1.クラスとインスタンス

学習目標

クラスとインスタンスの関係を説明できる
フィールド・コンストラクター・メソッドを持つクラスを定義できる
new でインスタンスを生成し、フィールドの読み書きとメソッド呼び出しができる

1. クラス

書籍ならタイトル・価格・在庫、ユーザーなら名前・メールアドレス・年齢、注文なら商品・数量・日時。プログラムはこのような複数の属性を持つデータを扱います。Java には int、double、String といった型が組み込まれていますが、これらが表すのは単一の値です。「タイトルと価格と在庫を持つ書籍」のように複数の属性を 1 つに束ねた型は、組み込み型には存在しません。

1-1. クラスの定義

クラス は、こうした新しい型を自分で定義する仕組みです。データ（フィールド）と処理（メソッド）をまとめて 1 つの型として扱えます。

クラスは class キーワードで定義し、クラスが持つデータを フィールド として データ型フィールド名; の形で並べます。

class クラス名 {
  データ型 フィールド名;
  ...
}

public class Person {
  String name;
  int age;
}

これで Person という新しい型を定義しました。Person は name（文字列）と age（整数）の 2 つのフィールドを持ちます。public を付けると、このクラスは別のパッケージからも参照できます。

新しく作った型は、int や String と同じように扱えます。Person 型の変数の宣言や、Person[] のような配列の宣言が可能です。

クラスを定義しただけでは値を扱えません。Person 型の値を使うには、Person クラスから具体的な実体を生成する必要があります。

2. インスタンス

2-1. クラスとインスタンスの関係

クラスから生成された実体を インスタンス と呼びます。オブジェクト も同義の用語です。

クラスは型の設計図、インスタンスはその設計図から生成される実体です。

Person クラスとインスタンスの関係

設計図は 1 つでも、そこから生成するインスタンスはいくつでも作れます。同じ Person クラスから生成された 2 つのインスタンスは、それぞれが独立した name と age の値を持ちます。

2-2. インスタンスの生成

クラスからインスタンスを生成するには new 演算子を使います。

new クラス名()

Person を利用するコードは別のクラスに記述します。

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    Person p = new Person();  // ① インスタンスを生成し、参照を p に代入
    p.name = "田中";           // ② インスタンスの name フィールドに代入
    p.age = 25;                // ③ インスタンスの age フィールドに代入

    System.out.println(p.name);
    System.out.println(p.age);
  }
}

田中
25

new Person() で、Person 型のインスタンスが 1 つ生成されます。

以降のコード例では、Main.java の main メソッドの中身だけを示します。

2-3. 複数のインスタンス

同じクラスから複数のインスタンスを生成でき、それぞれが独立したフィールドの値を持ちます。

Person p1 = new Person();
p1.name = "田中";
p1.age = 25;

Person p2 = new Person();
p2.name = "鈴木";
p2.age = 30;

p1.name = "中村";
System.out.println(p1.name); // 中村
System.out.println(p2.name); // 鈴木

new Person() を 2 回実行すると、別々のオブジェクトがメモリ上に配置されます。p1 と p2 はそれぞれ別のオブジェクトを参照するため、p1.name を変更しても p2.name には影響しません。

3. コンストラクター

ここまでの例では、インスタンスを生成してから 1 つずつフィールドに代入していました。

Person p = new Person();
p.name = "田中";
p.age = 25;

この書き方では、new Person() の実行から各フィールドへの代入が完了するまでの間、name = null、age = 0 のフィールドを持つ不完全な Person インスタンスが存在します。インスタンスを完成させる責任は呼び出し側のコードにあります。

コンストラクター は、インスタンスの生成と初期化を 1 つの操作にまとめる仕組みです。

3-1. コンストラクターの定義

コンストラクターはクラス名と同じ名前で定義します。戻り値の型は書きません。

class クラス名 {
  クラス名(引数) {
    初期化の処理
  }
}

public class Person {
  String name;
  int age;

  public Person(String name, int age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
  }
}

Person p = new Person("田中", 25);
System.out.println(p.name); // 田中
System.out.println(p.age);  // 25

new Person("田中", 25) を実行したときの流れを追います。

Person 型のオブジェクトがメモリ上に生成される
コンストラクターが呼び出され、引数 name に "田中"、age に 25 が渡る
コンストラクターの中で this.name = name と this.age = age が実行され、インスタンスのフィールドが初期化される
完成したオブジェクトへの参照が返り、変数 p に代入される

3-2. `this` キーワード

コンストラクターの中の this.name = name は、インスタンス自身のフィールドに引数の値を代入する文です。

引数名とフィールド名が同じ name なので、どちらを指すかを区別する必要があります。this は、コンストラクターやメソッドが呼び出されている対象のインスタンスを指すキーワードです。new Person("田中", 25) の場合、コンストラクター内の this はこの new で生成された Person のインスタンスを指します。

表記	意味
`this.name`	インスタンスのフィールド `name`
`name`	コンストラクターの引数 `name`

this. を書いた場合と書き忘れた場合の挙動を比較します。

this. ありの場合
this. を書き忘れた場合

public Person(String name, int age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
}

Person p = new Person("田中", 25);
System.out.println(p.name); // 田中
System.out.println(p.age);  // 25

左辺の this.name はインスタンスのフィールド、右辺の name は引数を指すため、引数の値がフィールドに代入されます。

public Person(String name, int age) {
  name = name;  // 引数 name に引数 name を代入しているだけ
  age = age;
}

Person p = new Person("田中", 25);
System.out.println(p.name); // null
System.out.println(p.age);  // 0

左辺と右辺の両方が引数 name を指すため、フィールドへの代入は行われません。フィールドは初期値（null と 0）のままです。

3-3. デフォルトコンストラクター

インスタンスの生成では、コンストラクターを定義していない Person に対して new Person() のように引数なしで生成できました。これは Java が デフォルトコンストラクター（引数なしで何もしないコンストラクター）を暗黙に提供していたためです。コンストラクターを 1 つでも自分で定義すると、このデフォルトは無効になります。

public Person(String name, int age) を定義した Person に対して、new Person() を書くとコンパイルエラーになります。

Person p = new Person(); // コンパイルエラー：引数の数が合わない

これにより、name と age を渡さずに Person を生成する方法はなくなります。フィールドが初期値のまま残ることを、Java の仕組みが防ぎます。

4. メソッド

クラスには、データに加えて メソッド（処理）も定義できます。

4-1. メソッドの定義

メソッドはクラスの中で次の形で定義します。

class クラス名 {
  戻り値の型 メソッド名(引数) {
    処理
    return 戻り値;
  }
}

戻り値がない場合は型として void を指定し、return 文は不要です。

例として、自己紹介を表示する introduce メソッドを Person に追加します。

public class Person {
  String name;
  int age;

  public Person(String name, int age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
  }

  void introduce() {
    System.out.println("私は" + name + "、" + age + "歳です");
  }
}

メソッド内ではフィールドに直接アクセスできます。引数と名前が衝突しない限り、this. を付けないのが Java の慣習です。

4-2. メソッドの呼び出し

メソッドはインスタンスに対して呼び出します。

Person p1 = new Person("田中", 25);
Person p2 = new Person("鈴木", 30);

p1.introduce();
p2.introduce();

私は田中、25歳です
私は鈴木、30歳です

p1.introduce() は「p1 のインスタンスに対して introduce メソッドを呼び出す」という意味です。メソッド内で参照される name と age は p1 のフィールドの値であるため、出力には 田中 と 25 が現れます。p2.introduce() も同様に、p2 のフィールドが参照されます。

5. 演習

演習: クラスとインスタンス