数リスト)

メソッド（method）
- 一連の処理をメソッドとして定義しておく
- メソッドを呼び出すと、メソッドに移って処理が行なわれ、メソッド内の処理が終わると、呼び出し元に戻ってきて続きを処理する
- 呼び出し元から、引数を使って、メソッドに情報（値）を渡すことができ、引数が複数ある場合には , で区切る
- 定義内で値を受け取る変数を仮引数（parameter）、呼び出し時に渡す値を実引数（argument）と呼ぶ
- 仮引数はメソッドブロックのローカル変数であり、呼び出し元からの値で初期化される
- 従って、実引数と仮引数の変数名は同じ名前だとしても実体は異なる！
- メソッドは戻り値（return value）によって呼び出し元に情報（値）を返すことができる
- 呼び出し元では、その値を関数値のように使って、続きの式の計算などを行なう
- 引数、戻り値の受け渡しは、基本型は値渡し（call by value）なのでデータがコピーされ、
  参照型は参照渡し（call by reference）なので、実体はコピーされない
- 参照型の代入と同様に、参照という名のポインタの値がコピーされていると考えればよい！
// 斜辺の長さを求めるメソッド

// 平均を求めるメソッド

９．クラスの機能

カプセル化（アクセス制限）その１

アクセス修飾子（modifier）	機能	備考
private	クラス外からアクセスできない	フィールドに指定することが多い
なし	同じパッケージに含まれるクラス内からアクセスできる	（パッケージアクセス）
public	クラス外からアクセスできる	メソッドに指定することが多い

メソッドの多重定義（オーバーロード：overloading）

同じクラスの中に同じ名前の複数のメソッドを定義する
メソッドの仮引数の型・個数が異なるようにしておかなければならない
実引数の型・個数に応じて同じ名前のメソッドを使い分けることができる
このオーバーロードは、オーバーライドと並んで、多態性（ポリモルフィズム）を実現する仕組み

コンストラクタ（constructor）

[修飾子] クラス名(引数リスト)
{
	文:
}

クラス宣言に含めておくと、オブジェクト生成時に自動的に実行される
各オブジェクトに対する単純な初期化以上の処理を行なうための仕組み
コンストラクタもオーバーロードできる
コンストラクタの先頭に this(); をおくと
別のコンストラクタを呼び出すことができる
コンストラクタを省略すると、デフォルトコンストラクタ（default constructor）
（引数の無いコンストラクタ）が用意され、自動的に呼び出される
クラス名() { }

コンストラクタでうまく処理できない場合に、文を { と } で囲んだ初期化ブロック（initialization block）を置くことができる
初期化ブロックは全てのコンストラクタの前にあるかのように実行される

メンバーの関連付け

`static`修飾子（modifier）	機能	備考
なし	各オブジェクトに関連付けられる	インスタンスフィールド（instance field）インスタンス変数（instance variable）
		インスタンスメソッド（instance method）
static	クラス全体に関連付けられる	クラスフィールド（class field）、staticフィールド（static field）クラス変数（class variable）、static変数（static variable）
		クラスメソッド（class method）、staticメソッド（static method）

オブジェクトが生成されていなくても、staticメンバーは使え、
クラス変数へのアクセス、クラスメソッドの呼び出しはできる
クラス変数にはクラス全体で扱うデータを格納しておく
クラス変数へのアクセスは、
クラス名.クラス変数
クラスメソッドへのアクセスは、
クラス名.クラスメソッド(引数リスト)
クラスメソッド内でできないこと：
- this. の使用
- インスタンス変数・インスタンスメソッドへのアクセス

クラス変数に対する単純な初期化以上の処理が必要であれば、文を static { と } で囲んだstatic初期化ブロック（static initialization block）で行なうことができる ⇔ インスタンス変数の場合はコンストラクタで行なえばよい

ローカル変数（local variable）
- メソッド内で宣言した変数（仮引数も含む）はそのメソッド内でのみ有効
- ブロック（中カッコ{ }）内で宣言した変数はブロック内でのみ有効（forの前処理部を含む）
```
// 平方数表を表示
for( int i = 1; i <= 10; i++ )
{
	int j = i * i;
	System.out.println( i + "\t" + j );
}
```
- ローカル変数はメソッドが呼び出される度に初期化される
- 初期化の無いローカル変数の初期値は不定（必ず値を設定してから使わなければならない！）
- 変数が通用する範囲のことをスコープ（scope）という

１０．クラスの利用

クラスライブラリ（class library）

Stringクラス

String str = new String("Hello"); としなくても
String str = "Hello"; でよい！

主なメソッド

メソッド名	機能（戻り値）
char charAt(int idx)	`idx`の位置にある文字
boolean endsWith(String str)	`str`で終わるか
boolean startsWith(String str)	`str`で始まるか
boolean equals(Object obj)^※ boolean equalsIgnoreCase(Object obj)	`obj`と同じ文字列か〃（大文字小文字を区別せず）
int length()	文字列の長さ
int indexOf(char c) int indexOf(String str)	文字`c`／文字列`str`が最初に出現する位置
int lastIndexOf(char c) int lastIndexOf(String str)	文字`c`／文字列`str`が最後に出現する位置
String toLowerCase()	小文字に変換した文字列
String toUpperCase()	大文字に変換した文字列

^※ str1 == str2 で比較できるのは同じオブジェクトを指しているかがどうかだけ

右の状況の場合、
str1 == str2 は false だが、
str1.equals(str2) は true

この一連を理解する為のプログラムStrtest1.java

StringBufferクラス

StringBufferクラスは文字列の内容を変更できる ⇔ Stringクラスは文字列の内容が変更できない

主なメソッド

メソッド名	機能（戻り値）
StringBuffer append(char c) StringBuffer append(String str)	文字`c`／文字列`str`を追加
StringBuffer deleteCharAt(int idx)	`idx`の位置の文字を削除
StringBuffer insert(int off, char c) StringBuffer insert(int off, String str)	`off`の位置に文字`c`／文字列`str`を挿入
int length()	文字列の長さ
String toString()	Stringクラスのオブジェクトに変換

ラッパークラス（wrapper class）

基本型を包んで機能を提供する

ラッパークラス	基本型
Character	char	２バイト文字（\u0000～\uffff）
Byte	byte	１バイト整数（-128～127）
Short	short	２バイト整数（-32,768～32,767）
Integer	int	４バイト整数（-2,147,483,648～2,147,483,647）
Long	long	８バイト整数（-2⁶³～2⁶³-1）
Float	float	単精度浮動小数点数（32ビット）
Double	double	倍精度浮動小数点数（64ビット）

Integerクラスのクラスメソッド

メソッド名	機能（戻り値）	備考
static int parseInt(String s)	文字列`s`を表す整数	Integer.parseInt("123")
static String toString(int i)	整数`i`を表す文字列	Integer.toString(123)

Floatクラスのクラスメソッド

メソッド名	機能（戻り値）	備考
static float parseFloat(String s)	文字列`s`を表す実数	Float.parseFloat("12.3")
static String toString(float a)	実数`a`を表す文字列	Float.toString(12.3)

Doubleクラスのクラスメソッド

メソッド名	機能（戻り値）	備考
static double parseDouble(String s)	文字列`s`を表す実数	Double.parseDouble("12.3")
static String toString(double a)	実数`a`を表す文字列	Double.toString(12.3)

Mathクラス

フィールド：Math.PI のように使う

フィールド名機能（戻り値）備考

public static final double E 自然対数の底$e$ 2.718281828459045

public static final double PI 円周率$\pi$ 3.141592653589793

主なクラスメソッド：Math.関数(引数) のように使う

メソッド名	機能（戻り値）	備考
static int abs(int i) static double abs(double a)	絶対値（absolute value）	$\|\,a\,\|$ `long, float`用もあり
static int round(double a) static double rint(double a)	まるめ：四捨五入（round）
static double ceil(double a)	切り上げ（ceiling）	$\lceil{\,a\,}\rceil$
static double floor(double a)	切り捨て（floor）	$\lfloor{\,a\,}\rfloor$
static int min(int a, int b) static double min(double a, double b)	最小値（minimum）	`long, float`用もあり
static int max(int a, int b) static double max(double a, double b)	最大値（maximum）	`long, float`用もあり
static double sqrt(double a)	平方根（square root）	$\sqrt{a\,}$
static double hypot(double x, double y)	斜辺（hypotenuse）	$\sqrt{x^2+y^2}$
static double pow(double a, double b)	べき乗（power）	$a^b$
static double exp(double a)	指数（exponential）	$e^a$
static double log(double a) static double log10(double a)	対数（logarithm）	$\log_ea$ $\log_{10}a$
static double sin(double a) static double cos(double a) static double tan(double a)	三角関数：正弦、余弦、正接（sine, cosine, tangent）
static double random()	[0, 1) の乱数（random number）	乱数について

Enumクラス（列挙型）

例えば enum Suit { SPADES, HEARTS, CLUBS, DIAMONDS } から

final class Suit extends java.lang.Enum
{
	static final Suit SPADES;
	static final Suit CLUBS;
	static final Suit DIAMONDS;
	static final Suit HEARTS;
	static final Suit[] values() {・・・}
	static final Suit valueOf(String s) {・・・}
	static {・・・}
}

のようなイメージのクラスファイル（Suit.class）が自動的に生成される

主なクラスメソッド

列挙型[] values() 列挙された値を列挙型の配列で返す

列挙型 valuesOf(String s) sを列挙型で返す
列挙型の値は内部では整数として処理されているため、switch文のcaseに用いることができる
```
Suit suit = Suit.DIAMONDS;
switch(suit)
{
case SPADE:
case CLUB:
・・・
}
```

通常のクラスと同様にコンストラクタ、変数、メソッドを定義することもできる

// 定数に整数値を強制的に割り当てる方法
enum Suit
{
	SPADES(0), HEARTS(1), CLUBS(2), DIAMONDS(3);	// コンストラクタ呼び出し
	private int a;
	Suit(int a) { this.a = a; }
	public int value() { return this.a; }
}

その他のクラス

Dateクラス、GregorianCalendarクラス（GregorianCalendarはCalendarのサブクラス）

import java.util.*; が必要
現在時刻をミリ秒単位で得る（GMTで1970/1/1 00:00:00からの経過時間）
long time = System.currentTimeMillis();
（時刻情報に変換するには、Date date_time = new Date(time);）
現在時刻を得る
Date date = new Date();
または
Calendar cal = new GregorianCalendar();
時刻の表示
System.out.println(date);
または
System.out.println(cal.get(Calendar.YEAR) + "/"

+ (cal.get(Calendar.MONTH)+1) + "/"

+ cal.get(Calendar.DAY_OF_MONTH) + " "

+ cal.get(Calendar.HOUR_OF_DAY) + ":"

+ cal.get(Calendar.MINUTE) + ":"

+ cal.get(Calendar.SECOND) );
または、printfを使って
System.out.printf("%tY/%tm/%td %tH:%tM:%tS", date, date, date, date, date, date);

System.out.printf("%tY/%tm/%td %tH:%tM:%tS", cal, cal, cal, cal, cal, cal);

GregorianCalendarクラスの主なフィールド

フィールド名	内容
SECOND	秒（0～59）
MINUTE	分（0～59）
HOUR	時（0～11）
HOUR_OF_DAY	時（0～23）
DAY_OF_MONTH	日付（1～31）
MONTH	月（0～11）１月が0
YEAR	年（西暦）
DAY_OF_WEEK	曜日（1～7）日曜日が1
DAY_OF_YEAR	年始からの通算日数（1～365）1月1日が1
↑`static int`で`Calendar`から継承している

GregorianCalendarクラスの主なメソッド

メソッド名	機能（戻り値）
void set(int field, int value)	フィールドに値を設定
int get(int field)	フィールドから値を取得
void clear(int field)	フィールドの値を削除
boolean isSet(int field)	フィールドに値があるか
↑ここに挙げたものは`Calendar`から継承している

ArrayListクラス

import java.util.*; が必要
要素数を増やして自動的に拡張される配列が実現できる ⇔ 配列は生成時の要素数を変更できない！
インスタンスの生成
ArrayList<型名> 変数 = new ArrayList<型名>();
例：ArrayList<String> lines = new ArrayList<String>();
<E>とクラスの定義内で用いられる型をパラメータとして扱う仕組み（generics：ジェネリックス）はJSE1.5.0で追加された

主なメソッド

メソッド名	機能（戻り値）
boolean add(E e)	最後の要素の次に要素を追加
void add(int idx, E e)	idx番目に要素を挿入（元のidx番目以降の要素は後ろにずれる）
void clear()	全ての要素を削除
E get(int idx)	idx番目の要素を返す
E remove(int idx)	idx番目の要素を削除して返す（後続の要素は前にずれる）
E set(int idx, E e)	idx番目の要素と置換して元の要素を返す
int size()	要素数を返す
Object[] toArray()	`ArrayList`を配列変換して返す

要素に関する処理は拡張for文で
コレクションクラスには、ArrayListの他にLinkedList等もある

クラス型の変数（参照型の変数）
- クラス型の変数の代入は、代入された変数がもう一方の変数が指しているオブジェクトを指すようになるだけ！
- null が代入された変数は何も指さなくなる
- 何れの変数からも指されなくなったオブジェクトは破棄されオブジェクトが生成される前の状態に戻される：カーベッジコレクション（garbage collection）
- 引数としての受け渡し
  - 基本型は値渡し（call by value）：値がコピーされるだけ！
  - オブジェクトは参照渡し（call by reference）：オブジェクト（実体）がコピーされる訳ではない！
  - 参照型変数をポインタと捕らえれば、代入も含めて、ポインタの値がコピーされているに過ぎない！！
オブジェクトの配列
1. オブジェクト型の配列を準備する
2. インスタンスを作成して、配列要素がそれらを指すように代入する
- 配列の要素数は 配列変数名.length

　既存のクラスを利用して新しいクラスを作成することができる。このように新しいクラスを作成することをクラスを拡張（extends）するといい、元になる既存クラスをスーパークラス（superclass）、新しいクラスをサブクラス（subclass）と呼ぶ。新しいクラスは既存クラスのメンバーを受け継ぐ（継承：inheritance）ので、新しく必要となる性質や機能だけをメンバーとして追加すればよい。一つのスーパークラスから複数のサブクラスを作成したり、サブクラスをさらに拡張して新しいクラスを作成することもできる。但し、２つ以上のスーパークラスを持つ多重継承（multiple inheritance）は許されていない。

[修飾子] class サブクラス名 extends スーパークラス名
{
	サブクラスに新たに追加するメンバー

	サブクラスのコンストラクタ（引数リスト）
	{

	}
}

コンストラクタはメンバーではないので継承されない
サブクラスのオブジェクトの生成に際してデフォルトでは、
サブクラスのコンストラクタの先頭で、
スーパークラスの引数無しコンストラクタが呼び出される
スーパークラスのコンストラクタを指定するには、
super(引数リスト); をサブクラスのコンストラクタの先頭に置く

カプセル化（アクセス制限）その２

修飾子（modifier）	機能	備考
private	クラス外からアクセスできないサブクラスからもアクセスできない！	フィールドに指定することが多い
なし	同じパッケージに含まれるクラス内からアクセスできる	（パッケージアクセス）
protected	サブクラスからはアクセスできる！	スーパークラスのフィールドに指定することが多い
public	クラス外からアクセスできる	メソッドに指定することが多い

アクセスレベル

修飾子（modifier）同一クラス同一パッケージサブクラスすべて

public ○ ○ ○ ○

protected ○ ○ ○ ×

なし ○ ○ × ×

private ○ × × ×

メソッドのオーバーライド（overriding）

　スーパークラスと全く同じメソッド名・引数の数・型をもつメソッドを定義することもでき、スーパークラスのメソッドに代わって機能する。戻り値の型はスーパークラスのものと同じかそのサブクラスでなければならない。

サブクラスのオブジェクトはスーパークラス型の変数で扱うこともできる
オブジェクトを指す変数のクラスに関係なく、オブジェクト自身のクラスに応じて、適切なメソッドが呼び出される
このオーバーライドは、オーバーロードと並んで、多態性（ポリモルフィズム）を実現する仕組み
サブクラスからスーパークラスの同じ名前のメンバー（フィールドやメソッド）にアクセスするにはsuper.をつける
（他方、インスタンス変数をローカル変数と区別する為にはthis.をつける）

拡張（継承）やオーバーライドさせない仕掛けとしてfinal修飾子がある

finalがつく対象	機能（`final`が付くと...）	備考
クラス	クラスを拡張（継承）できなくなる
メソッド	サブクラスでオーバーライドできなくなる
フィールド	値を変更できなくなる	定数（constant）

Objectクラス

スーパークラスを指定しないクラスは、Objectクラスのサブクラスとなる
（class クラス名 extends java.lang.Object { } の下線部が省略されたものとみなされる）
Javaのクラスは全てObjectクラスのメンバを継承している

Objectクラスのメソッド

メソッド名	機能（戻り値）
protected Object clone()	オブジェクトのコピー
public boolean equals(Object obj)	同じオブジェクトがどうか
protected void finalize()	このオブジェクトへの参照が無くなった時にガーベッジコレクタに呼び出される
public final Class<?> getClass()	オブジェクトのクラス情報（`Class`クラスのオブジェクト）
public String toString()	オブジェクトをテキストで表現する文字列

自分で設計したクラスでtoString()メソッドを定義しておくと、System.out.println()等で、オブジェクトを表示できるので便利！
Stringクラスのequals()メソッドは、文字列の内容が同じかどうかを調べるように定義（オーバーライド）されている

// 斜辺の長さを求めるメソッド
// 平均を求めるメソッド

列挙型[] values()	列挙された値を列挙型の配列で返す
列挙型 valuesOf(String s)	`s`を列挙型で返す

修飾子（modifier）	同一クラス	同一パッケージ	サブクラス	すべて
public	○	○	○	○
protected	○	○	○	×
なし	○	○	×	×
private	○	×	×	×

８．クラスの基本

９．クラスの機能

１０．クラスの利用

１１．新しいクラス