【Java Silver対策】クラスの継承、インターフェース、抽象クラスについて学習しよう【例題にも挑戦！】前編

第７章　クラスの継承、インターフェース、抽象クラス

クラスの継承

クラスの継承とは、あるクラス（親クラスまたはスーパークラス）の機能を別のクラス（子クラスまたはサブクラス）が受け継ぐことです。クラスの継承についてはJavaコース初級 基礎編Day13「クラス、インタフェース、メソッド、継承、多態性」の回で説明していますが、今回はより詳細なルールについて学習します。

クラスの継承のルール

親クラスと子クラス

• 親クラス（スーパークラス、基底クラス）は、基本的な機能を提供するクラスです。
• 子クラス（サブクラス、派生クラス）は、親クラスの機能を継承して、新しい機能を追加したり、既存の機能を変更したりします。

継承の構文

• Javaではextendsキーワードを使って継承を行います。

構文は次の通りです。

class 子クラス名 extends 親クラス名 {
    // 子クラスの追加機能
}

親クラスのメンバー（フィールドとメソッド）

• 子クラスは親クラスのすべてのpublicとprotectedのメンバーを継承します。
• privateなメンバーは子クラスからは直接アクセスできません。

コンストラクタ

• 子クラスは親クラスのコンストラクタを継承しません。
• 子クラスのコンストラクタでは、親クラスのコンストラクタをsuperキーワードを使って呼び出すことができます。

オーバーライド

• 子クラスは親クラスのメソッドを再定義（オーバーライド）することができます。
• オーバーライドする場合、メソッドの名前、引数、戻り値の型が同じである必要があります。

次のプログラムを確認してください。

1. public class Child extends Parent {
2.    Child() {
3.        name = "java";
4.    }
5.    void hello() {
6.        System.out.println("hello, " + name);
7.    }
8. }

このクラスが継承しているParentクラスの説明として、正しいものを選びなさい。（１つ選択）

A.　Parentクラスは、helloメソッドの定義を持っていなければいけない。
B.　Parentクラスには、フィールドを初期化するためのコンストラクタを定義しなければいけない。
C.　Parentクラスには、helloフィールドを定義しなければいけない。
D.　Parentクラスには、nameフィールドを定義しなければいけない。

「徹底攻略　Java SE 11 Silver　問題集」より抜粋

インタフェース

インタフェースは、クラスが実装すべきメソッドを定義するフレームワークであり、クラスに特定のメソッドを実装するように強制するための契約のようなものです。インタフェースについてはJavaコース初級 基礎編Day13「クラス、インタフェース、メソッド、継承、多態性」の回で説明していますが、今回はより詳細なルールについて学習します。

インタフェースの特徴とルール

メソッドの宣言のみ

インタフェースにはメソッドの名前、引数、戻り値の型だけを宣言します。具体的な内容（＝実装）は書きません。

public interface Animal {
    void eat();
    void sleep();
}

ここでは、eatとsleepというメソッドが宣言されていますが、内容は書かれていません。

実装を持たない

インタフェースは、メソッドの実装（中身）を持ちません。実際の動作は、このインタフェースを実装するクラスで定義します。

複数のインタフェースを実装できる

クラスは複数のインタフェースを実装することができます。これは「多重実現」と呼ばれる機能の一部です。例を挙げると以下のようなコードになります。

public interface Flyer {
    void fly();
}

public interface Swimmer {
    void swim();
}

public class Duck implements Animal, Flyer, Swimmer {
    public void eat() {
        System.out.println("Duck is eating.");
    }

    public void sleep() {
        System.out.println("Duck is sleeping.");
    }

    public void fly() {
        System.out.println("Duck is flying.");
    }

    public void swim() {
        System.out.println("Duck is swimming.");
    }
}

定数を持てる

インタフェースには、定数（static finalなフィールド）を定義できます。定数は変更できない値です。

public interface Constants {
    int MAX_VALUE = 100;
    String DEFAULT_NAME = "Unknown";
}

デフォルトメソッド

デフォルトメソッド（default method）は、Java 8で導入されたインタフェースの新しい機能です。インタフェースにメソッドの実装を含めることができるようになり、インタフェースの進化を柔軟にするための仕組みです。

public interface Animal {
    void eat();

    default void sleep() {
        System.out.println("Sleeping...");
    }
}

public class Dog implements Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Dog is eating.");
    }
}

public class Cat implements Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Cat is eating.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog();
        Animal myCat = new Cat();

        myDog.eat();  // "Dog is eating."
        myDog.sleep();  // "Sleeping..."

        myCat.eat();  // "Cat is eating."
        myCat.sleep();  // "Sleeping..."
    }
}

この例では、DogとCatクラスがAnimalインタフェースを実装していますが、sleepメソッドを実装していません。それでも、Animalインタフェースにデフォルトメソッドとしてsleepが定義されているため、両方のクラスでsleepメソッドを使うことができます。

デフォルトメソッドのオーバーライド

クラスでデフォルトメソッドをオーバーライドすることも可能です。つまり、クラス側でデフォルトメソッドの具体的な実装を上書きすることができます。

public class Dog implements Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Dog is eating.");
    }

    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("Dog is sleeping in its kennel.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myDog = new Dog();
        myDog.eat();  // "Dog is eating."
        myDog.sleep();  // "Dog is sleeping in its kennel."
    }
}

この例では、DogクラスがAnimalインタフェースのsleepデフォルトメソッドをオーバーライドしています。これにより、myDog.sleep()を呼び出すと、Dogクラスの実装が実行されます。

次のプログラムをコンパイル、実行したときの結果として、正しいものを選びなさい。（１つ選択）

1. public interface A{
2.   @Override
3.   default String toString(){
4.       return "A";
5.   }
6. }    

1. public class B implements A {
2.   @Override
3.   public String toString(){
4.       return "B";
5.   }
6. }    

1. public class Main {
2.     public static void main(String[] args){
3.      A a = new B(); 
4.      System.out.println(a);
5.    }
6. }

A.　Aインターフェースでコンパイルエラーとなる。
B.　Bクラスでコンパイルエラーとなる。
C.　Aが表示される。
D.　Bが表示される。
E.　実行時に例外がスローされる。

「徹底攻略　Java SE 11 Silver　問題集」より抜粋

抽象クラスと具象クラス

抽象クラスとは完全な実装を持たず、サブクラスに継承されて具体的に実装されるクラスであり、具象クラスとは完全な実装を持ち、直接インスタンス化できるクラスのことです。
抽象クラスについてはJavaコース初級 基礎編Day13「クラス、インタフェース、メソッド、継承、多態性」の回で詳しく説明していますので、今回は具象クラスについて説明します。

具象クラス

具象クラスは、Javaの中で普通のクラスと呼ばれるもので、直接インスタンス（オブジェクト）を作成できるクラスです。

以下に具象クラスのルールを紹介します。

完全な実装を持つ

具象クラスはすべてのメソッドを完全に実装しなければなりません。つまり、メソッドの具体的な動作が書かれている必要があります。例えば、次のように具象クラスを定義します。このクラスでは、barkというメソッドが完全に実装されています。

public class Dog {
    public void bark() {
        System.out.println("ワンワン");
    }
}

なお、抽象クラスは一部またはすべてのメソッドが実装されていない（抽象メソッド）ことがあります。

インスタンス化できる

具象クラスは直接インスタンス化できます。インスタンス化とは、クラスを元に具体的なオブジェクトを作ることです。例えば、次のようにインスタンス化します。

Dog myDog = new Dog();
myDog.bark();  // 出力: ワンワン

なお、抽象クラスは直接インスタンス化できません。つまり、new AbstractAnimal()のように使うことはできません。

コンストラクタがある

具象クラスにはコンストラクタ（オブジェクトを初期化するための特別なメソッド）が必要です。コンストラクタはクラスと同じ名前を持ちます。例えば、次のようにコンストラクタを定義します。

public class Dog {
    public Dog() {
        // ここで初期化の処理が書けます
    }
    
    public void bark() {
        System.out.println("ワンワン");
    }
}

なお、抽象クラスにもコンストラクタはありますが、それは抽象クラスを継承した具象クラスから呼び出されます。

public abstract class AbstractAnimal {
    public AbstractAnimal() {
        // 初期化コード
    }
}

継承できる

具象クラスは他のクラスを継承することができます。また、他のクラスに継承されることもできます。継承とは、あるクラスが別のクラスの性質やメソッドを引き継ぐことです。例えば、次のように継承します。

public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("食べる");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println("ワンワン");
    }
}

Dog myDog = new Dog();
myDog.eat();  // 出力: 食べる
myDog.bark(); // 出力: ワンワン

ちなみに、抽象クラスは他のクラスに継承されることを前提としています。抽象クラスの継承は具象クラスだけでなく、抽象クラスでも可能です。継承するクラスで未実装のメソッドを実装する必要があります。

public class Dog extends AbstractAnimal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("ワンワン");
    }
}

抽象クラスに関する説明として、正しいものを選びなさい。（３つ選択）

A.　インスタンスを生成することはできない。
B.　抽象クラスのメソッドはオーバーライドできない。
C.　サブクラスから抽象クラスの公開フィールドに自由にアクセスできる。
D.　抽象クラスを継承した抽象クラスを定義できる。
E.　抽象メソッドは、すべてのサブクラスが実装しなければならない。

「徹底攻略　Java SE 11 Silver　問題集」より抜粋

中編に続きます

今回は「クラスの継承、インターフェース、抽象クラス」について、「クラスの継承」「インタフェース」「抽象クラスと具象クラス」について解きました。

以上で今回の学習記録を終えます。

ここまでご覧いただきありがとうございました。