2002年度後期 IT教育基礎論演習B

第6回: プログラミング基礎(1) 〜 Java

■ 概要

   オブジェクト指向に基づくプログラミング言語の1つとしてJavaを例に取り、 プログラムの記述方法、コンパイル方法、実行方法を習得する。

■ 目標

■ 目次


■ 演習内容

□ はじめに〜Javaとは

   近年注目されているプログラミング言語の1つとして、Java言語がある。 Java言語は、C++を参考にして開発されたコンパイル型の オブジェクト指向プログラミングパラダイムに基づくプログラミング言語 (オブジェクト指向プログラミング言語)である。
   Java言語はコンパイル型言語であるが、通常のコンパイル型言語と異なり、 ソースプログラムをコンパイルすると 個々のコンピュータアーキテクチャやオペレーティングシステムに依存しない、 Javaアーキテクチャ用の実行可能コードが生成され、 この実行可能コードはJavaバーチャルマシンなどの上で実行される。

Java プログラムの実行形態
Javaプログラム(実行可能コード)
Javaバーチャルマシン
オペレーティングシステム
コンピュータシステム

   これにより、UNIXシステムやWindows、MacOSなど、 異なるオペレーティングシステム上で 共通のプログラムを実行することが可能となっている。 ただし、Javaバーチャルマシンにより、実行可能コードを逐次解釈しながら プログラムの実行を行なうため、 実行速度が遅くなるというデメリットもある。
   一般に、Java言語と、Javaバーチャルマシンなど、その実行環境とをあわせて、 Java と呼ぶことが多い。

□ プログラムの記述と実行

   Java言語により記述されたプログラムを実行するには、 C言語と同様に、先ず、記述されたソースプログラムをコンパイルする必要があるが、 このとき、生成された実行可能ファイルの実行方法には2種類の方法がある。
   1つは、独立したJavaアプリケーションとして、 Javaバーチャルマシン上で直接実行する方法であり、 もう一方は、Webブラウザに組み込まれたJavaバーチャルマシンを利用し、 Webブラウザ上のJavaアプレットとして実行する方法であり、 両者は、それぞれプログラムの記述方法も異なる。 以下に、それぞれのプログラムの記述方法と実行方法を述べる。
Javaアプリケーション
   Java言語により、独立したアプリケーションプログラムを記述するには、 先ず、エディタ等を利用してソースファイルを作成する。 例えば、簡単なJavaプログラムのソースファイルの内容は以下のようになる。

簡単なJavaアプリケーションプログラムの例(1): HelloWorld.java
ファイルの内容 意味
// HelloWorld.java コメント行
 
public class HelloWorld { HelloWorldクラスの定義開始
  public HelloWorld() { HelloWorldクラスのコンストラクタ定義開始
    System.out.println("Hello, World."); 文字列"Hello, World."の標準出力への出力
  } コンストラクタ定義終了
 
  public static void main(String[] args) { クラスメソッド: main()の定義開始
    new HelloWorld(); HelloWorldクラスのインスタンス生成
  } main()メソッドの定義終了
} HelloWorldクラスの定義終了

   このとき、アプリケーションプログラムとして実行される プログラムを記述したソースファイルには、 そのプログラムが実行された際に先ず始めに実行される main()メソッドを持ったクラスオブジェクトの定義が 記述されていなければならない。 またファイル名には、そのソースファイルにより定義されている パブリッククラスのクラス名に拡張子として".java"をつけた名前を使用する。 例えば、"HelloWorld"というクラスを定義している場合、 "HelloWorld.java"というファイル名とする。
   記述されたJavaのソースファイルをコンパイルするには、 コマンドラインから以下のようにJavaコンパイラのコマンドである javacを実行する。

$ javac <source-file>

   例えば、ソースファイルの名前が"HelloWorld.java"であれば、 コマンドラインに以下のように入力する。

$ javac HelloWorld.java

   これにより、ソ−スファイルの中で定義されているクラス名に基づき、 実行可能ファイルとしてのJavaクラスファイルが生成される。 例えば、"HelloWorld"クラスを 定義しているソースファイルをコンパイルすると、 "HelloWorld.class"のファイル名で クラスファイルが生成される。
   生成されたクラスファイルを実行するには、 javaバーチャルマシンとして機能するjavaコマンドを利用して、 以下のようにコマンドラインに入力する。

$ java <class-name>

   ただし、javaコマンドの引数として指定するのはクラス名であり、 クラスファイル名であることに注意する。 すなわち、クラスファイルの拡張子である".java"はつけない。
   例えば、クラスファイル名が"HelloWorld.class"であれば、 コマンドラインにjava HelloWorldと入力し、 その実行結果は以下のようになる。 

$ java HelloWorld
Hello, World.

Javaアプレット
   Javaアプレットのプログラムを作成する場合、 javacによるコンパイルによりクラスファイルを生成する方法は Javaアプリケーションを作成する方法と同様であるが、 定義するクラスはmain()メソッドを持っていなくともよく、 代わりに、init()メソッドやstart()メソッド、 paint()メソッドなどを持つ、 Appletクラスを継承したものでなければならない。 例えば、アプレットのソースファイルの内容は以下のようになる。

簡単なJavaアプリケーションプログラムの例(1): HelloWorld.java
ファイルの内容 意味
// HelloWorldApplet.java コメント行
 
import java.awt.*; awtクラスライブラリの読み込み
import java.applet.*; appletクラスライブラリの読み込み
 
public class HelloWorldApplet extends Applet { Appletクラスを継承して
HellowWorldAppletクラスの定義開始
  public void init() { init()メソッドの定義開始
    setBackground(Color.yellow); 背景色の定義
    setForeground(Color.blue); 前景色の定義
  } init()メソッドの定義終了
 
  public void start() { start()メソッドの定義開始
    repaint(); repaint()メソッドの呼び出し
  } start()メソッドの定義終了
 
  public void paint(Graphics g) { paint()メソッドの定義開始
    g.drawString("Hello, World.", 30, 30); 画面への文字列描画
  } paint()メソッドの定義開始
} HelloWorldクラスの定義終了

   アプレットを定義したソースファイルをコンパイルして生成される クラスファイルを実行するには、アプレットビューア、 もしくはアプレット再生機能が組み込まれたwebブラウザを利用する。 webブラウザを利用してアプレットを実行する場合、 HTMLファイル中に以下のように記述する。

<applet code="<class-file>" <options> ... >
  <description for that the applet is not executed>
</applet>

   例えば、HelloWorldAppletクラスを中央位置で 幅130ピクセル、高さ50ピクセルの大きさで実行する場合、 HTML中に以下のように記述するとよい。 

<center>
  <applet code="HelloWorldApplet.class" width="130" height="50">
    アプレット実行例
  </applet>
</center>


   この実行結果は、以下のようになる。

アプレットの実行例
アプレット実行例

□ オブジェクトの生成と実行

   Java言語はオブジェクト指向プログラミング言語であるので、 プログラムの内容は基本的にオブジェクトの定義からなる。
   オブジェクトとは、データとその処理手続きをカプセル化したものである。 一般に、データは変数に格納されて保持される。 また、処理手続きはメソッドと呼ばれ、 変数の操作方法や他のメソッドの呼び出しからなる。 すなわち、新たなオブジェクトを定義するには、 そのオブジェクトがどのような変数とメソッドを持つかを記述する。
   オブジェクトには、クラスオブジェクト(クラス)と インスタンスオブジェクト(インスタンス)がある。 クラスとは、オブジェクトの定義そのものであり、 その定義内容を変更することができないオブジェクトである。 インスタンスは、クラスに基づき生成され、 変更が許されている変数の値を自由に変更できるオブジェクトである。
   新たにクラスを定義するには、以下の形式で記述する。

<qualifier> class <class-name> {
  <variable-definitions>
      ...
  <method-definitions>
      ...
}

   例えば、新しくHelloEverybodyというパブリッククラスを定義する場合、 以下のように記述する。

public class HelloEverybody {
  ...
}

   定義されたクラスからインスタンスを生成するには、以下のように、 先ず、生成されたインスタンスを代入するための変数を用意し、 次に、特別なメソッドであるコンストラクタを実行する。

<type> <variable>;
  ...
<variable> = new <constructor>;

   これにより、生成されたインスタンスが変数に代入され、利用可能となる。 このとき、変数の型には、そのクラス名を記述する。 また、コンストラクタは、クラス名に"("と")"で囲んで引数を指定した形となる。
   変数の宣言と同時にインスタンスを生成する場合、 以下のようにまとめて記述することもできる。

<type> <variable> = new <constructor>;

   例えば、HelloEverybodyクラスのインスタンスを生成する場合、 以下のように記述することができる。

HelloEverybody helloEverybody = new HelloEverybody();

   生成されたインスタンスの変数を参照したり、メソッドを利用する場合、 以下のように、インスタンスが代入されている変数の後ろに"."で区切って 変数名やメソッドを指定する。

<variable>.<variable-of-instance> // 変数を参照する場合
<variable>.<method-of-instance> (<argments>, ...) // メソッドを実行する場合

   新しくクラスを定義し、そのインスタンスを生成して利用する例として、 以下のようなプログラムを記述することができる。

新規クラスを定義: HelloEverybody.java 
// HelloEverybody.java

public class HelloEverybody {
    String who = "everybody!";

    public void sayHello() {
	System.out.print("Hello, ");
	System.out.println(who);
    }

    public static void main(String[] args) {
	HelloEverybody helloEverybody = new HelloEverybody();
	helloEverybody.sayHello();
    }
}

   もし、あるクラスの定義の一部を変更した新たなクラスを定義したい場合には、 もとのクラスを継承(インヘリタンス)したサブクラスを新たに定義する。 サブクラスを定義するには、以下の形式で記述する。

<qualifier> class <class-name> extends <parent-class-name> {
  <variable-definitions>
      ...
  <method-definitions>
      ...
}

   例えば、HelloEverybodyクラスを継承し、 HelloSomebodyクラスを定義する場合、 以下のようなプログラムを記述することができる。

クラスの継承: HelloSomebody.java 
// HelloSomebody.java

public class HelloSomebody extends HelloEverybody {

    public static void main(String[] args) {
	HelloSomebody helloSomebody = new HelloSomebody();

	if (args.length == 1)
	    helloSomebody.who = args[0] + "!";
	else if (args.length == 0)
	    helloSomebody.who = "to whom?";

	helloSomebody.sayHello();
    }
}

   この例では、sayHello()メソッドをプログラム中で定義していなくても、 クラスを継承することで利用できていることがわかる。

□ クラスライブラリの利用

   Javaでは、あらかじめ、様々なクラスをクラスライブラリとして提供している。 このようなクラスライブラリを利用することにより、 複雑なプログラムを効率よく簡単に記述することができる。 Javaで提供されるクラスライブラリを利用するためには、 以下のように、import文により、使用したいクラスライブラリが 格納されているパッケージと、使用したいクラスを指定する。

import <package>.<class-name>.<sub-class-name>...

   あるパッケージに含まれるクラス全体や、 あるクラスのサブクラス全体を利用したい場合、 以下のように、クラス名を明示的に指定するかわりに"*"を指定する。

import <package>.<class-name>.*

   例えば、アプレットクラスを利用したい場合、 アプレットクラスは"java"というパッケージに含まれるので、 以下のように記述する。

import java.applet.*

   これにより、appletクラスを使用したプログラムを記述することができる。

■ 演習課題

□ 演習課題1

   以下のプログラムを入力し、実行せよ。

HiHelloアプレット: HiHello.java 
// HiHello.java

import java.applet.Applet;
import java.awt.Button;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.awt.event.ActionEvent;

public class HiHello extends Applet implements ActionListener {
    Button button;
    String string[]
	= { "Hello!", "Hi Hello!", "How are you?", "Fine, Thank you." };
    int i = 0;

    // 初期化
    public void init() {
		button = new Button("Fine, Thank you.");
		this.add(button);
		button.addActionListener(this);
    }

    // 実行開始
    public void start() {
	repaint();
    }

    // 描画
    public void paint(Graphics g) {
	button.setLabel(string[i]);
    }

    // ボタンが押された際の処理
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
	i = (i + 1) % 4;
	this.repaint();
    }
}

HiHelloアプレットの実行結果
HiHelloアプレットの実行結果

□ 演習課題2

   GUI(グラフィカルユーザインタフェース)を実現するawtクラス、 およびswingクラスについて調べ、GUIを利用したアプレットを作成せよ。

■ 参考書籍、Web

  1. SUGAI, Manabu: 「浅煎り珈琲 Javaアプリケーション入門」, http://msugai.fc2web.com/java/index.html
Last modified: Tue Nov 12 12:42:20 JST 2002