Java超｜クラスをファイルに分ける

Java超｜クラスをファイルに分ける

クラスごとに巻物を分ければ、Javaの戦士チームはもっと読みやすく、育てやすくなる。

Javaの学習を始めたばかりのころは、1つのファイルの中に複数のクラスを書いて、プログラムの動きを確認することがあります。

小さなプログラムであれば、この形でも学習しやすいです。
1つのファイルを開けば、クラスの定義も main メソッドも一緒に確認できるからです。

しかし、プログラムが少しずつ大きくなると、1つのファイルにすべてのクラスを書き続ける方法では、だんだん見通しが悪くなります。

ドラゴンボール風にたとえると、戦士名簿、修行メニュー、必殺技の記録、戦闘装備の台帳、出撃命令書を、すべて1本の巨大な巻物に書き込んでいるようなものです。

最初は読めても、情報が増えるにつれて、どこに何が書いてあるのか探しにくくなります。
さらに、修正したい場所を見つけるのにも時間がかかります。

そこで大切になるのが、クラスごとにファイルを分ける という考え方です。

クラスごとにファイルを分けると、次のように役割を整理できます。

SaiyanWarrior.java は、サイヤ人戦士の情報を管理する巻物です。
Sample1.java は、そのサイヤ人戦士を呼び出して処理を始める出撃命令書です。

このように分けることで、どのファイルに何が書かれているのかが分かりやすくなります。

クラスをファイルに分けることは、Javaの動かし方を難しくするためではありません。
クラスの役割を整理し、読みやすく、修正しやすいプログラムにするための工夫です。

クラスをファイルに分けるとは何か

Javaでは、複数のクラスをそれぞれ別のファイルに書けます。

たとえば、サイヤ人戦士の情報を管理するクラスと、プログラムを開始するクラスを分けることができます。

SaiyanWarrior クラスは、サイヤ人戦士の情報を表す部品です。
Sample1 クラスは、プログラムを開始する入口です。

ドラゴンボール風にたとえると、SaiyanWarrior.java は戦士の情報を記録した巻物です。
Sample1.java は、その戦士を作成して確認するための出撃指令書です。

このように分けておくと、役割がとても分かりやすくなります。

クラスが増えても、ファイルごとに役割が分かれていれば、整理された状態を保ちやすくなります。

なぜ1つのファイルに全部書かないほうがよいのか

小さいプログラムでは、1つのファイルに全部書いても、それほど困らないことがあります。

しかし、クラスが増えてくると、次のような困りごとが出てきます。

ドラゴンボール風にたとえると、1本の巻物にすべての情報がある状態では、戦士の流派を直したいだけなのに、修行記録や出撃命令、戦闘装備の情報まで目に入ってしまいます。

一方、戦士情報は SaiyanWarrior.java、実行開始は Sample1.java のように分けておけば、必要な巻物だけを開けます。

これは、読みやすさだけでなく、修正のしやすさにもつながります。

図：クラスごとにファイルを分けるイメージ

この図が示していること

この図では、1つの巨大なファイルに複数のクラスを書く場合と、クラスごとにファイルを分ける場合を比較しています。

左側では、すべてのクラスが1本の巻物に詰め込まれています。
この状態では、必要なクラスを探しにくく、修正したい場所も見つけにくくなります。

右側では、クラスごとにファイルが分かれています。

この図から分かることは、ファイルを分けることで、クラスごとの責任がはっきりし、大きなプログラムでも見通しを保ちやすくなるということです。

ドラゴンボール風の例で考える

今回は、サイヤ人戦士を表すクラスとして SaiyanWarrior クラスを使います。

SaiyanWarrior クラスでは、次の情報を管理します。

また、情報を設定するためのメソッドとして setWarrior() を用意します。
情報を表示するためのメソッドとして show() を用意します。

SaiyanWarrior クラスは、サイヤ人戦士の情報を表す役割を持ちます。

一方、Sample1 クラスは main メソッドを持ち、プログラムを開始する役割を持ちます。

このように、クラスごとの役割を分けると、プログラムの構造が分かりやすくなります。

ファイルを分けたときのソースコード

ここでは、2つのファイルに分けて作成します。

1つ目は、サイヤ人戦士の情報を表す SaiyanWarrior.java です。
2つ目は、main メソッドを持つ Sample1.java です。

ファイル名：SaiyanWarrior.java

class SaiyanWarrior
{
    private String name;
    private String style;

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

    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。");
    }
}

ファイル名：Sample1.java

class Sample1
{
    public static void main(String[] args)
    {
        SaiyanWarrior warrior1 = new SaiyanWarrior();
        warrior1.show();
    }
}

2つのファイルの役割

このプログラムでは、SaiyanWarrior クラスと Sample1 クラスを別々のファイルにしています。

SaiyanWarrior.java は、サイヤ人戦士の情報を管理するクラスです。
Sample1.java 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。

ここで大切なのは、ファイルを分けても、Sample1.java から SaiyanWarrior クラスを普通に使えていることです。

main メソッドの中では、次の流れで処理しています。

SaiyanWarrior warrior1 = new SaiyanWarrior();
warrior1.show();

1行目では、SaiyanWarrior クラスから warrior1 オブジェクトを作成しています。
2行目では、warrior1 の show() を呼び出して、サイヤ人戦士の情報を表示しています。

SaiyanWarrior のコンストラクタでは、次の初期値が設定されています。

そのため、show() を呼び出すと、初期状態がそのまま表示されます。

実行結果

サイヤ人戦士を作成しました。
戦士名は未登録です。
流派は流派未設定です。

この結果から、SaiyanWarrior オブジェクトが作成され、初期値が表示されていることが分かります。

コンパイルのしかた

クラスを別ファイルに分けても、コンパイルの基本的な考え方は大きく変わりません。

まず、同じフォルダに次の2つのファイルを保存します。

その状態で、Sample1.java をコンパイルします。

PS C:\Java\13>javac Sample1.java

Sample1.java の中では SaiyanWarrior クラスを使っています。

そのため、同じフォルダ内に SaiyanWarrior.java があれば、必要に応じて一緒にコンパイルされます。

コンパイル後には、通常、次の class ファイルが作成されます。

.java ファイルは、人が読むためのソースファイルです。
.class ファイルは、Javaが実行するためにコンパイルされたファイルです。

ドラゴンボール風にたとえると、.java ファイルは人が読める戦士の巻物です。
.class ファイルは、Javaが実行できる形に変換された戦闘用の符号札のようなものです。

実行のしかた

実行するときは、main メソッドを持っているクラスを指定します。

この例では、main メソッドを持っているのは Sample1 クラスです。

そのため、次のように実行します。

PS C:\Java\13>java Sample1

ここで SaiyanWarrior を指定するわけではありません。

SaiyanWarrior クラスには main メソッドがないため、プログラムの開始地点にはなりません。

実行時には、Sample1.class だけでなく、Sample1 が利用する SaiyanWarrior.class も必要です。

SaiyanWarrior.class が見つからないと、Sample1 の中で SaiyanWarrior クラスを使えないため、エラーになります。

つまり、ファイルを分けるときは、ソースファイルだけでなく、コンパイル後の class ファイルどうしの関係も意識することが大切です。

なぜファイルを分けても普通に使えるのか

ファイルを分けると、最初は少し不思議に感じるかもしれません。

SaiyanWarrior.java と Sample1.java に分かれているのに、なぜ Sample1 から SaiyanWarrior を普通に使えるのか、気になるところです。

理由は、Javaが最終的に クラス単位 でプログラムを扱うからです。

私たちは、読みやすくするためにソースコードをファイルに分けています。
しかし、Javaにとって大切なのは、必要なクラスが正しく見つかることです。

同じフォルダ内に必要なファイルがそろっていれば、次のような基本操作は変わりません。

つまり、ファイル分割は、プログラムの基本的な使い方を変えるものではありません。

クラスの役割を整理し、読みやすくするための工夫と考えると分かりやすいです。

図：ソースファイルと class ファイルの関係

この図が示していること

この図では、SaiyanWarrior.java と Sample1.java を別々のソースファイルとして作り、それぞれがコンパイルされて class ファイルになる流れを表しています。

左側には .java ファイルがあります。

SaiyanWarrior.java はサイヤ人戦士情報を管理するクラスのファイルです。
Sample1.java は main メソッドを持つ実行開始用のファイルです。

中央では、javac Sample1.java によってコンパイルする流れを示しています。

右側には、コンパイル後の .class ファイルがあります。

実行するときは、main メソッドを持つ Sample1 を指定します。

java Sample1

この図から分かることは、ソースファイルを分けても、必要な class ファイルがそろっていれば、クラス同士は連携して動くということです。

大規模なプログラムで重要になる理由

大きなプログラムでは、クラスの数がどんどん増えていきます。

ドラゴンボール風の学習アプリを作るとしても、次のようなクラスが必要になるかもしれません。

これらをすべて1つのファイルに書いてしまうと、読むだけでも大変です。

どこに何があるのか分かりにくくなり、修正したい場所を探すのにも時間がかかります。

ファイルを分けておけば、次のように整理できます。

ドラゴンボール風にたとえると、戦士名簿、気の技の巻物、出撃任務の指令書、戦闘装備の台帳を別々に管理するようなものです。

必要な巻物だけを開けばよいので、作業がかなり楽になります。

複数人で開発するときにも分担しやすい

ファイル分割は、複数人で開発するときにも役立ちます。

1つの巨大なファイルにすべてのクラスを書いていると、複数人が同じファイルを同時に編集することになります。

すると、作業がぶつかりやすくなります。

たとえば、ある人は SaiyanWarrior.java を担当します。
別の人は BattleMission.java を担当します。
さらに別の人は BattleManager.java を担当します。

このように分ければ、担当範囲がはっきりします。

ドラゴンボール風にたとえると、戦士名簿係、任務管理係、装備管理係が、それぞれ別の巻物を担当するようなものです。

ファイル分割で覚えておきたい考え方

クラスをファイルに分けるときは、次の考え方を押さえておくと理解しやすくなります。

特に大切なのは、どのクラスに main メソッドがあるのかを確認することです。

SaiyanWarrior は部品として使われるクラスです。
Sample1 がプログラムの入口です。

この役割を分けて考えると、コンパイルと実行の流れも整理しやすくなります。

学習の段階でつまずきやすい点

初めてクラスを別ファイルに分けると、いくつかつまずきやすいポイントがあります。

特に大切なのは、実行するクラスを間違えないことです。

SaiyanWarrior は、サイヤ人戦士の情報を表す部品です。
Sample1 は、main メソッドを持つ入口です。

そのため、実行するときは java Sample1 とします。

ファイル名とクラス名の関係

Javaでは、ファイル名とクラス名の関係も意識しておくと安心です。

今回のように、SaiyanWarrior クラスを SaiyanWarrior.java に書くと、対応関係が分かりやすくなります。

特に public class を使う場合は、public class の名前とファイル名を一致させる必要があります。

今回の例では class SaiyanWarrior のように public を付けていません。
ただし、学習を進めるうえでは、基本的に クラス名とファイル名をそろえる と考えておくと分かりやすいです。

ドラゴンボール風にたとえると、SaiyanWarrior.java という巻物には、SaiyanWarrior クラスの情報が書かれているほうが自然です。

図：main メソッドを持つクラスを実行する

この図が示していること

この図では、ファイルを分けたときに、どのクラスを実行するのかを表しています。

SaiyanWarrior は、サイヤ人戦士の情報を管理する部品クラスです。
main メソッドを持っていないため、実行開始クラスにはなりません。

Sample1 は、main メソッドを持つ実行用クラスです。
そのため、実行するときは Sample1 を指定します。

この図から分かることは、ファイルを分けたときも、実行時には main メソッドを持つクラスを指定する必要があるということです。

この内容が次の学習につながる理由

クラスをファイルに分けられるようになると、次の学習内容も理解しやすくなります。

これらは、増えてきたクラスをどう整理するかという考え方とつながっています。

まずは、クラスごとにファイルを分ける基本を押さえることが大切です。

ドラゴンボール風にたとえると、最初は戦士名簿を分けるところから始まります。
その次に、サイヤ人部隊の巻物、ナメック星支援部隊の巻物、出撃任務の巻物、装備台帳の巻物をさらに分類していくイメージです。

クラスをファイルに分けるときの大事な感覚

クラスをファイルに分けるときは、次の感覚を持つと分かりやすくなります。

クラスをファイルに分けると、Javaのプログラムはぐっと読みやすくなります。

SaiyanWarrior はサイヤ人戦士の情報を担当する。
Sample1 はプログラムの開始を担当する。

このように役割を分けることで、1つひとつのクラスの責任がはっきりします。

そして、この考え方は、パッケージやインポートを学ぶときにもそのままつながっていきます。