アルゴリズムとプログラミング (Algorithms and Programming)

アルゴリズムとプログラミング(Algorithms and Programming) • 継承の実装：　extends キーワード • 　　　　　　　　　　コンストラクタ • 継承とメソッドのオーバーライド，可視性 • 抽象クラス (abstractキーワード) 第１１回：継承の実装講義資料等： http://www.pe.titech.ac.jp/~watanabe/lecture/ap/index-j.html

継承の実装 スーパークラス Vehicle(乗り物) - speed: double # changeSpeed(s:double) # getSpeed(): double サブクラスは、スーパークラスの全てのフィールドとメソッドを含んでいる。（実際にアクセスできるかは、アクセス修飾子に従う）サブクラス Plane - altitude: double # takeOff () # land ()

継承の実装：extendsキーワード スーパークラス Vehicle(乗り物) - speed: double # changeSpeed(s:double) # getSpeed(): double class Plane extends Vehicle { private double altitude; protected void takeOff() { 処理(スーパークラスのメソッドも呼べる); } protected void land() { 処理; } } サブクラス Plane - altitude: double # takeOff () # land ()

スーパークラスへのアクセス スーパークラス Vehicle(乗り物) - speed: double # changeSpeed(s:double) # getSpeed(): double public static void main(略) { Plane o = new Plane(); o.changeSpeed(0.0); for(int i=0;i<=300;i+=50){ o.changeSpeed(i); o.takeOff(); } System.out.println("離陸！"); } } サブクラス Plane - altitude: double # takeOff () # land ()

全てのクラスのスーパークラス Objectクラス Objectクラス extendsキーワードが無い全てのクラスは、自動的にObjectクラスのサブクラスとなる。従って、全てのクラスはObjectクラスのフィールドとメソッドを暗黙的に継承している。 Vehicle(乗り物) - speed: double # changeSpeed(s:double) # getSpeed(): double Plane - altitude: double # takeOff () # land ()

継承とコンストラクタ サブクラスのコンストラクタを呼び出すと．． • まずスーパクラスのコンストラクタが実行される（何も指定しなければデフォルトコンストラクタが呼ばれる．引数は無し） • 次にサブクラスのコンストラクタが実行される

サブクラスのコンストラクタ(例) SampleAP0901.java class X { int x; X() { x = 100; } } class Y extends X { int y; Y() { y = 200; } } ここにsuper();が省略されていると考える

サンプルプログラム(続き) SampleAP0901.java続き class SampleAP0901 { public static void main(String[] args) { Y o = new Y(); System.out.println("x= " + o.x ); System.out.println("y= " + o.y ); } } 実行結果 x= 100 y= 200

親のコンストラクタを指定する場合 Superキーワード（thisキーワードとの併用は不可） SampleAP0902.java class X { int x; X(int a) { x = a; } } class Y extends X { int y; Y(int a, int b) { super(a); y = b; } } コンストラクタでsuperを使うときは最初の行でしか使えない！

SampleAP0902.java続き class SampleAP0902 { public static void main(String[] args) { Y o = new Y( 1, 2 ); System.out.println("x= " + o.x ); System.out.println("y= " + o.y ); } } 実行結果 x= 1 y= 2

暗黙の親コンストラクタ呼び出し SampleAP0901.java（再） class X { int x; X() { x = 100; } } class Y extends X { int y; Y() { y = 200; } } ここにsuper();が省略されていると考える

継承を禁止するfinalキーワード final class X { int x; } class Y extends X { int y; } サブクラスの宣言を禁止！コンパイルエラー！ final宣言したクラスは、extendsでサブクラスを作ることが禁止される

メソッドのオーバーライド オーバーライド(override) 親クラスと子クラスのそれぞれに、メソッド名、引数、戻り値が全て同一で内容が異なるメソッドを定義すること既出混同注意！オーバーロード (overload) ひとつのクラス内に、メソッド名が同じで、引数の型及び数が異なるメソッドを定義すること

オーバーライドの目的 Vehicle(エンジン付き乗り物) もともと、サブクラスにはスーパークラスのフィールドとメソッドが全て自動的に引き継がれている。 - speed: double # getSpeed(): double # startEngine () しかし、引き継がれているメソッドの処理内容を、サブクラスで再定義(変更)したい場合がある。 Plane - altitude: double # takeOff () # startEngine () オーバーライドの必要性

オーバーライドと可視性 子クラスでオーバーライドするメソッドの可視性は、親クラスのメソッドの可視性により制限される親クラスでprotectedが指定されているメソッドを子クラスでオーバーライドするにはprotectedかpublic指定が必要

親・子クラスにおけるオブジェクト参照型変数の互換性親・子クラスにおけるオブジェクト参照型変数の互換性 Javaのきまり：型の違いに厳しいJavaですが．． • 子クラスのインスタンスを指すオブジェクト参照型変数を、親クラスの参照変数に代入することができる。 • 代入後も、インスタンスの出身が子クラスであることを忘れずに記憶しておく仕組みになっている。１つのオブジェクトが、あたかも複数の型を持つかのように見せることができる。

オブジェクト指向３原則：ポリモーフィズム （再）（メソッドのオーバーライドと参照型変数の互換性によって実現される）ジェット機クラスのインスタンスを、乗り物オブジェクトとして扱うことができる。乗り物飛行機自動車ジェット機クラスのインスタンスに対する操作を、乗り物に対する操作として記述できるジェット機プロペラ機このような記述の仕方にどんなメリットがあるの？ジェット機は飛行機でもあり、乗り物でもある

乗り物 #動力を始動する() 飛行機自動車 #動力を始動する() #動力を始動する() 操作名は同じだが、実際の操作内容はそれぞれ異なるジェット機プロペラ機 #動力を始動する() #動力を始動する() メソッドのオーバーライド

ジェット機クラスのインスタンスを生成する ：ジェット機 new ジェット機(); このインスタンスを乗り物オブジェクトと見なす（乗り物オブジェクト変数 v1 に格納する）乗り物 v1 ＝ new ジェット機(); 乗り物クラスジェット機クラスのインスタンスへの参照動力を始動する()メッセージを送るこの記法は、ジェット機に限らず、プロペラ機にも自動車にも、将来的に追加される乗り物にもそのまま変更なく使える。 v1.動力を始動する() 乗り物オブジェクトの操作が呼び出されるように記述されているが、自動的にジェット機オブジェクトに対する操作が呼び出される上位概念（スーパークラス）オブジェクトに対する操作として記述しておくと、サブクラスの細かい修正や追加などに対して強いプログラムになる（保守性が高い）

ジェット機クラスのインスタンスを生成する ：ジェット機 new ジェット機(); このインスタンスをジェット機オブジェクト変数 j1 に格納するジェット機 j1 ＝ new ジェット機(); ジェット機クラスジェット機クラスのインスタンスへの参照動力を始動する()メッセージを送る j１.動力を始動する() この記法では、プロペラ機や自動車に変更したり、さらには将来的に追加される乗り物に対しては、そのままでは使えない。プログラムの記述を変更する必要がある！

ポリモーフィズムの意味と効果 ポリモーフィズム(polymorphism)の意味：　　１つのオブジェクトが複数の型を持つ ← 継承により実現ポリモーフィズムの活用の仕方：　　上位概念（スーパークラス）への操作としてプログラムを記述するその効果：　　サブクラスの細かい修正や追加などに対して強い（保守性が高い）プログラムになるオブジェクト指向プログラミングの有効性！

参照型変数への代入 (例) SampleAP1001.java class X { //スーパー（親）クラス int x; } class Y extends X { //サブ（子）クラス int y; } class SampleAP1001 { public static void main(String[] args){ X o = new Y();//サブクラスYのインスタンスを親クラスX } //の参照型変数へ代入できる！ }

メソッドのオーバーライド(例) SampleAP1002.java class Shape { //２次元図形の面積を表現するクラス double a; //一般に、面積を計算するには、縦×横や底辺×高さ／２など、 double b; //２つの辺の長さを与える必要があると考え、変数を２つ用意する Shape(double x, double y) { a = x; b = y; } double getArea() { //ここでは具体的な定義を与えないことにする。 return 0.0; //具体的な定義はサブクラスで与える。 } }

SampleAP1002.java続き class Triangle extends Shape { //三角形 Triangle(double x, double y); super(x,y); // x,yとしては底辺と高さを与える } double getArea() { return ( a * b / 2 ); } } class Rectangle extends Shape { //四角形 Rectangle (double x, double y){ super(x,y); //x,yとしては各辺の長さを与える } double getArea() { return ( a * b ); } } オーバーライドオーバーライド

SampleAP1002.java続き class SampleAP1002 { public static void main(String[] args) { Shape o1 = new Shape( 10.0, 10.0 ); Shape o2 = new Triangle( 10.0, 10.0 ); Shape o3 = new Rectangle( 10.0, 10.0 ); System.out.println("o1の面積は" + o1.getArea() ); System.out.println("o2の面積は" + o2.getArea() ); System.out.println("o3の面積は" + o3.getArea() ); } }

実行結果 o1の面積は0.0 o2の面積は50.0 o3の面積は100.0 引数に与えた数値はo1～o2まで全て同じだが、それぞれオーバーライドされたgetArea()メソッドが、異なる処理を実行している。

抽象クラス：抽象メソッドを持つためオブジェクト生成できないクラス抽象クラス：抽象メソッドを持つためオブジェクト生成できないクラス乗り物クラス名をイタリックにすると抽象クラス -スピード #スピードを変える() #スピードを表示する() 乗り物クラスのインスタンスは存在しないことが保証される飛行機飛行機クラスでは、依然としてスピードを表示する()操作は必須であり、乗り物クラスは使われる。 -高度 #離陸する() #着陸する() #高度を表示する()

抽象クラスの実装 親クラスではメソッド名だけ定義して、子クラスにおいて、オーバーライドにより具体的な処理内容を記述する抽象メソッド： abstractキーワード具体的な処理内容が与えられていないため、インスタンスの作成は不可

抽象クラスの使用例 SampleAP1003.java abstract class Shape { //抽象クラス double a; double b; Shape(double x, double y) { a = x; b = y; } //抽象メソッドとして定義（この方が自然） abstract double getArea(); } • 抽象メソッドが１つでもあるとそのクラスは抽象クラス→サブクラスで具体的な処理内容を与えて使用する • 抽象クラスだからといって、全てが抽象クラスである必要は無い

SampleAP1003.java続き この部分はSampleAP1002.javaと同じ class Triangle extends Shape { //三角形 Triangle(double x, double y); super(x,y); // x,yとしては底辺と高さを与える } double getArea() { return ( a * b / 2 ); } } class Rectangle extends Shape { //四角形 Rectangle (double x, double y){ super(x,y); //x,yとしては各辺の長さを与える } double getArea() { return ( a * b ); } }

SampleAP1003.java続き class SampleAP1003 { public static void main(String[] args) { Shape o2 = new Triangle( 10.0, 10.0 ); Shape o3 = new Rectangle( 10.0, 10.0 ); System.out.println("o2の面積は" + o2.getArea() ); System.out.println("o3の面積は" + o3.getArea() ); } } 抽象クラスのインスタンス化を削除

まとめ１ • 継承の実装：　extendsキーワード • 継承とコンストラクタ: superキーワード • 継承の禁止：　finalキーワード

まとめ２ • 継承とメソッドのオーバーライド • 抽象メソッド、抽象クラス • より保守性の高いプログラムの実現世の中で既に作成され公開されている各種のJavaクラスライブラリはこのような考え方で作成されている。適当なクラスを継承してカスタマイズすることにより、極めて簡単に自分独自の問題を解決することができる。

アルゴリズムとプログラミング (Algorithms and Programming)