Java Bronze 試験対策まとめ

Javaの3大特徴

• Write Once, Run Anywhere
  ・プラットフォーム独立性
  ・JVMがあれば、どの環境でも動作

• JVM (Java Virtual Machine)
  ・バイトコードの実行
  ・メモリ管理
  ・ガベージコレクション

• オブジェクト指向
  ・カプセル化
  ・継承
  ・ポリモーフィズム

Javaエディション

• Java SE (Standard Edition)
  ・基本的な開発環境
  ・デスクトップアプリケーション開発

• Java EE (Enterprise Edition)
  ・Webアプリケーション開発
  ・大規模システム向け

• Java ME (Micro Edition)
  ・組み込みシステム向け
  ・モバイルデバイス向け

※EE、MEを使用するには、SEをインストールする必要がある。

ソースファイルの規則

// ファイル名: HelloWorld.java
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

ファイル名はクラス名.java
大文字小文字は厳密に区別
publicクラスのファイル名はクラス名と一致必須
半角英数字

コンパイルと実行

# コンパイル
javac HelloWorld.java

# 実行
java HelloWorld

変数とデータ型の規則

基本型と参照型がある

• 基本データ型：
  8種類ある

// 整数型
- 整数型
byte: 8ビット (-128 ～ 127)
short: 16ビット
int: 32ビット（デフォルト）
long: 64ビット（接尾辞 L または l）

- 浮動小数点型
float: 32ビット（接尾辞 F または f）
double: 64ビット（デフォルト）

- 文字型
char: 16ビット Unicode文字

- 論理型
boolean: true または false

リテラルの記述例

// 整数リテラル
int decimal = 100;    // 10進数
int octal = 0100;    // 8進数
int hex = 0x100;     // 16進数
long longNum = 100L;  // long型
※小数部をもたない値で、10進数・8進数・16進数・2進数を表現

// 浮動小数点リテラル
float f = 3.14F;
double d = 3.14;

// 文字リテラル
char c1 = 'A';
char c2 = '\u0041';  // Unicode

// 文字列リテラル
String str = "Hello";
※ダブルクオート

// 論理値リテラル
boolean b1 = true;
boolean b2 = false;

//nullリテラル
参照型のデータを利用する際に「何も参照していない」

• 参照型
  基本型以外すべての、クラス、配列、インターフェイスなど。
  データ型 変数名;
  変数名 = 値;

配列の宣言と使用

// 配列の宣言と初期化
int[] numbers = new int[5];          // 要素数を指定
int[] scores = {80, 90, 75, 85};     // 初期値を指定

// 配列の使用
System.out.println(scores.length);    // 配列の長さ
System.out.println(scores[0]);        // 最初の要素にアクセス

変数の宣言と使用

• 変数の命名規則
  半角英数字、アンダースコア(_)、ドル記号($)のみ使用可
  数字は1文字目に使用不可
  予約語は使用不可
  大文字小文字は区別される

変数宣言と初期化規則：

// ローカル変数
int number;         // 宣言のみ
number = 10;        // 初期化
int number = 20;   // 宣言と初期化を同時に
System.out.println(number);  // OK

int count;
// System.out.println(count);  // エラー：初期化されていない

// 定数（final）
final int MAX_VALUE = 100;  // 後で変更不可
final int MIN_VALUE;        // ブランクfinal（コンストラクタで初期化必須）

// 配列
int[] numbers = new int[5];          // 配列の宣言と生成
int[] scores = {80, 90, 75, 85};     // 配列の初期化
int[][] matrix = new int[3][4];      // 多次元配列

演算子の優先順位と規則

• 算術演算子

int a = 10;
int b = 3;

System.out.println(a + b);  // 13 (加算)
System.out.println(a - b);  // 7 (減算)
System.out.println(a * b);  // 30 (乗算)
System.out.println(a / b);  // 3 (除算)
System.out.println(a % b);  // 1 (剰余)

• インクリメント/デクリメント演算子

int x = 5;
System.out.println(x++);  // 5 (出力後に加算)
System.out.println(++x);  // 7 (加算後に出力)
System.out.println(x--);  // 7 (出力後に減算)
System.out.println(--x);  // 5 (減算後に出力)

• 代入演算子

int n = 10;
n += 5;  // n = n + 5 と同じ
n *= 2;  // n = n * 2 と同じ
n /= 3;  // n = n / 3 と同じ
n %= 4;  // n = n % 4 と同じ

• 比較演算子

int x = 10;
int y = 5;

System.out.println(x == y);  // false (等しい)
System.out.println(x != y);  // true (等しくない)
System.out.println(x > y);   // true (より大きい)
System.out.println(x >= y);  // true (以上)
System.out.println(x < y);   // false (より小さい)
System.out.println(x <= y);  // false (以下)

• 論理演算子

boolean a = true;
boolean b = false;

// AND演算子
System.out.println(a & b);   // false (両方評価)
System.out.println(a && b);  // false (ショートサーキット)

// OR演算子
System.out.println(a | b);   // true (両方評価)
System.out.println(a || b);  // true (ショートサーキット)

// XOR演算子
System.out.println(a ^ b);   // true (排他的論理和)

// NOT演算子
System.out.println(!a);      // false (論理否定)

&&と&の違い：&&は最初の条件がfalseなら二つ目は評価しない
||と|の違い：||は最初の条件がtrueなら二つ目は評価しない

if文の基本

int score = 85;

// 単純なif文
if (score >= 80) {
    System.out.println("合格");
}

// if-else文
if (score >= 80) {
    System.out.println("優秀");
} else {
    System.out.println("もう少し");
}

// if-else if-else文
if (score >= 90) {
    System.out.println("優");
} else if (score >= 80) {
    System.out.println("良");
} else if (score >= 70) {
    System.out.println("可");
} else {
    System.out.println("不可");
}

• switch文

int day = 3;
switch (day) {
    case 1:
        System.out.println("月曜日");
        break;
    case 2:
        System.out.println("火曜日");
        break;
    case 3:
        System.out.println("水曜日");
        break;
    default:
        System.out.println("その他の曜日");
}

breakを忘れると次のcaseに処理が流れる（フォールスルー）
switch式で使用できる型は限定的（byte, short, int, char, enum, String）
defaultの位置は任意（最後である必要はない）

• 試験の注意点

// 演算子の優先順位に注意
int result = 2 + 3 * 4;  // 14 (乗算が先)

//インクリメント/デクリメントの位置による違い
int a = 5;
int b = ++a;  // a=6, b=6
int c = a++;  // a=7, c=6

//条件式でのnullチェック
String str = null;
// nullチェックを先に行う
if (str != null && str.length() > 0) {
    System.out.println("文字列あり");
}

//switch文でのbreak忘れ
int value = 1;
switch (value) {
    case 1:  // breakがないと case 2 も実行される
        System.out.println("One");
    case 2:
        System.out.println("Two");
        break;
}

制御文の規則

• if文：

// 基本形
if (条件) {
    // 処理
} else if (条件) {
    // 処理
} else {
    // 処理
}

// 注意点
if (value = 10) // コンパイルエラー（booleanを期待する箇所で代入式）
if (value == 10) // OK

switch文：

// 使用可能な型：byte, short, int, char, String, enum
switch (value) {
    case 1:
        // 処理
        break;    // breakを忘れると次のcaseに流れる
    case 2:
        // 処理
        break;
    default:
        // 処理
}

// コンパイルエラーとなるケース
switch (1.5) {}     // double型は使用不可
switch (new Object()) {} // オブジェクトは使用不可

ループ文：

// for文
for (初期化; 条件; 更新) {
    // 処理
}

// カウンタによるループ
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println("i = " + i);
}

// 複数の変数を使用
for (int i = 0, j = 10; i < j; i++, j--) {
    System.out.println("i = " + i + ", j = " + j);
}

// 拡張for文
for (型 変数名 : 配列またはコレクション) {
    // 処理
}

// 配列の場合
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int num : numbers) {
    System.out.println(num);
}

// コレクションの場合
List<String> names = Arrays.asList("田中", "鈴木", "佐藤");
for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

// while文
int count = 0;
while (count < 5) {
    System.out.println("カウント: " + count);
    count++;
}

// 無限ループの例
while (true) {
    // 必ず抜け出す条件を入れる
    if (条件) {
        break;  // ループを抜け出す
    }
}

//基本的なdo-while文
int number = 1;
do {
    System.out.println("数値: " + number);
    number *= 2;
} while (number < 100);

// while文の場合（条件が最初からfalseなら実行されない）
int x = 10;
while (x < 5) {
    System.out.println("実行されない");
}

// do-while文の場合（最低1回は実行される）
int y = 10;
do {
    System.out.println("1回は実行される");
} while (y < 5);

// break, continue
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) break;    // ループを抜ける
    if (i == 3) continue; // 次のループへ
}

// ループからの脱出
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) {
        break;  // i が 5 になったらループを抜ける
    }
    System.out.println(i);
}

// ラベル付きbreak
outer: 
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 3; j++) {
        if (i * j == 4) {
            break outer;  // 外側のループまで抜ける
        }
    }
}

// 特定の繰り返しをスキップ
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    if (i == 2) {
        continue;  // i が 2 の時はスキップ
    }
    System.out.println(i);
}

// ラベル付きcontinue
outer:
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 3; j++) {
        if (i * j == 2) {
            continue outer;  // 外側のループの次の繰り返しへ
        }
    }
}

// 九九の表を作る
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
    for (int j = 1; j <= 9; j++) {
        System.out.printf("%3d", i * j);
    }
    System.out.println();
}

// 無限ループになってしまう例
for (int i = 0; i < 10; ) {
    System.out.println(i);
    // iをインクリメントし忘れ
}

// 条件式を間違える例
while (i != 10) {
    // 浮動小数点数の比較は避ける
}

オブジェクトとは

// 社員を表すクラスの例
public class Employee {
    // 属性（フィールド）
    private String name;    // 社員名
    private int employeeId; // 社員番号
    private double salary;  // 給与
    
    // 操作（メソッド）
    public void work() {
        System.out.println(name + "が働いています");
    }
    
    public void getSalary() {
        System.out.println(salary + "円の給与が支払われました");
    }
}

カプセル化

public class BankAccount {
    // privateで外部からの直接アクセスを防ぐ
    private double balance;
    
    // publicメソッドで安全なアクセスを提供
    public void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
        }
    }
    
    public void withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && balance >= amount) {
            balance -= amount;
        }
    }
    
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
}

クラスの定義

public class Car {
    // フィールド
    private String brand;
    private String model;
    private int year;
    
    // コンストラクタ
    public Car(String brand, String model, int year) {
        this.brand = brand;
        this.model = model;
        this.year = year;
    }
    
    // メソッド
    public void start() {
        System.out.println("エンジン始動");
    }
}

インスタンス化

// オブジェクトの生成
Car myCar = new Car("Toyota", "Prius", 2023);
Car friendsCar = new Car("Honda", "Civic", 2022);

// それぞれのオブジェクトは独自の状態を持つ
myCar.start();
friendsCar.start();

継承の基本

// スーパークラス
public class Animal {
    protected String name;
    
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public void makeSound() {
        System.out.println("何かの音を出す");
    }
}

// サブクラス
public class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name);  // スーパークラスのコンストラクタを呼び出し
    }
    
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println(name + "が「わんわん」と鳴く");
    }
    
    // サブクラス独自のメソッド
    public void fetch() {
        System.out.println(name + "がボールを取ってくる");
    }
}

インターフェース

// インターフェースの定義
public interface Flyable {
    void fly();
    void land();
}

// インターフェースの実装
public class Bird extends Animal implements Flyable {
    public Bird(String name) {
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(name + "が飛び立つ");
    }
    
    @Override
    public void land() {
        System.out.println(name + "が着地する");
    }
}

ポリモフィズム

// ポリモフィズムの例
Animal dog = new Dog("ポチ");
Animal cat = new Cat("タマ");

// 同じmakeSound()メソッドでも、それぞれ異なる動作をする
dog.makeSound();  // "ポチが「わんわん」と鳴く"
cat.makeSound();  // "タマが「にゃーん」と鳴く"

よくある間違い

// 誤: privateメンバーは継承されない
private void someMethod() { }

// 誤: finalクラスは継承できない
final class Parent { }
class Child extends Parent { }  // コンパイルエラー

クラスとオブジェクトの規則

• クラス定義：

// クラスの定義
public class ClassName {
    // インスタンス変数（フィールド）
    private int field1;
    protected String field2;
    public double field3;
    
    // static変数（クラス変数）
    private static int count;
    
    // コンストラクタ
    public ClassName() {
        // デフォルトコンストラクタ
    }
    
    // オーバーロードされたコンストラクタ
    public ClassName(int value) {
        this.field1 = value;
    }
    
    // インスタンスメソッド
    public void method1() {
        // 処理
    }
    
    // staticメソッド
    public static void method2() {
        // 処理
    }
}

• アクセス修飾子の範囲：

public    // どこからでもアクセス可能
protected // 同じパッケージ内と継承先からアクセス可能
(default) // 同じパッケージ内からのみアクセス可能
private   // 同じクラス内からのみアクセス可能

継承・ポリモーフィズム

• クラスの継承の基本：

class SuperClass { }  // スーパークラス
class SubClass extends SuperClass { }  // サブクラス

Javaは単一継承のみをサポート（複数のクラスを継承することはできない）
継承を指定しないクラスは暗黙的にjava.lang.Objectを継承
extendsキーワードを使用して継承を実現

• メソッドのオーバーライド

class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("...");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override  // オーバーライド宣言（推奨）
    public void makeSound() {
        System.out.println("わんわん");
    }
}

オーバーライドのルール：
メソッド名と引数リストが完全に一致すること
戻り値は同じか、サブクラス型であること
アクセス修飾子は同じか、より緩いものであること

this と super キーワード

• thisの使用

public class Student {
    private String name;
    
    public Student(String name) {
        this.name = name;  // インスタンス変数への参照
    }
    
    public void printInfo() {
        this.printName();  // 同クラスのメソッド呼び出し
    }
}

• superの使用

class Child extends Parent {
    public Child() {
        super();  // 親クラスのコンストラクタ呼び出し
    }
    
    public void display() {
        super.display();  // 親クラスのメソッド呼び出し
    }
}

抽象クラスとインターフェース

abstract class Shape {
    abstract double getArea();  // 抽象メソッド
    
    public void display() {  // 具象メソッド
        System.out.println("面積: " + getArea());
    }
}

特徴：
abstractキーワードを使用
インスタンス化不可
抽象メソッドと具象メソッドの両方を持てる

インターフェース

public interface Drawable {
    void draw();  // 暗黙的にpublic abstract
    
    // Java 8以降ではデフォルトメソッドも定義可能
    default void print() {
        System.out.println("描画します");
    }
}

特徴：
すべてのメソッドは暗黙的にpublic abstract
変数は暗黙的にpublic static final
複数のインターフェースを実装可能

型変換とキャスト

• 基本データ型の型変換

// 暗黙的な型変換（小さい型から大きい型へ）
byte b = 10;
int i = b;  // OK

// 明示的な型変換（キャスト）
int x = 130;
byte y = (byte)x;  // キャストが必要

型変換の方向：
byte → short → int → long → float → double
char ↗

• 参照型の型変換

// アップキャスト（暗黙的）
Dog dog = new Dog();
Animal animal = dog;

// ダウンキャスト（明示的）
Animal animal = new Dog();
Dog dog = (Dog)animal;

パッケージとアクセス制御

• パッケージの定義と使用

// ファイル先頭でパッケージを宣言
package com.example.app;

// 他のパッケージのクラスをインポート
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

• アクセス修飾子の範囲
• public: どこからでもアクセス可能
• protected: 同じパッケージ内と継承したサブクラスからアクセス可能
• デフォルト(何も指定しない): 同じパッケージ内からのみアクセス可能
• private: 同じクラス内からのみアクセス可能

例外処理の規則

// 検査例外（チェック例外）
Exception
 ├── IOException
 ├── SQLException
 └── ClassNotFoundException



// 非検査例外（実行時例外）
RuntimeException
 ├── NullPointerException
 ├── ArrayIndexOutOfBoundsException
 └── ClassCastException

// try-catch-finally
try {
    // 例外が発生する可能性のある処理
} catch (Exception e) {
    // 例外処理
} finally {
    // 必ず実行される処理
}

// マルチキャッチ
try {
    // 処理
} catch (IOException | SQLException e) {
    // 複数の例外をまとめて処理
}

// throw文
public void method() throws IOException {
    if (条件) {
        throw new IOException("エラーメッセージ");
    }
}

Java APIの主要なクラス

• String操作：

String str = "Hello";
str.length();           // 文字列の長さ
str.charAt(0);         // 指定位置の文字
str.substring(1, 4);   // 部分文字列
str.indexOf("l");      // 文字の位置
str.equals("Hello");   // 文字列の比較

• StringBuilder：

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(" World");    // 文字列の追加
sb.insert(5, "!");     // 文字列の挿入
sb.delete(5, 6);       // 文字列の削除
sb.reverse();          // 文字列の反転

• 配列操作：

Arrays.sort(array);              // 配列のソート
Arrays.toString(array);          // 配列の文字列表現
Arrays.copyOf(array, newLength); // 配列のコピー

コンパイルエラーが発生する主なケース

• 変数関連：

// 未初期化変数の使用
int x;
System.out.println(x);  // コンパイルエラー

// final変数の再代入
final int MAX = 100;
MAX = 200;  // コンパイルエラー

// 型の不一致
int num = "文字列";  // コンパイルエラー

• メソッド関連：

// 戻り値の型の不一致
int getNumber() {
    return "文字列";  // コンパイルエラー
}

// 引数の型の不一致
void method(int x) {}
method("文字列");  // コンパイルエラー

• 修飾子関連：

// staticコンテキストでのthis使用
public static void method() {
    this.field = 10;  // コンパイルエラー
}

// インターフェースでのフィールド変更
interface MyInterface {
    int value = 10;
    value = 20;  // コンパイルエラー（暗黙的にfinal）
}

• 継承関連：

// 複数クラスの継承
class Child extends Parent1, Parent2 {}  // コンパイルエラー

// より制限的なアクセス修飾子へのオーバーライド
class Parent {
    protected void method() {}
}
class Child extends Parent {
    private void method() {}  // コンパイルエラー
}

• 例外処理関連：

// 未チェックの検査例外
void method() {
    throw new IOException();  // コンパイルエラー（throws宣言が必要）
}

// catch順序の誤り
try {
    // 処理
} catch (Exception e) {
    // 処理
} catch (IOException e) {  // コンパイルエラー（到達不能なcatch）
    // 処理
}