第６回データ構造とアルゴリズムの結合

データ構造とアルゴリズムの結 第６回 合

～手続き指向からオブジェクト指向へ [ ] Ⅱ

～

学習目標







 データをカプセル化することの利点を説明できる



6.1 アルゴリズムと データ構造の結合

 6.1.1 仕様変更に伴う Main プログラム の変更

 6.1.2 問題の本質

 6.1.3 データ構造とアルゴリズムの結合

 6.1.4 データ構造とアルゴリズムを結合

したプログラムを書く

6.1.1 仕様変更

 ① 配列リストによる商品種類プログラ ム

 ② 実装方法変更

 ③ またまた実装変更！？

① 配列リスト②連結リスト

 ① 第 4 回で実装した配列版 ItemTypeList クラス



ItemTypeArrayList

 ② 第 5 回で実装した連結リスト版 ItemTypeList クラス



ItemTypeLinkedList

③ 戻したら動かなくなった

// 例題 6-3 ：また仕様変更

public class Example6_3 {

//

public static void main(String[] args) {

//

ItemTypeArrayList itemTypeList = new ItemTypeArrayList();

//

ItemType[] itemTypeArray = new ItemType[100];

//

for(int i=0;i<100;i++){

itemTypeList.add(itemTypeArray,new ItemType(i,"

}

// 商品種類リストを表示する

itemTypeList.display(itemTypeArray);

} }

例題

6-3

(Example6_3.java)

どこがまずいのか 考えてみよう

実は ItemTypeList が原因

/** * 商品種類を追加する

*/ public void add(ItemType[] targetArray,ItemType addItemType){

//

if(targetArray[i] == null){//

//

} } }

例題

4-5

(Example4_5.java)

6.1.2 問題の本質









 クラスは意味のカタマリに

 プログラムは意味を明確に







① クラスの役割分担

 Example にバグがあると思った

ら、 ItemTypeList に原因があった



Example

① クラスの役割分担

配列版

連結リスト版

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1

Example

102番地 コーラ

22(id)

null ソーダ

23(id)

連結リストを 持ってる

ItemTypeList

ItemTypeList

配列操作アルゴリズムを 持ってる

連結リスト操作 アルゴリズムを 持ってる

add()

insert()

add()

insert()

② 意味が明確なプログラム



(

)

 より意味が明確なプログラムのほうが、意図した動作を期 待しやすい

// メインクラス

public class Example6_3 {

//取り扱う商品種類を追加するプログラム

public static void main(String[] args) { //商品種類配列リストを生成する

ItemTypeArrayList itemTypeList = new ItemTypeArrayList();

//商品種類を保存するための配列を定義する

ItemType[] itemTypeArray = new ItemType[100];

//商品種類を追加する

for(int i=0;i<100;i++){

itemTypeList.add(itemTypeArray,new ItemType(i,"

}

// 商品種類リストを表示する

itemTypeList.display(itemTypeArray);

「商品種類リスト」に

「商品種類」を追加する

「配列」に

「商品種類」を追加する 現在のプログラム

本来の意味

(

)

ItemTypeLinkedList

② 意味が明確なプログラム

Example

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1

102番地 コーラ

22(id)

null ソーダ

23(id)

ItemTypeArrayList

配列操作アルゴリズム

連結リスト操作 アルゴリズム

add()

insert() add()

insert()

やりたいんなにを だっけ？

6.1.3 データ構造と アルゴリズムの結合

 ２つ合わせて初めて意味がある

配列を使うには

連結リストを使うには

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1

配列用アルゴリズム

add()

delete() search() display()

102番地 コーラ

22(id)

null ソーダ

23(id)

連結リスト用アルゴリズム

add()

delete()

search()

display()

6.1.3 アルゴリズム とデータ構造の結合

 データ構造とアルゴリズムを結合して

「意味のカタマリ」を作る



ItemTypeArrayList [5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1

アルゴリズム

add()

insert()

Java でのプログラム（配列）

// 商品種類リスト配列実装クラス

public class ItemTypeArrayList {

public ItemType[] itemTypeArray;//

public void add(ItemType addItemType){

//

if(itemTypeArray[i] == null){//

} } } }

データ構造

アルゴリズム それを操作すると

例題

6-4

(Example6_4.java)

Java でのプログラム（連結リ スト）

// 商品種類リスト連結リスト実装クラス

public class ItemTypeLinkedList {

public LinkObject first;//

public void add(ItemType addItemType){

LinkObject addLink = new LinkObject();

addLink.data = addItemType;

if(first == null){//

last = addLink;

}else{//

last.next = addLink;

last = addLink;

} } }

データ構造

アルゴリズム それを操作すると

例題

6-5

(Example6_5.java)

データ構造と

アルゴリズムを結合する利点

 議論してみましょう

① うまい役割分担

 役割分担を考え、各オブジェクトが責 任を持ち、うまくコミュニケーション できるようにするのがオブジェクト指 向設計の基本です

ItemTypeArrayList Example

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1

アルゴリズム

add()

insert()

命令役

② 意味が明確なプログラム

// 商品種類リストオブジェクトをインスタンス化する

ItemTypeArrayList itemTypeArrayList = new ItemTypeArrayList();

//

itemTypeArrayList.add(new ItemType(1001,"

// 商品種類リストを表示する

itemTypeArrayList.display();

より意味が明確な プログラムに

例題

6-4

(Example6_4.java) Main()

//

ItemTypeArrayList itemTypeList = new ItemTypeArrayList();

//

ItemType[] itemTypeArray = new ItemType[100];

//

itemTypeList.add(itemTypeArray,new ItemType(1001,"

// 商品種類リストを表示する

itemTypeList.display(itemTypeArray);

ItemTypeArrayList

② 意味が明確なプログラム

ItemTypeLinkedList Example

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1

コーラ 22(id)

ソーダ 23(id)

配列操作アルゴリズム

連結リスト操作 アルゴリズム

add()

insert() add()

insert() 1001

追加

1001

② 意味が明確なプログラム

 「商品種類」を「リスト」に追加する という意味の明確なプログラムが書け る

ItemTypeArrayList

Example 1001

追加

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1

アルゴリズム

add()

insert()

バグの発見が容易





ItemTypeArrayList Example

1001

？？

オマエが悪い！

6.2 カプセル化

 6.2.1 不正な操作

 6.2.2 不正な操作を防ぐ

 6.2.3 Java におけるカプセル化

 ①Java

 6.2.4 商品種類クラスのカプセル化

6.2.1 不正な操作

 以下の例は、誤った ItemTypeArrayList の使い方です

// 商品種類リストオブジェクトをインスタンス化する

ItemTypeArrayList itemTypeArrayList = new ItemTypeArrayList();

//

itemTypeArrayList.add(new ItemType(1001,"

itemTypeArrayList.add(new ItemType(1002,"

itemTypeArrayList.itemTypeArray[0] = null;

これでもプログラムは動いてしまいます！

不正な ItemTypeArrayList の使い方

ItemTypeArrayList Example

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1 add()

insert()

ItemTypeArrayList

Example 1001

追加

[5]

[4]

[3]

[2]

[1]

[0] -1 -1 -1 -1 -1 -1 add()

insert()

不正な操作

1055

不正はバグの原因

 ItemTypeArrayList は、直接配列をいじ られるようには作られていません



null

意味が明確な add メソッドを利用して欲しい

6.2.2 不正な操作を防ぐ

add()

insert() [0] -1 -1 -1 -1 -1 -1 [1] [2] [3] [4] [5]

ItemTypeArrayList

 データの「カプセル化」をして、オブ ジェクトの外から参照できないように します



6.2.3 Java におけるカプセル 化

 「 public 」だったアクセス修飾子を

「 private

」に変えます

public class ItemTypeArrayList {

private ItemType[] itemTypeArray;//

public void add(ItemType addItemType){

//

if(itemTypeArray[i] == null){//

}

}

}

}

不正できなくなる

// 商品種類リストオブジェクトをインスタンス化する

ItemTypeArrayList itemTypeArrayList = new ItemTypeArrayList();

//

itemTypeArrayList.add(new ItemType(1001,"

itemTypeArrayList.add(new ItemType(1002,"

itemTypeArrayList.itemTypeArray[0] = null;

アクセス修飾子「

private

コンパイルエラーとなります

① Java で使えるアクセス修飾 子

 public



 private



 protected







アクセス修飾子を

理解できたか、簡単なテスト

/*** アクセス修飾子を解説するためのクラス

*/

public class Access{

public int dataA;

private int dataB;

private int getDataA(){

return dataA;

}  

public int getDataB(){

return dataB;

}

}

答え

外部クラス

Access

getDataA

getDataB

dataA

dataB

G

6.2.4

商品種類クラスのカプセル化

 現状の ItemType クラス

// 商品種類のクラス

public class ItemType{

int id; //

String name; //

public ItemType(int initId, String initName){

id = initId;

name = initName;

}

}

保守性を高くした ItemType クラス

// 商品種類のクラス

public class ItemType{

private int id; //

public ItemType(int initId, String initName){

id = initId;

name = initName;

}

//

public int getId(){

return id;

}

//

public String getName(){

return name;

} }

商品番号と商品名への 直な参照を禁止します。

変わりに、

public

それらを得ることができる メソッドを用意します。

これで、商品番号と商品名はコンストラクタで

例題

6-6

(Example6_6.java)

外部から設定変更を許すとき

// 商品種類のクラス

public class ItemType{

private int id; //

// コンストラクタ省略 // 商品番号を得るメソッド

public int getId(){

return id;

}

//

public String getName(){

return name;

}

//

public void setName(String newName){

name = newName;

}

変更を許す属性にのみ

public

何故設定と取得を分けるの？

// 商品種類のクラス

public class ItemType{

public String name; //

}

// 商品種類

public class ItemType{

private String name; //

//

public String getName(){

return name;

}

//

public void setName(String newName){

name = newName;

} }

VS

itemType.name = "

System.out(itemType.name)

itemType.setName("

System.out(itemType.getName())

利用する時を 考えよう

利用するクラスから見れば

System.out.println(itemTypeArray[i] .name+"

System.out.println(itemTypeArray[i].getName()+"

 ItemTypeList の変更

意味が明らか 取得？設定？

コンパイルエラー

設定と取得を分ける理由

 クラスを利用する側から見れば



 クラスから見れば、









6.3 クラスの構造を図解する

 6.3.1 クラス図とは

 6.3.2 記法





 6.3.3 今回までのクラス図

6.3.1 クラス図とは

 Example,ItemType,ItemTypeList など、

クラスの構成が複雑化してきました

見やすいように図解する方法

クラス図

クラス図

 クラス図はクラス構造を分かりやすく するためのものです

Li nkObj ect +next

I t emTypeLi nkedLi st + add( )

+ del et e( ) + sear ch( ) + di spl ay( ) Mai n

+ mai n( )

1 1

1 1

I t emType - i d

- name + get I d( ) + get Name( ) 0. . n

1

0. . n 1

I t emTypeAr r ayLi st + add( )

+ del et e( ) + sear ch( ) + di spl ay( ) 1

1

1

1 0. . n

1

0. . n 1

記法①クラス

クラス名 変数

メソッド 可視性

public+

private -

I t emType - i d

- name

+ get I d( )

+ get Name()

記法②関係

 「関係」は、 Java で参照を持っている ことを意味し、線で結びます

 List

ItemType

I t emTypeAr rayLi st + add( )

+ del et e( ) + sear ch( ) + di spl ay( )

I t emType - i d

- name + get I d( ) + get Name( )

1 0. . n

1 0. . n

I t emTypeAr rayLi st + add( )

+ del ete( ) + sear ch( ) + di spl ay( )

I t emType - i d

- name + get I d( ) + get Name( )

1 0. . n

1 0. . n

1003

多重度

 単なる関係だけではインスタンスを何 個参照しているのか分からないので、

多重度をつかいます

クラス

オブジェクト

¹⁰⁰²

ソーダ コーラ

1001

itemType ArrayList

１対 n の関係

今回までのクラス図

Li nkObj ect +next

I t emTypeLi nkedLi st + add( )

+ del et e( ) + sear ch( ) + di spl ay( ) Mai n

+ mai n( )

1 1

1 1

I t emType - i d

- name + get I d( ) + get Name( ) 0. . n

1

0. . n 1

I t emTypeAr r ayLi st + add( )

+ del et e( ) + sear ch( ) + di spl ay( ) 1

1

1

1 0. . n

1

0. . n 1