Javaのクラス：フィールド・メソッド・オブジェクトの定義

クラスは設計図

これまでのコードは、ただの値をやり取りするメソッドの中に存在していました。クラスを使うと、関連するデータと、それを操作する振る舞いを、1つの名前付きの型にまとめられます。クラスは設計図であり、実際に扱う対象はそこから生成されるオブジェクトです。

クラスは2種類のメンバーを宣言します。フィールド（各オブジェクトが保持するデータ）と、メソッド（各オブジェクトができること）です。

class Dog {
    String name;          // フィールド：どの Dog も名前を持つ
    int age;              // もう1つのフィールド

    void bark() {         // メソッド：どの Dog も持つ振る舞い
        System.out.println(name + " says woof!");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog d = new Dog();    // 設計図からオブジェクトを生成する
        d.name = "Rex";       // フィールドを設定する
        d.age = 3;
        d.bark();             // メソッドを呼び出す
    }
}

new Dog() はメモリ上にオブジェクトを構築し、その参照を返します。d.name と d.bark() はその特定のオブジェクトにアクセスします。

各オブジェクトは独自の状態を持つ

クラスの本質は、それぞれが独自のフィールド値を持つ多数の独立したオブジェクトを量産できる点にあります。1つを変えても、他には決して影響しません。

class Dog {
    String name;

    void bark() {
        System.out.println(name + " barks");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog rex = new Dog();
        rex.name = "Rex";

        Dog bella = new Dog();
        bella.name = "Bella";

        rex.bark();     // Rex barks
        bella.bark();   // Bella barks
    }
}

rex と bella は2つの別個のオブジェクトです。それぞれが独自の name を持つため、各 bark() は異なる値を表示します。このオブジェクトごとのデータをインスタンスの状態と呼びます。

フィールドとメソッドは連携する

クラス内のメソッドは、そのオブジェクト自身のフィールドを直接読み書きでき、パラメータとして渡す必要はありません。メソッドは、自分が触れるデータを持つオブジェクトの「上に存在している」のです。

class Counter {
    int count;            // デフォルトで 0 から始まる

    void increment() {
        count++;          // このオブジェクトのフィールドを更新する
    }

    int value() {
        return count;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Counter c = new Counter();
        c.increment();
        c.increment();
        c.increment();
        System.out.println(c.value());   // 3
    }
}

increment() が引数を1つも取らないことに注目してください。呼び出した相手の Counter に属するフィールドに対して動作します。これがクラスメソッドと、独立した静的メソッドとの違いです。メソッドには、作用する対象となる暗黙のオブジェクトがあるのです。

thisキーワード

メソッドの中で this は、そのメソッドが呼び出されたオブジェクトへの参照です。通常は必要ありません。count と書けばすでに this.count を意味します。しかし、パラメータ名がフィールド名と衝突するときに this は不可欠になり、これはセッターやコンストラクタで絶えず起こります。

class Point {
    int x;
    int y;

    void move(int x, int y) {
        this.x = x;       // this.x はフィールド、x はパラメータ
        this.y = y;
    }

    void show() {
        System.out.println("(" + x + ", " + y + ")");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Point p = new Point();
        p.move(4, 7);
        p.show();         // (4, 7)
    }
}

初心者がよくやる間違いは、move の中で x = x; と書くことです。これはパラメータを自分自身に代入するだけで、フィールドは手つかずのまま残ります。コンパイラは警告してくれず、オブジェクトは黙って古い値を保ち続けます。フィールドを実際に更新するのは this.x = x; です。

フィールドのデフォルト値とnull参照

オブジェクトを生成すると、そのフィールドはゴミ値のまま放置されません。Javaはデフォルト値で初期化します。数値は 0、boolean は false、String のようなオブジェクト参照は null です。この null のデフォルトが、古典的なクラッシュの原因になります。

class User {
    String name;          // 未代入なのでデフォルトで null
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        User u = new User();
        System.out.println(u.name.length());   // NullPointerException
    }
}

u.name は誰も設定していないため null であり、その上で .length() を呼ぶと NullPointerException が投げられます。フィールドを使う前に、必ずオブジェクトへ意味のある値を代入しましょう。これこそコンストラクタが解決する問題です。

クラスを中心にコードを構成する

実際のプログラムは、データとそれに対する操作を一緒に保持するクラスとしてドメインをモデル化します。ここでは1つの BankAccount クラスが残高を保持し、その変化の仕方を管理します。

class BankAccount {
    String owner;
    double balance;

    void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
        }
    }

    boolean withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && amount <= balance) {
            balance -= amount;
            return true;
        }
        return false;     // 残高不足
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount acc = new BankAccount();
        acc.owner = "Sam";
        acc.deposit(100.0);
        boolean ok = acc.withdraw(30.0);

        System.out.println(acc.owner + " balance: " + acc.balance);  // 70.0
        System.out.println("withdrawal succeeded: " + ok);
    }
}

データ（balance）と、それを変更する規則（deposit、withdraw）が1か所にまとまっています。他の場所のコードは、口座の数値を直接いじるのではなく、口座に処理を依頼します。これが、きれいで保守しやすい設計の基礎です。

次へ：コンストラクタ

new のあとで各フィールドを手作業で設定するのは面倒で、忘れやすいものです。そして今見たとおり、設定し忘れたフィールドはクラッシュを待つ null を残します。コンストラクタを使えば、オブジェクトの生成と同時にそのフィールドを必須にして初期化でき、BankAccount が所有者なしで存在することは決してなくなります。それが次のページの内容です。