3.等価性

学習目標

参照の等価性と値の等価性の違いを説明できる
equals / hashCode / toString をオーバーライドして、値による等価判定とデバッグ表示ができる

1. 参照と値の等価性

2 つのインスタンスが等しいかを判定する方法には、== と equals メソッドの 2 通りがあります。両者は判定基準が異なります。

参照と値の等価性

1-1. == の挙動

基本型（int、double など）に対する == は、値が等しいかを判定します。一方、クラスのインスタンスに対する == は判定基準が異なります。

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

System.out.println(p1 == p2); // false

フィールドの値が同じでも false になります。== はオブジェクトに対しては参照が同じかを判定するためです。new Person(...) を 2 回実行しているため、p1 と p2 は別々のオブジェクトを指し、参照は異なります。

Person p1 = new Person("田中", 25);
Person p2 = p1; // 参照を代入（同じインスタンスを指す）

System.out.println(p1 == p2); // true

p2 = p1 は参照のコピーであるため、p1 と p2 は同じインスタンスを指します。この場合に限り == は true になります。

1-2. equals メソッド

「参照は違っても、フィールドの値が同じなら等しい」と判定するには equals メソッドを使います。

Object の equals をそのまま使うと参照比較になるため、値比較に変えるには自作クラスで equals を オーバーライド（既存の実装を書き換え）します。

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

System.out.println(p1.equals(p2));

false

オーバーライドしていないため、equals でも参照の比較になり、別々に new した p1 と p2 は等しくないと判定されます。「同じ名前・同じ年齢なら等しい」と判定するには、equals を Person 自身でオーバーライドします。

2. equals のオーバーライド

equals をオーバーライドして、フィールドの値が一致するかで判定する形に変更します。Objects.equals を使うので、Person.java の冒頭に import java.util.Objects; を追加します。

@Override
public boolean equals(Object obj) {
  if (this == obj) return true;
  if (!(obj instanceof Person other)) return false;
  return age == other.age && Objects.equals(name, other.name);
}

このコードは Java で equals をオーバーライドする定型パターンです。次の流れで判定します。

同じインスタンスとの比較なら true
比較相手が Person 型でなければ false
name と age の値が一致するなら true、しなければ false

obj instanceof Person other は、obj が Person 型かを判定し、そうであれば obj を Person 型の変数 other として参照できるようにする構文です。!(...) で全体を否定しているので、「Person 型でないなら false を返す」という意味になります。instanceof の本格的な使い方は多態性で扱います。

Objects.equals(a, b) は、a か b が null でも安全に比較できるユーティリティです。name.equals(other.name) と書くと name が null のときに失敗するため、null 安全な Objects.equals を使います。

書き換えた Person で再度実行します。

Person p1 = new Person("田中", 25);
Person p2 = new Person("田中", 25);
Person p3 = new Person("鈴木", 25);

System.out.println(p1.equals(p2));
System.out.println(p1.equals(p3));

true
false

equals メソッドでは p1.equals(p2) が false を返していましたが、オーバーライド後は name と age の値で判定されるため true になります。name だけが違う p3 との比較は false です。

3. hashCode のオーバーライド

hashCode は、オブジェクトを表す整数値を返すメソッドです。Java の HashMap や HashSet のように、ハッシュ値でデータを高速に管理する仕組みでは「equals で等しいオブジェクトは hashCode の値も同じ」というルールが前提になっています。

hashCode は Objects.hash で簡潔に書けます。

@Override
public int hashCode() {
  return Objects.hash(name, age);
}

Objects.hash(name, age) は name と age を組み合わせて整数値を計算します。equals で比較しているフィールドと同じものを渡します。

4. toString のオーバーライド

toString は、オブジェクトを文字列で表現するためのメソッドです。System.out.println にオブジェクトを渡したときや、文字列連結したときに自動で呼び出されます。

オーバーライドしないと、デフォルトでは型名とハッシュコードを並べた読みにくい文字列が返されます。

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

Person@1540e19d

toString をオーバーライドして、人間が読みやすい形式に変更します。

@Override
public String toString() {
  return "Person{name=" + name + ", age=" + age + "}";
}

同じ Main.java を再度実行すると、出力が変化します。

Person{name=田中, age=25}

デバッグやログ出力で値の中身を確認するときに、定型的な情報が得られます。

5. 完成形のコード

カプセル化（フィールドの private 化、getter / setter）と等価性（equals / hashCode / toString）を備えた Person のコード全体は次のとおりです。

import java.util.Objects;

public class Person {
  private final String name;
  private int age;

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

  public String getName() {
    return name;
  }

  public int getAge() {
    return age;
  }

  public void setAge(int age) {
    if (age < 0) {
      System.out.println("不正な年齢: " + age);
      return;
    }
    this.age = age;
  }

  @Override
  public boolean equals(Object obj) {
    if (this == obj) return true;
    if (!(obj instanceof Person other)) return false;
    return age == other.age && Objects.equals(name, other.name);
  }

  @Override
  public int hashCode() {
    return Objects.hash(name, age);
  }

  @Override
  public String toString() {
    return "Person{name=" + name + ", age=" + age + "}";
  }
}

データクラスの完成形です。Java のプログラムで頻繁に登場するパターンです。

実務では、この定型を Java の Record や Lombok というライブラリで自動生成することもあります。

6. 演習

演習: 等価性