～クラスの再利用について考えよう～ JavaAPI 第 12 回　汎用的なリストと

(1)

第 12 回　汎用的なリストと JavaAPI

～クラスの再利用について考えよ

う～

(2)

学習目標



クラスの再利用について議論できる

 汎用的なクラスとはどういうものか説明できる

 汎用的なクラスを作るために、効果的に継承を利用することを議論できる

 継承と委譲による設計の違いをクラスの再利用という側面から説明できる



簡単なコレクション JavaAPI を利用したプログラムが書ける

 クラスのキャストを正しく使ったプログラムが書ける



Object

型の存在を説明できる

(3)

12.1 汎用的なリスト

 12.1.1 今回考える題材

 12.1.2 再利用を考える

 12.1.3 汎用的なリストの実装

 12.1.4 キャスト

(4)

12.1.1 今回考える題材

 リストによる１対多の実装



商品種類と商品種類リスト

商品種類

-

商品番号

-

商品名

-

価格

商品種類リスト

+

追加

( )

+

削除

( ) +

検索

( ) +

表示

( )

0. . n 1 1

0. . n

(5)

今回考える題材

 リストによる 1 対多の実装はよくあるケース



今回は、金の種類も扱う時を考える

構造は同じ

金種類 - 価値

金種類リスト + 追加( )

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

0. . n 11

0. . n

商品種類

- 商品番号

- 商品名

- 価格

商品種類リスト + 追加( )

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( ) 1

0. . n 1

0. . n

(6)

12.1.2 再利用を考える

 金種類リストと商品種類リストはほとんど同じコードが書かれている

// 金種類リストクラス

public class MoneyTypeList {

private int ARRAY_SIZE = 20;

private MoneyType[] moneyTypeArray;

private int size = 0;

// コンストラクタ

public MoneyTypeList() {

moneyTypeArray = new MoneyType[ARRAY_SIZE];

}

// リストに金種類を追加する

public void add(MoneyType newMoneyType){

moneyTypeArray[size] = newMoneyType;

size++;

}

// 商品種類リストクラス

public class ItemTypeList { private int ARRAY_SIZE = 20;

private ItemType[] itemTypeArray;

public ItemTypeList() { itemTypeArray = new ItemType[ARRAY_SIZE];

}

// リストに商品種類を追加する public void add(ItemType newItemType){

itemTypeArray[size] =

例題12-1

(MoneyTypeList.java) 例題 12-1

(ItemTypeList.java)

(7)

再利用をできるように

 共通部分、異なる部分を挙げてみよう

private int ARRAY_SIZE = 20;

private MoneyType[] moneyTypeArray;

moneyTypeArray = new MoneyType[ARRAY_SIZE];

}

moneyTypeArray[size] = newMoneyType;

size++;

}

public class ItemTypeList { private int ARRAY_SIZE = 20;

private ItemType[] itemTypeArray;

public ItemTypeList() { itemTypeArray = new ItemType[ARRAY_SIZE];

}

// リストに商品種類を追加する public void add(ItemType newItemType){

itemTypeArray[size] =

配列の型

引数

(8)

① 問題の分析

 プログラムが共通の点



追加、削除のアルゴリズム

 プログラムが異なる点



取り扱う配列の型が違う



取り扱う引数の型が違う

アルゴリズムの意味は同じ

取り扱う要素の型が違う

ことが問題

(9)

問題の分析

 型が違う→意味が違う



どう違うのか



商品種類リストに商品種類を追加する



金種類リストに金種類を追加する

 可読性（意味が明確）をすこし犠牲にして、再利用性を高める



リストに「要素」を追加する

(10)

要素の型が違うことが問題

 型を同じにするためには



継承を使うことによって、「プログラムの意味」をに注目した「リスト」という語彙ができた

商品種類配列リスト商品種類連結リスト Mai n

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

(11)

リストの立場から考える

 汎用的なリストにとっての意味を考える

金種類 - 価値

汎用リスト + 追加( ) + 削除( ) 商品種類

- 商品番号

- 商品名

- 価格

(12)

共通の意味

 商品種類も金種類もリストから見れば

、同じ「要素」という意味がある



継承を利用し「要素」という語彙を作る

金種類

- 価値商品種類

- 商品番号

- 商品名

- 価格

リスト要素汎用リスト

+ 追加( ) + 削除( )

(13)

12.1.3 汎用的なリストの実装

 ① Object 型を利用する



ここでは、 List 要素クラスとして Object 型を考える

金種類

- 商品番号

- 商品名

- 価格

Obj ect 汎用リスト

+ 追加( ) + 削除( )

(14)

何故 Object 型を使うのか

 Java では「すべてのクラスは自動的に

Object クラスを継承する」決まりに

なっている



extends と書かなくても自動的に Object 型を継承する



List 要素クラスを定義して、継承する必要がなく、

すべてのオブジェクトを格納できる List になる

(15)

② 汎用的な List のリスト

// 汎用リストクラス

public class ObjectList {

private int ARRAY_SIZE = 20; // 配列の大きさ

private Object[] objectArray; //Object を保存する配列 private int size; // 要素数

public ObjectList() {

objectArray = new Object[ARRAY_SIZE];// 配列を初期化する }

// リストにObject を追加する

public void add(Object newObject){

objectArray[size] = newObject;

size++;

}

例題 12-2 (ObjectList.java)

(16)

汎用的な List の利用

 例題 12-2

今までの共通部分を

まとめた汎用リストクラス

金種類 - 価値

商品種類

- 商品番号

- 商品名 - 価格

+ 削除( ) + 検索( )

+ 表示( ) 汎用リスト + 追加( ) + 削除( ) 商品種類リスト

+ 追加( ) + 削除( ) + 検索( ) + 表示( ) 0. . n

0. . n

1 1 0. . n

Obj ectクラスを省略

(17)

重複コードがなくなる

public class ItemTypeList {

private ObjectList itemTypeList;

public ItemTypeList() {

itemTypeList = new ObjectList();

}

// リストに商品種類を追加する

public void add(ItemType newItemType){

itemTypeList.add(newItemType);

}

private ObjectList moneyTypeList;

moneyTypeList = new ObjectList();

}

moneyTypeList.add(newMoneyType);

} 例題12-2

(MoneyTypeList.java) 例題 12-2

(ItemTypeList.java)

(18)

12.1.4 キャスト

 ① 検索に対応する

 ② 型変換 ( キャスト )

(19)

① 検索に対応する

 汎用リストでは検索や表示ができない



理由を考えてみよう

(20)

検索や表示が

汎用化できない理由

(21)

① 検索に対応する

 検索に対応するためにリストにアクセスするメソッドを追加する



size()



get(int index)

(22)

検索対応メソッド

// 汎用リストクラス

public class ObjectList {

private int ARRAY_SIZE = 20; //配列の大きさ

private Object[] objectArray; //Objectを保存する配列 private int size; //要素数

public ObjectList() {

objectArray = new Object[ARRAY_SIZE];//配列を初期化する }

// 途中省略

// リストの要素数を取得する public int size(){

return size;

}

//index番目の要素を得る

public Object get(int index){

例題 12-2 (ObjectList.java)

(23)

② 型変換 ( キャスト )

//ItemTypeList より抜粋

// 指定された商品番号を持つ商品種類を検索する

public ItemType search(int searchID){

int len = itemTypeList.size(); //

リストの大きさ for(int i=0;i<len;i++){

ItemType itemType = (ItemType)itemTypeList.get(i);//i

番目の要素取得 if(itemType.getId() == searchID){//id を比較

return itemType;//

見つかった }

}

// 見つからなかった return null;

}

ここに注目！

例題 11-2

(ItemTypeList.java)

(24)

型変換 ( キャスト )

ItemType itemType = (ItemType)itemTypeList.get(i);

 取得した i 番目の要素は Object 型



汎用リストは要素を Object 型で扱う

 欲しい要素は ItemType 型



Object 型として扱われているが実際は ItemType 型

型変換（キャスト）が必要

(25)

クラス･キャスト



オブジェクトの見え方を変換する

 実際のオブジェクトは変わらないことに注意



型変換をする条件

 変換するクラスが継承関係にあること

 もちろんそのクラスのインスタンスでなければダメ

Object 型として見るこのオブジェクトに

対して ItemType 型として見る

I t emType - i d

- name Obj ect

コーラ：ItemType

id=1001

name=コーラ

price=120円

(26)

自動キャスト

 下記の追加メソッドは何故うまくいく

か

itemTypeList.add(newItemType);

}

itemTypeList.add()

の引数には

Object

型が必要では

?

もちろん、このようにプログラム

ItemType→ Object のキャストは自動的に行われるためうまくいく

(27)

キャスト　まとめ

 自動的キャストと明示的キャスト



サブクラス→スーパークラスの変換は自動的にキャストされる



スーパークラス→サブクラスの変換は明示的なキャストが必要

自動的

_{I t emType}

明示的

- i d - name - pr i ce

Obj ect

(28)

12.2 継承 VS 委譲

 12.2.1 継承による設計

 12.2.2 委譲による設計

 12.2.3 継承 VS 委譲

(29)

12.2.1 継承による設計

 一つの疑問



継承を利用して解決したほうがよいのではないか？

金種類リスト + 追加( ) + 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( ) 汎用リスト

+ 追加( ) + 削除( )

(30)

12.2.2 委譲による設計

 現状の設計



商品種類リスト、金種類リストが汎用 List クラスに要素の管理を任せている設計

金種類リスト + 追加( ) + 削除( ) + 検索( )

+ 追加( ) + 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

(31)

継承 VS 委譲

 それぞれの設計の利点･欠点を考える

継承を使った設計委譲を使った設計

+ 追加( ) + 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

金種類リスト + 追加( ) + 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( ) 汎用リスト

+ 追加( ) + 削除( )

(32)

プログラムイメージ

public class ItemTypeList extends ObjectList{

public void add(ItemType itemType){

super.add(itemType);

} }

public class ItemTypeList {

private ObjectList objectList;

public void add(ItemType itemType){

objectList.add(itemType);

} }

委譲による設計

継承による設計

(33)

① 継承の利点が発揮される時

 クラスに共通の意味がある場合に、利用するプログラムが共通の意味に注目したプログラムを書くことができる

共通の意味に注目できる共通の意味に注目できる

商品種類配列リスト商品種類連結リスト Mai n

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

金種類

- 商品番号

- 商品名

- 価格

リスト要素汎用リスト

+ 追加( ) + 削除( )

(34)

② 継承の利点は生かされるか

利用するプログラム

？？？

金種類リストか、商品種類リストを意識せず、汎用的な List に対してプログラムを書く場合が果たしてあるか？

+ 削除( ) + 検索( ) 汎用リスト

+ 追加( ) + 削除( )

(35)

③ プログラムの意味に注目する

 金種類リストを利用するプログラムは金種類リストを追加したい

 商品種類リストを利用するプログラムは商品種類リストを追加したい

金種類リストを

利用するプログラム金種類を追加する

商品種類リストを

利用するプログラム商品種類を追加する

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

(36)

金種類リスト + 追加( ) + 削除( ) + 検索( ) + 表示( )

+ 削除( ) + 検索( ) + 表示( ) 汎用リスト

+ 追加( ) + 削除( )

プログラムの意味に注目する (2)

 各クラスのメソッドの意味が異なっている



目的 - 手段の関係ではない

Object をリストに追加する

商品種類を商品種類リストに追加する

金種類を金種類リスト

に追加する

(37)

良いように見えるけど



こうして考えると、商品種類リストと金種類リストは意味がまったく異なることが分かる



絶対に間違いということはないが、継承を使う利点はなくなるのでは？



逆に様々な欠点が浮かび上がる

 多重継承はできないことに注意する



ex)

リストの実装を変更したい場合どうするか

 金種類リストを連結リストでの実装に

 商品種類リストを配列での実装に

(38)

12.3 JavaAPI を利用する

 12.3.1 JavaAPI

 12.3.2 リスト周りの API

 12.3.3 JavaAPI を利用したプログラム

 12.3.4 JavaAPI ドキュメント

(39)

12.3.1 JavaAPI

 List のようなクラスはとてもよく使う



プログラミングのたびに自作するのは面倒だ



汎用的な List は再利用できる

Java では汎用的で便利なクラス群が用意されている

Java クラス･ライブラリ

(40)

API とは？

ライブラリ

（クラス群）

あなたが作るアプリケーション･

プログラム

 Application Programming Interface



アプリケーションプログラムを書くためのインターフェイス

API を通じて

ライブラリを利用する

(41)

12.3.2 リスト周りの API

 Java で用意されているリスト



List(Interface)



ArrayList



配列で実装されたリスト



LinkedList

 連結リストで実装されたリスト

Li st

ArrayLi st Li nkedLi st

(42)

List

 API( 抜粋 )



List インターフェイスの主なメソッド



void add(Object object)



void remove(Object object)



int size()



Object get(int index)

つまり、 ArrayList,LinkedList クラスでこれらのメソッドが使える

使い方は今回作った List と同じ

(43)

LinkedList

 LinkedList クラスの特別なメソッド



void addFirst(Object object)



void addLast(Object object)



void removeLast(Object object)



void removeFirst(Object object)

このメソッドを使えば、簡単にキュー、スタックを作ることが

できます

(44)

12.3.3 JavaAPI を利用したプログラ

ム

import java.util.*;//java.util

クラスライブラリの利用を宣言する // 商品種類リストクラス

public class ItemTypeList {

private ArrayList itemTypeList;

public ItemTypeList() {

itemTypeList = new ArrayList();

}

itemTypeList.add(newItemType);

今まで作ってきた List クラス

は

JavaAPI そっくりに作って

きたため、

変更点は 3

箇所のみ

例題 12-3

(ItemTypeList.java)

(45)

12.3.4 JavaAPI ドキュメント

 Java が提供する多くのクラスとその API( メソッドの書式など ) をまとめたマニュアル



これを使えば知らない機能や知らないクラスなども調べて使うことができます



～クラスの再利用について考えよう～ JavaAPI 第 12 回 汎用的なリストと

第 12 回 汎用的なリストと JavaAPI