Java道｜パッケージを階層に分ける

Java道｜パッケージを階層に分ける

パッケージを階層で整理すれば、クラスの住所がもっと分かりやすくなる。
サブパッケージを理解すると、大きなJavaプログラムでも、役割ごとにすっきり管理できるようになります。

Javaでプログラムを作っていると、最初のうちはクラスの数が少ないため、1つか2つのパッケージだけでも十分に整理できます。

たとえば、pa パッケージに学習用のクラスをまとめたり、pb パッケージに実行用のクラスを置いたりするだけでも、基本的な構成は理解しやすくなります。

しかし、学習が進んでプログラムの規模が大きくなると、クラスの数が増え、役割も細かく分かれていきます。

鬼滅の刃風にたとえると、最初は鬼殺隊士の名簿だけを管理していればよかったものが、だんだん次のような巻物が増えていくイメージです。

これらをすべて1つのパッケージに入れてしまうと、どこに何があるのか探しにくくなります。

そこで役立つのが、パッケージを階層に分ける という考え方です。

Javaでは、パッケージの中にさらに細かい分類を作れます。
たとえば、pa という大きなパッケージの下に sub という分類を作ると、パッケージ名は次のようになります。

package pa.sub;

これは、pa の中をさらに sub という単位で細かく整理している形です。

鬼滅の刃風に言えば、pa という鬼殺隊本部の大きな棚の中に、sub という補助巻物専用の小さな棚を作るようなものです。

このように階層化すると、クラスの役割が見えやすくなり、大きなプログラムでも整理しやすくなります。

パッケージを階層に分けるとは何か

Javaのパッケージは、1段だけの分類ではありません。

必要に応じて、パッケージ名をピリオドでつなぎ、階層構造として表せます。

たとえば、次のような形です。

pa.sub と書くことで、pa の中をさらに sub で分類していることを表します。

ただし、ここで大切なのは、pa と pa.sub は別々のパッケージとして扱われる という点です。

名前だけ見ると、pa.sub は pa の一部のように感じます。
しかし、Javaのコード上では、pa と pa.sub は独立した別のパッケージです。

鬼滅の刃風にたとえると、pa は本部の大きな棚です。
pa.sub は、その中にある補助任務専用の棚です。

見た目には親子関係があるように見えますが、Javaのパッケージとしては、それぞれ別の棚として扱います。

サブパッケージとは何か

パッケージの下の階層に作るパッケージを、サブパッケージ と呼びます。

たとえば、pa.sub の場合、sub が pa の下にあるサブパッケージです。

鬼滅の刃風にたとえると、鬼殺隊本部の棚をさらに細かく分けるようなものです。

サブパッケージを使うと、似た役割のクラスをさらに細かく整理できます。

クラスが少ないうちは、pa だけでも十分です。
しかし、クラスが増えてくると、pa の中にすべてを入れるよりも、pa.sub や pa.battle のように分けたほうが見通しがよくなります。

なぜパッケージを階層化するのか

小さなプログラムなら、1つのパッケージにすべてのクラスを入れても、それほど困らないことがあります。

しかし、プログラムが大きくなると、クラスの数が増え、役割も細かくなります。

鬼滅の刃風の学習プログラムを考えると、次のようなクラスが出てきそうです。

これらをすべて同じ pa パッケージに入れると、クラスが増えたときに探しにくくなります。

そこで、役割ごとにサブパッケージへ分けます。

このように分けると、どこに何があるのかが見えやすくなります。

パッケージの階層化は、大きなプログラムを見やすく保つための大切な工夫です。

package文の書き方

サブパッケージを使うときは、package 文に階層をそのまま書きます。

たとえば、pa の下に sub というサブパッケージを作る場合は、次のように書きます。

package pa.sub;

この1行によって、そのファイル内のクラスは pa.sub パッケージに属します。

ここで大切なのは、package 文はソースファイルの先頭に書くということです。

package pa.sub;

class Sample7
{
}

package 文の前にクラス定義を書くことはできません。
また、クラス定義の途中に package 文を書くこともできません。

鬼滅の刃風にたとえると、巻物の一番上に「この巻物は pa.sub の棚に置く」と札を付けるようなものです。

package文とフォルダ構成は対応する

パッケージを階層に分けた場合、フォルダ構成もそれに対応させます。

package pa.sub; と書いた場合、ファイルは pa フォルダの下にある sub フォルダに保存します。

作業中フォルダを C:\Java\13 とすると、構成は次のようになります。

C:\Java\13
        └─ pa
           └─ sub
              └─ Sample7.java

pa.sub というパッケージ名は、フォルダ構成では pa\sub に対応します。

この対応がずれると、Javaがクラスの場所を正しく見つけにくくなります。

鬼滅の刃風に言えば、巻物の札には pa.sub と書いてあるのに、実際には pa の棚だけに置いてしまうようなものです。
sub の棚まで用意して、そこに置く必要があります。

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今回のサンプルで使う構成

今回は、pa.sub パッケージの中に Sample7.java を置きます。

Sample7.java の中には、鬼滅の刃風にアレンジした次の2つのクラスを書きます。

DemonSlayer は、鬼殺隊士の情報を表すクラスです。

Sample7 は、DemonSlayer オブジェクトを作成して、show() を呼び出す実行用のクラスです。

どちらのクラスも、同じ Sample7.java の中にあり、先頭に package pa.sub; があるため、pa.sub パッケージに属します。

パッケージの階層を確認する

ファイル名：Sample7.java

package pa.sub;

// 鬼殺隊士クラス
class DemonSlayer
{
    private String name;
    private String rank;

    public DemonSlayer()
    {
        name = "未登録";
        rank = "階級未設定";
        System.out.println("鬼殺隊士を準備しました。");
    }

    public void setSlayer(String n, String r)
    {
        name = n;
        rank = r;
        System.out.println("隊士名を" + name + "、階級を" + rank + "にしました。");
    }

    public void show()
    {
        System.out.println("隊士名は" + name + "です。");
        System.out.println("階級は" + rank + "です。");
    }
}

class Sample7
{
    public static void main(String[] args)
    {
        DemonSlayer slayer1 = new DemonSlayer();
        slayer1.show();
    }
}

実行結果

鬼殺隊士を準備しました。
隊士名は未登録です。
階級は階級未設定です。

このプログラムでは、DemonSlayer オブジェクトを作成し、show() を呼び出しています。

コンストラクタでは、name に 未登録、rank に 階級未設定 を設定しています。

public DemonSlayer()
{
    name = "未登録";
    rank = "階級未設定";
    System.out.println("鬼殺隊士を準備しました。");
}

そのため、show() を呼び出すと、初期状態の隊士情報が表示されます。

public void show()
{
    System.out.println("隊士名は" + name + "です。");
    System.out.println("階級は" + rank + "です。");
}

package pa.sub; が表していること

Sample7.java の先頭には、次の1行があります。

package pa.sub;

この1行によって、Sample7.java に書かれている DemonSlayer クラスと Sample7 クラスは、どちらも pa.sub パッケージに属します。

同じ pa.sub パッケージ内にあるため、Sample7 から DemonSlayer をそのまま使えます。

DemonSlayer slayer1 = new DemonSlayer();

ここでは、pa.sub.DemonSlayer と書いていません。
同じパッケージ内にあるため、クラス名だけで自然に使えます。

鬼滅の刃風にたとえると、Sample7 の任務指令書と DemonSlayer の隊士名簿は、どちらも pa.sub の棚にあるため、同じ棚の巻物として扱いやすいということです。

コンパイルの方法

サブパッケージを使う場合も、コンパイルは作業中フォルダから行います。

今回のフォルダ構成は次のとおりです。

C:\Java\13
        └─ pa
           └─ sub
              └─ Sample7.java

作業中フォルダが C:\Java\13 の場合、次のように入力します。

PS C:\Java\13>javac pa\sub\Sample7.java

パッケージが pa.sub なので、ファイルの場所は pa\sub\Sample7.java になります。

コンパイルが成功すると、Sample7.java の中にあるクラスに対応して、class ファイルが作成されます。

C:\Java\13
        └─ pa
           └─ sub
              ├─ Sample7.java
              ├─ DemonSlayer.class
              └─ Sample7.class

1つのソースファイルの中に複数のクラスがある場合、コンパイル後はクラスごとに .class ファイルが作成されます。

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実行の方法

実行するときは、main メソッドを持つクラスを指定します。

今回、main メソッドを持っているのは Sample7 クラスです。

ただし、Sample7 は pa.sub パッケージに属しています。

そのため、実行時にはサブパッケージまで含めて指定します。

PS C:\Java\13>java pa.sub.Sample7

ここで java pa.Sample7 と書いてはいけません。

Sample7 は pa パッケージではなく、pa.sub パッケージに属しているからです。

鬼滅の刃風にたとえると、Sample7 の巻物は pa の棚ではなく、pa の中の sub の棚に置かれています。
そのため、実行時にも pa.sub.Sample7 と、正しい住所で指定する必要があります。

通常のパッケージとの違い

サブパッケージを使っても、考え方そのものは通常のパッケージと大きく変わりません。

違うのは、階層が1段深くなることです。

つまり、指定する名前やフォルダが少し長くなるだけです。

その代わり、クラスの役割を細かく整理できるようになります。

paとpa.subは別パッケージ

ここは特に大切です。

pa と pa.sub は、名前が似ていても別々のパッケージです。

たとえば、次の2つのクラスがあったとします。

どちらも DemonSlayer というクラス名ですが、所属するパッケージが違うため、Javaでは別のクラスとして扱います。

鬼滅の刃風にたとえると、同じ DemonSlayer という名前の巻物でも、pa の棚にあるものと、pa.sub の棚にあるものは別の巻物です。

また、pa と pa.sub が別パッケージであることは、アクセス修飾子を学ぶときにも重要になります。

たとえば、無指定のクラスやメンバは、基本的に同じパッケージ内から使えます。
しかし、pa と pa.sub は別パッケージなので、名前が似ていても同じパッケージ扱いにはなりません。

サブパッケージを使うメリット

サブパッケージを使うと、プログラム全体の構造が整理しやすくなります。

鬼滅の刃風のプログラムなら、次のような分け方もできます。

このように整理すると、クラスが増えても全体の構造が見えやすくなります。

図：package pa.sub; とフォルダ構成の関係

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この図が示していること

この図では、package pa.sub; とフォルダ構成の対応を表しています。

左側では、C:\Java\13 の下に pa フォルダがあり、その下に sub フォルダがあります。
Sample7.java は、その sub フォルダの中に保存されています。

中央には package pa.sub; があり、右側には pa.sub パッケージに属する DemonSlayer クラスと Sample7 クラスがあります。

この図から分かることは、パッケージ名のピリオドが、フォルダ構成では階層として表れるということです。

図：コンパイルと実行の流れ

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この図が示していること

この図では、pa.sub パッケージを使ったときのコンパイルと実行の流れを表しています。

左側には、pa\sub フォルダの中に Sample7.java が保存されています。
Sample7.java の先頭には package pa.sub; が書かれています。

中央では、次のコマンドでコンパイルしています。

javac pa\sub\Sample7.java

コンパイル後には、pa\sub フォルダの中に DemonSlayer.class と Sample7.class が作成されます。

実行するときは、main メソッドを持つ Sample7 を、サブパッケージまで含めて指定します。

java pa.sub.Sample7

この図から分かることは、サブパッケージを使う場合、コンパイルではフォルダ階層を指定し、実行ではパッケージ名をピリオドでつないで指定するということです。

つまずきやすいポイント

サブパッケージを使うときは、次のようなところで混乱しやすいです。

特に大切なのは、package 文、保存場所、実行時の指定を一致させることです。

この4つがつながると、サブパッケージの基本がかなり分かりやすくなります。

アクセス修飾子の学習にもつながる

サブパッケージを理解すると、あとで学ぶアクセス修飾子の意味も見えやすくなります。

たとえば、Javaでは、無指定のクラスやメンバは、基本的に同じパッケージ内から利用できます。

ここで、pa と pa.sub を同じパッケージだと思っていると、アクセス範囲の理解で混乱しやすくなります。

pa と pa.sub は名前がつながっています。
しかし、Javaでは別パッケージです。

鬼滅の刃風にたとえると、同じ本部内に見えても、pa の棚と pa.sub の棚は管理区画が違うということです。
そのため、アクセスできる範囲を考えるときにも、別の棚として扱う必要があります。

パッケージを階層に分けるときの大事な感覚

パッケージを階層に分けるときは、次の感覚を持つと分かりやすくなります。

鬼滅の刃風に言えば、pa は大きな本部の棚、pa.sub はその中の補助任務専用の棚です。

Sample7.java の先頭に package pa.sub; と書くなら、実際の保存場所も pa\sub にします。
そして実行するときは、pa.sub.Sample7 と住所を最後まで指定します。

この流れが分かると、Javaのパッケージ階層はかなり自然に理解できます。