Java道｜Javaの入出力の基本

Java道｜Javaの入出力の基本

標準入力はJavaへの入口、標準出力は画面への出口。入出力の流れがわかると、プログラムは使う人とやり取りできるようになる

ここまでのJava学習では、画面に文字や数値を表示する方法、キーボードから文字列を受け取る方法を学んできました。最初はそれぞれ別々の処理に見えるかもしれませんが、Javaの中では大きく入力と出力という流れで考えられます。

出力とは、プログラムから外へ情報を出すことです。学習のはじめでは、画面に文字を表示することだと考えるとわかりやすいです。これまで何度も使ってきた System.out.println は、標準出力へ文字や値を送り、画面に表示するための代表的な書き方です。

一方、入力とは、外からプログラムへ情報を受け取ることです。キーボードから入力された文字列をJavaの中に取り込む処理がこれにあたります。System.in は、標準入力と結びついた入り口として考えられます。

鬼殺隊風にたとえるなら、標準入力は隊士から届く伝令を受け取る入口、標準出力は任務結果を本部の掲示板に出す出口です。隊士がキーボードから合図や数値を伝え、Javaがそれを受け取り、必要なら変換し、最後に画面へ結果を出す。この一連の流れが見えてくると、Javaプログラムはぐっと実践的に感じられます。

ここでは、標準入力と標準出力とは何か、キーボードから入力した内容が最初は文字列として扱われる理由、数値として使うための変換、そして入力ミスに気をつける考え方を、鬼滅の刃風の修行イメージに置き換えながら、やさしく整理していきます。

標準出力とは何か

標準出力とは、プログラムがデータを外へ出すための基本的な出力先のことです。

学習の初期段階では、標準出力は画面のことだと考えるとわかりやすいです。Javaで文字や数値を画面に表示するときに使ってきた System.out.println は、この標準出力へ内容を送っています。

System.out.println("修行を開始します。");

このように書くと、文字列が標準出力へ送られ、画面に表示されます。

鬼殺隊風にたとえるなら、標準出力は本部の掲示板のようなものです。プログラムが伝えたい内容を掲示板に出すことで、使う人がその結果を見られるようになります。

ここで大切なのは、画面に表示するという操作を、Javaのしくみとして見ると「標準出力に送っている」と考えられることです。

この見方ができるようになると、System.out.println がただの暗記ではなく、Javaが外へ情報を出すための出口として理解しやすくなります。

標準入力とは何か

標準入力とは、プログラムが外からデータを受け取るための基本的な入力元のことです。

学習の初期段階では、標準入力はキーボードのことだと考えるとわかりやすいです。キーボードから入力された文字列をJavaで受け取るときに出てきた System.in は、この標準入力と結びついています。

new InputStreamReader(System.in)

この中にある System.in は、キーボードから入ってくる情報の入口として使われます。

鬼殺隊風にたとえるなら、標準入力は伝令が入ってくる門です。隊士がキーボードから合言葉や数値を伝えると、その情報が標準入力を通ってプログラムの中へ入ってきます。

標準出力が「外へ出す出口」なら、標準入力は「中へ入れる入口」です。

この2つを対にして考えると、Javaの入出力の全体像がつかみやすくなります。

標準入力と標準出力の関係

標準入力と標準出力は、プログラムから見た情報の流れを表します。

標準入力は、外からプログラムへデータを入れる入口です。
標準出力は、プログラムから外へデータを出す出口です。

たとえば、キーボードで数値を入力し、その数値を画面に表示するプログラムは、次のような流れで動いています。

鬼殺隊の任務に置き換えると、まず本部が「年齢を報告せよ」と掲示します。次に隊士がキーボードで年齢を伝えます。その内容をJavaが受け取り、必要なら数値に変換し、最後に「入力された年齢は20歳です」と掲示するイメージです。

入力と出力をこのようにひとつの流れで見ると、Javaプログラムが「受け取る」「処理する」「出す」という形で動いていることがわかります。

キーボードから入力した内容は最初は文字列として扱われる

キーボードから入力した内容は、最初から数値として扱われるわけではありません。

ここはとても大切です。

たとえば、キーボードで 5 と入力したとします。見た目には数値に見えます。しかし、readLine で読み込んだ直後は、これは数値の5ではなく、文字列としての5です。

つまり、Javaはまず「キーボードから入力された文字の並び」として受け取ります。

鬼殺隊風にたとえるなら、隊士が「20」と伝令で送ってきても、最初は巻物に 20 という文字として書かれている状態です。そのままでは、年齢や数値として計算に使えるわけではありません。

Javaで本当に数値として使いたい場合は、この文字列を数値へ変換する必要があります。

数値入力では変換が必要になる

キーボードから入力された内容が最初は文字列として扱われるため、そのままでは int型や double型の変数に入れられません。

int型は整数を入れるための型です。
double型は小数を入れるための型です。
しかし、readLine で受け取った値は String型です。

そのため、型が合いません。

鬼殺隊の任務で考えると、伝令の巻物に書かれた 20 という文字を、任務記録の数値欄にそのまま貼り付けることはできません。まず「これは整数の20です」と読み替える必要があります。

Javaでは、この読み替えにあたる処理が変換です。

整数を入力するための基本の流れ

整数を入力して使う場合は、いきなり int型の変数に入るわけではありません。

次のような順番で処理します。

この流れで大切なのは、入力された内容をいったん文字列として受け取り、そのあとで整数へ変換しているという順番です。

鬼殺隊風に言えば、まず隊士の伝令を巻物に書き取り、その後で「これは年齢の数値だ」と判断し、年齢記録の札へ写すような流れです。

整数入力の流れを確認する

ファイル名：Sample5.java

import java.io.*;

class Sample5
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        System.out.println("隊士の年齢を整数で入力してください。");

        BufferedReader br =
        new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        String str = br.readLine();

        int age = Integer.parseInt(str);

        System.out.println("入力された隊士の年齢は " + age + " 歳です。");
    }
}

実行結果

隊士の年齢を整数で入力してください。
20
入力された隊士の年齢は 20 歳です。

このプログラムでは、まず画面に入力をうながすメッセージを表示しています。

System.out.println("隊士の年齢を整数で入力してください。");

これは標準出力を使って、使う人に「整数を入力してください」と伝える処理です。

次に、キーボードから入力を受け取る準備をしています。

BufferedReader br =
new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

この部分で、標準入力であるキーボードから文字列を読み取れるようにしています。

そのあと、次の文で入力された1行を受け取ります。

String str = br.readLine();

ここで入力された 20 は、まず String型の文字列として str に入ります。

そして、次の文で文字列を整数に変換します。

int age = Integer.parseInt(str);

str に入っている文字列を整数へ変換し、その結果を int型の変数 age に入れています。

最後に、変換後の age を使って画面に表示しています。

System.out.println("入力された隊士の年齢は " + age + " 歳です。");

この流れを表にすると、次のようになります。

ここで特に大切なのは、str と age の役割が違うことです。

str は入力された文字列を受け取る変数です。age は、整数に変換したあとの値を入れる変数です。この2段階を意識すると、数値入力の流れがとてもわかりやすくなります。

Integer.parseIntの役割

数値入力で重要になるのが、Integer.parseInt です。

int age = Integer.parseInt(str);

この文は、str に入っている文字列を整数に変換し、その結果を int型の変数 age に代入するという意味です。

分解して見ると、次のようになります。

たとえば、str に 20 という文字列が入っている場合、Integer.parseInt(str) によって整数の 20 に変換されます。

鬼殺隊風にたとえるなら、str は伝令の巻物、Integer.parseInt は「この巻物の文字を整数として読み直す係」、age は整数として記録する札です。

ここでのポイントは、入力された文字列をそのまま使っているのではなく、整数として使える形に変えてから利用していることです。

double型に変換したいとき

整数ではなく、小数を含む数値として扱いたい場合は、double型へ変換します。

そのときは、Double.parseDouble を使います。

double num = Double.parseDouble(str);

この文は、str に入っている文字列を double型の数値に変換し、その結果を num に代入するという意味です。

たとえば、3.14 のような小数を入力して計算に使いたい場合は、String型のままではなく、double型へ変換する必要があります。

鬼殺隊風に考えると、整数の任務番号として読むなら Integer.parseInt、小数を含む距離や割合として読むなら Double.parseDouble を使うイメージです。

今の段階では、次の対応を押さえておくと十分です。

図：入力された文字列を整数へ変換する流れ

↓クリックすると拡大表示されます。

この図が示していること

この図は、キーボードから入力された 20 が、最初は String型の文字列として受け取られ、そのあと Integer.parseInt によって int型の整数へ変換される流れを示しています。

入力された内容は、見た目が数字でも、readLine で受け取った直後は文字列です。数値として扱うには、変換処理を通す必要があります。

この図から分かること

標準入力から入ってきた値は、そのまま数値変数に入るわけではありません。

String型で受け取る段階と、int型へ変換する段階を分けて考えることが大切です。この違いがわかると、数値入力のコードが読みやすくなります。

図：標準入力と標準出力の全体像

↓クリックすると拡大表示されます。

この図が示していること

この図は、標準入力から値を受け取り、Javaプログラムの中で変数に入れ、必要に応じて変換し、標準出力へ結果を表示する流れを示しています。

キーボードは標準入力、画面は標準出力として考えられます。

この図から分かること

Javaの入出力は、入口と出口の流れで考えると理解しやすくなります。

標準入力から受け取った値は、変数に入り、必要なら型に合わせて変換されます。その後、System.out.println などを使って標準出力へ送られ、画面に表示されます。

入力をまちがえるとどうなるか

数値入力では、使う人が必ず正しい形式で入力してくれるとは限りません。

整数を入力してほしい場面で、小数や文字を入力してしまうことがあります。

たとえば、整数として変換したい場面で、次のような入力があると問題になります。

Integer.parseInt は、整数として読める文字列を前提にしています。そのため、整数として解釈できない内容が入ってくると、うまく変換できません。

鬼殺隊風にたとえるなら、年齢を数字で報告してほしい場面で、隊士が「若いです」と伝えてきたようなものです。意味はわかりそうでも、Javaが整数として扱うには形式が合っていません。

ユーザーの入力ミスを考えることが大切

学習のはじめでは、まず正しい入力がされる前提で、基本の流れを理解すれば大丈夫です。

ただし、実際のプログラムでは、使う人がいつも正しく入力してくれるとは限りません。

整数を求めているのに文字を入力する。
小数を求めているのに記号を入力する。
何も入力せずに Enter キーを押す。

こうしたことは、実際のプログラムではよく起こります。

本格的なプログラムでは、入力ミスがあったときにどう対応するかを考える必要があります。

たとえば、もう一度入力をうながす、エラーメッセージを表示する、処理を中止するなどの工夫があります。

今の段階では、入力にはまちがいが起こる可能性がある、と意識しておくことが大切です。この視点を早いうちから持っておくと、後で例外処理や入力チェックを学ぶときに理解しやすくなります。

標準入力と標準出力で見える入出力の流れ

標準入力と標準出力の視点で整理すると、Javaプログラムの流れがかなり見えやすくなります。

Sample5.javaの流れも、この形にきれいに当てはまります。

鬼殺隊の任務でいえば、掲示板に指示を出し、隊士から報告を受け取り、報告内容を必要な形式に整え、最後に結果を掲示する流れです。

このように考えると、入力と出力は別々の知識ではなく、プログラム全体を動かす一連の流れとして理解できます。

これまで学んだ内容とのつながり

標準入力と標準出力は、新しい言葉に見えるかもしれません。

けれども、これまで学んできた内容としっかりつながっています。

画面に表示するのは標準出力です。
キーボードから受け取るのは標準入力です。
受け取った内容は変数に入ります。
必要なら型に合わせて変換します。
そして、その値をまた出力に使います。

この流れが見えるようになると、Javaの基本がばらばらの知識ではなく、ひとつのまとまりとして理解できるようになります。

Javaプログラムは、入力を受け取り、処理し、結果を出すものです。標準入力と標準出力は、その基本の形を支えている大切な考え方です。