Java超｜パッケージを階層に分ける

Java超｜パッケージを階層に分ける

パッケージを階層に分ければ、Javaクラスの住所がもっと見やすくなる。大きな戦士管理本部でも、棚を分ければ迷わずクラスを探せます。

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、基本的な構成は分かりやすいです。

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。

ドラゴンボール風にたとえると、最初はサイヤ人戦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。

ドラゴンボール風に言えば、pa という戦士管理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。

ドラゴンボール風にたとえると、pa は戦士管理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。

ドラゴンボール風にたとえると、戦士管理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。

ドラゴンボール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。

図：パッケージを階層に分けるイメージ

この図が示していること

この図では、すべてのクラスを pa パッケージに入れた場合と、pa の下にサブパッケージを作って整理した場合を比較しています。

左側では、pa の棚に多くのクラスが集まっており、探しにくい状態です。
右側では、pa.character、pa.battle、pa.training、pa.item、pa.sub のように、役割ごとに棚を分けています。

この図から分かることは、パッケージを階層に分けると、クラスの住所が細かくなり、大きなプログラムでも見通しを保ちやすいということです。

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。

ドラゴンボール風にたとえると、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。

ドラゴンボール風に言えば、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。

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、ドラゴンボール風にアレンジした次の2つのクラスを書きます。

SaiyanWarrior は、サイヤ人戦士の情報を表すクラスです。

Sample7 は、SaiyanWarrior 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。

ファイル名：Sample7.java

package pa.sub;

// サイヤ人戦士クラス
class SaiyanWarrior
{
    private String name;
    private String style;

    public SaiyanWarrior()
    {
        name = "未登録";
        style = "流派未設定";
        System.out.println("サイヤ人戦士を準備しました。");
    }

    public void setWarrior(String n, String s)
    {
        name = n;
        style = s;
        System.out.println("戦士名を" + name + "、流派を" + style + "にしました。");
    }

    public void show()
    {
        System.out.println("戦士名は" + name + "です。");
        System.out.println("流派は" + style + "です。");
    }
}

class Sample7
{
    public static void main(String[] args)
    {
        SaiyanWarrior warrior1 = new SaiyanWarrior();
        warrior1.show();
    }
}

実行結果

サイヤ人戦士を準備しました。
戦士名は未登録です。
流派は流派未設定です。

このプログラムでは、SaiyanWarrior 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、style に 流派未設定 を設定しています。

public SaiyanWarrior()
{
    name = "未登録";
    style = "流派未設定";
    System.out.println("サイヤ人戦士を準備しました。");
}

そのため、show() を呼び出すと、初期状態の戦士情報が表示されます。

public void show()
{
    System.out.println("戦士名は" + name + "です。");
    System.out.println("流派は" + style + "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 SaiyanWarrior 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 SaiyanWarrior をそのまま使えます。

SaiyanWarrior warrior1 = new SaiyanWarrior();

ここでは、pa.sub.SaiyanWarrior 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。

ドラゴンボール風にたとえると、Sample7 の任務指令書と SaiyanWarrior の戦士名簿は、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。

図：package pa.sub; とフォルダ構成の関係

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 SaiyanWarrior 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。

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
              ├─ SaiyanWarrior.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。

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。

ドラゴンボール風にたとえると、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 SaiyanWarrior 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。

ドラゴンボール風にたとえると、同じ SaiyanWarrior 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。

ドラゴンボール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：コンパイルと実行の流れ

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 SaiyanWarrior.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。

ドラゴンボール風にたとえると、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。

ドラゴンボール風に言えば、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。