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@kotaro_ai_lab

【Java研修】新入社員向けコーディング問題⑧ 継承とインターフェース 編

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はじめに

Java研修コーディング問題集の第8回は 継承とインターフェース です。

継承はオブジェクト指向の柱の一つで、既存のクラスを拡張して新しいクラスを作る仕組みです。インターフェースと合わせて、ポリモーフィズム（多態性）の概念を理解しましょう。

難易度の見方

マーク 難易度 目安
⭐ 基本 研修1週目レベル
⭐⭐ 応用 少し考える必要あり
⭐⭐⭐ チャレンジ 複数の知識を組み合わせる

問題1：基本的な継承 ⭐

問題

Animal（動物）クラスを親クラスとして、Dog（犬）と Cat（猫）の子クラスを作成してください。

  • Animal：name フィールドと eat() メソッド
  • Dog：bark() メソッドを追加
  • Cat：meow() メソッドを追加

期待する出力

ポチが食事中...
ワンワン！
タマが食事中...
ニャー！
模範解答 
class Animal {
    String name;

    Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    void eat() {
        System.out.println(name + "が食事中...");
    }
}

class Dog extends Animal {
    Dog(String name) {
        super(name);
    }

    void bark() {
        System.out.println("ワンワン！");
    }
}

class Cat extends Animal {
    Cat(String name) {
        super(name);
    }

    void meow() {
        System.out.println("ニャー！");
    }
}

public class Exercise01 {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("ポチ");
        dog.eat();
        dog.bark();

        Cat cat = new Cat("タマ");
        cat.eat();
        cat.meow();
    }
}

ポイント: extends で継承を宣言します。子クラスは親クラスのフィールドとメソッドを引き継ぎます。super(name) で親クラスのコンストラクタを呼び出しています。

問題2：メソッドのオーバーライド ⭐

問題

Animal クラスに sound() メソッドを追加し、各子クラスでオーバーライドしてください。

期待する出力

ポチの鳴き声: ワンワン！
タマの鳴き声: ニャー！
ピーちゃんの鳴き声: ピヨピヨ！
模範解答 
class Animal {
    String name;

    Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    String sound() {
        return "...";
    }
}

class Dog extends Animal {
    Dog(String name) { super(name); }

    @Override
    String sound() {
        return "ワンワン！";
    }
}

class Cat extends Animal {
    Cat(String name) { super(name); }

    @Override
    String sound() {
        return "ニャー！";
    }
}

class Bird extends Animal {
    Bird(String name) { super(name); }

    @Override
    String sound() {
        return "ピヨピヨ！";
    }
}

public class Exercise02 {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = {
            new Dog("ポチ"),
            new Cat("タマ"),
            new Bird("ピーちゃん")
        };

        for (Animal a : animals) {
            System.out.println(a.name + "の鳴き声: " + a.sound());
        }
    }
}

ポイント: オーバーライドは親クラスのメソッドを子クラスで再定義することです。Animal 型の変数に Dog や Cat のインスタンスを入れても、実際のオブジェクトのメソッドが呼ばれます。これが ポリモーフィズム（多態性） です。

問題3：super キーワード ⭐⭐

問題

Vehicle（乗り物）クラスとその子クラス ElectricCar（電気自動車）を作成してください。ElectricCar は Vehicle の getInfo() を拡張して、バッテリー情報も含めてください。

期待する出力

--- 普通の車 ---
車名: カローラ、速度: 180km/h

--- 電気自動車 ---
車名: テスラ、速度: 250km/h
バッテリー: 75kWh、航続距離: 400km
模範解答 
class Vehicle {
    protected String name;
    protected int maxSpeed;

    Vehicle(String name, int maxSpeed) {
        this.name = name;
        this.maxSpeed = maxSpeed;
    }

    void showInfo() {
        System.out.println("車名: " + name + "、速度: " + maxSpeed + "km/h");
    }
}

class ElectricCar extends Vehicle {
    private int batteryCapacity;
    private int range;

    ElectricCar(String name, int maxSpeed, int batteryCapacity, int range) {
        super(name, maxSpeed);
        this.batteryCapacity = batteryCapacity;
        this.range = range;
    }

    @Override
    void showInfo() {
        super.showInfo();
        System.out.println("バッテリー: " + batteryCapacity + "kWh、航続距離: " + range + "km");
    }
}

public class Exercise03 {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle car = new Vehicle("カローラ", 180);
        ElectricCar ev = new ElectricCar("テスラ", 250, 75, 400);

        System.out.println("--- 普通の車 ---");
        car.showInfo();
        System.out.println("\n--- 電気自動車 ---");
        ev.showInfo();
    }
}

ポイント: super.showInfo() で親クラスのメソッドを呼び出し、その後に追加の情報を出力しています。protected は同じパッケージと子クラスからアクセス可能なアクセス修飾子です。

問題4：抽象クラス ⭐⭐

問題

Shape（図形）抽象クラスを作成し、Circle（円）と Rectangle（長方形）で面積と周の長さを計算してください。

  • Shape（抽象クラス）：abstract double area(), abstract double perimeter()
  • Circle：半径
  • Rectangle：幅と高さ

期待する出力

=== 図形の計算 ===
円（半径5.0）
  面積: 78.54
  周の長さ: 31.42

長方形（幅4.0×高さ6.0）
  面積: 24.00
  周の長さ: 20.00
模範解答 
abstract class Shape {
    abstract double area();
    abstract double perimeter();
    abstract String describe();
}

class Circle extends Shape {
    private double radius;

    Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    double area() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }

    @Override
    double perimeter() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }

    @Override
    String describe() {
        return "円（半径" + radius + "）";
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    private double width;
    private double height;

    Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    @Override
    double area() {
        return width * height;
    }

    @Override
    double perimeter() {
        return 2 * (width + height);
    }

    @Override
    String describe() {
        return "長方形（幅" + width + "×高さ" + height + "）";
    }
}

public class Exercise04 {
    public static void main(String[] args) {
        Shape[] shapes = {
            new Circle(5.0),
            new Rectangle(4.0, 6.0)
        };

        System.out.println("=== 図形の計算 ===");
        for (Shape s : shapes) {
            System.out.println(s.describe());
            System.out.printf("  面積: %.2f%n", s.area());
            System.out.printf("  周の長さ: %.2f%n", s.perimeter());
            System.out.println();
        }
    }
}

ポイント: 抽象クラス はインスタンス化できず、子クラスに実装を強制します。abstract メソッドは宣言のみで、実装は子クラスで行います。共通の「型」を定義したいが、実装は異なる場合に使います。

問題5：インターフェース ⭐⭐

問題

Printable（印刷可能）インターフェースを定義し、Report（レポート）と Invoice（請求書）で実装してください。

interface Printable {
    void print();
    int getPageCount();
}

期待する出力

=== 印刷ジョブ ===
--- レポート ---
[レポート] タイトル: 月次報告書
ページ数: 5ページ

--- 請求書 ---
[請求書] 請求先: 株式会社ABC
金額: 150000円
ページ数: 2ページ

合計ページ数: 7ページ
模範解答 
interface Printable {
    void print();
    int getPageCount();
}

class Report implements Printable {
    private String title;
    private int pages;

    Report(String title, int pages) {
        this.title = title;
        this.pages = pages;
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.println("[レポート] タイトル: " + title);
    }

    @Override
    public int getPageCount() {
        return pages;
    }
}

class Invoice implements Printable {
    private String clientName;
    private int amount;
    private int pages;

    Invoice(String clientName, int amount, int pages) {
        this.clientName = clientName;
        this.amount = amount;
        this.pages = pages;
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.println("[請求書] 請求先: " + clientName);
        System.out.println("金額: " + amount + "円");
    }

    @Override
    public int getPageCount() {
        return pages;
    }
}

public class Exercise05 {
    public static void main(String[] args) {
        Printable[] documents = {
            new Report("月次報告書", 5),
            new Invoice("株式会社ABC", 150000, 2)
        };

        String[] labels = {"レポート", "請求書"};

        System.out.println("=== 印刷ジョブ ===");

        int totalPages = 0;
        for (int i = 0; i < documents.length; i++) {
            System.out.println("--- " + labels[i] + " ---");
            documents[i].print();
            System.out.println("ページ数: " + documents[i].getPageCount() + "ページ");
            totalPages += documents[i].getPageCount();
            System.out.println();
        }

        System.out.println("合計ページ数: " + totalPages + "ページ");
    }
}

ポイント: インターフェース は「何ができるか」を定義する契約です。implements で宣言し、すべてのメソッドを実装します。異なるクラスでも同じインターフェースを実装すれば、統一的に扱えます（ポリモーフィズム）。

問題6：複数インターフェースの実装 ⭐⭐

問題

以下の2つのインターフェースを定義し、SmartPhone クラスで両方を実装してください。

interface Callable {
    void call(String number);
}

interface Photographable {
    void takePhoto();
    int getPhotoCount();
}

期待する出力

=== スマートフォン: iPhone ===
090-1234-5678 に電話中...
写真を撮影しました（合計: 1枚）
写真を撮影しました（合計: 2枚）
080-9876-5432 に電話中...
写真を撮影しました（合計: 3枚）
保存されている写真: 3枚
模範解答 
interface Callable {
    void call(String number);
}

interface Photographable {
    void takePhoto();
    int getPhotoCount();
}

class SmartPhone implements Callable, Photographable {
    private String modelName;
    private int photoCount;

    SmartPhone(String modelName) {
        this.modelName = modelName;
        this.photoCount = 0;
    }

    @Override
    public void call(String number) {
        System.out.println(number + " に電話中...");
    }

    @Override
    public void takePhoto() {
        photoCount++;
        System.out.println("写真を撮影しました（合計: " + photoCount + "枚）");
    }

    @Override
    public int getPhotoCount() {
        return photoCount;
    }

    String getModelName() {
        return modelName;
    }
}

public class Exercise06 {
    public static void main(String[] args) {
        SmartPhone phone = new SmartPhone("iPhone");

        System.out.println("=== スマートフォン: " + phone.getModelName() + " ===");
        phone.call("090-1234-5678");
        phone.takePhoto();
        phone.takePhoto();
        phone.call("080-9876-5432");
        phone.takePhoto();
        System.out.println("保存されている写真: " + phone.getPhotoCount() + "枚");
    }
}

ポイント: Javaのクラスは複数のインターフェースを実装できます（多重継承は不可）。カンマ区切りで implements Callable, Photographable と書きます。1つのクラスが複数の「役割」を持てるのがインターフェースの強みです。

問題7：instanceof と型キャスト ⭐⭐

問題

Animal 型の配列に Dog, Cat, Bird のインスタンスを入れ、instanceof を使って型を判定し、型に応じた処理を行ってください。

期待する出力

=== 動物たちの特技 ===
ポチは犬です → お手！
タマは猫です → 毛づくろい中...
ピーちゃんは鳥です → 飛行中！
ハチは犬です → お手！
ミケは猫です → 毛づくろい中...
模範解答 
class Animal {
    String name;
    Animal(String name) { this.name = name; }
}

class Dog extends Animal {
    Dog(String name) { super(name); }
    void shake() { System.out.println("お手！"); }
}

class Cat extends Animal {
    Cat(String name) { super(name); }
    void groom() { System.out.println("毛づくろい中..."); }
}

class Bird extends Animal {
    Bird(String name) { super(name); }
    void fly() { System.out.println("飛行中！"); }
}

public class Exercise07 {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = {
            new Dog("ポチ"),
            new Cat("タマ"),
            new Bird("ピーちゃん"),
            new Dog("ハチ"),
            new Cat("ミケ")
        };

        System.out.println("=== 動物たちの特技 ===");

        for (Animal a : animals) {
            if (a instanceof Dog) {
                System.out.print(a.name + "は犬です → ");
                ((Dog) a).shake();
            } else if (a instanceof Cat) {
                System.out.print(a.name + "は猫です → ");
                ((Cat) a).groom();
            } else if (a instanceof Bird) {
                System.out.print(a.name + "は鳥です → ");
                ((Bird) a).fly();
            }
        }
    }
}

ポイント: instanceof でオブジェクトの実際の型を判定できます。(Dog) a のようにキャストすると、子クラス固有のメソッドを呼べます。Java 16以降では if (a instanceof Dog dog) とパターンマッチングが使えます。

問題8：デフォルトメソッドと関数型インターフェース ⭐⭐⭐

問題

Logger インターフェースにデフォルトメソッドを定義し、異なるログ出力先を実装してください。

interface Logger {
    void log(String message);

    default void info(String message) {
        log("[INFO] " + message);
    }
    default void warn(String message) {
        log("[WARN] " + message);
    }
    default void error(String message) {
        log("[ERROR] " + message);
    }
}

期待する出力

=== コンソールロガー ===
[INFO] アプリケーション起動
[WARN] メモリ使用率が80%を超えました
[ERROR] データベース接続エラー

=== ファイルロガー（シミュレーション）===
[FILE] [INFO] バッチ処理開始
[FILE] [ERROR] ファイルが見つかりません
模範解答 
interface Logger {
    void log(String message);

    default void info(String message) {
        log("[INFO] " + message);
    }

    default void warn(String message) {
        log("[WARN] " + message);
    }

    default void error(String message) {
        log("[ERROR] " + message);
    }
}

class ConsoleLogger implements Logger {
    @Override
    public void log(String message) {
        System.out.println(message);
    }
}

class FileLogger implements Logger {
    @Override
    public void log(String message) {
        System.out.println("[FILE] " + message);
    }
}

public class Exercise08 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== コンソールロガー ===");
        Logger console = new ConsoleLogger();
        console.info("アプリケーション起動");
        console.warn("メモリ使用率が80%を超えました");
        console.error("データベース接続エラー");

        System.out.println("\n=== ファイルロガー（シミュレーション）===");
        Logger file = new FileLogger();
        file.info("バッチ処理開始");
        file.error("ファイルが見つかりません");
    }
}

ポイント: デフォルトメソッド（Java 8以降）により、インターフェースにも実装を持たせることができます。共通の振る舞いはデフォルトメソッドで提供し、各クラスは log() の実装だけを変えれば良いため、コードの重複を防げます。

問題9：テンプレートメソッドパターン ⭐⭐⭐

問題

データ処理の流れ（読み込み→変換→出力）を抽象クラスで定義し、CSV処理とJSON処理で具体的な実装を行ってください。

期待する出力

=== CSV処理 ===
[1] CSVファイルを読み込み中...
[2] CSVデータを変換中...（3件のレコード）
[3] CSVデータを出力中...
処理完了！（3ステップ）

=== JSON処理 ===
[1] JSONファイルを読み込み中...
[2] JSONデータを変換中...（パース実行）
[3] JSONデータを出力中...
処理完了！（3ステップ）
模範解答 
abstract class DataProcessor {
    // テンプレートメソッド
    final void process() {
        System.out.println("[1] " + readData());
        System.out.println("[2] " + transformData());
        System.out.println("[3] " + writeData());
        System.out.println("処理完了！（3ステップ）");
    }

    abstract String readData();
    abstract String transformData();
    abstract String writeData();
}

class CsvProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    String readData() {
        return "CSVファイルを読み込み中...";
    }

    @Override
    String transformData() {
        return "CSVデータを変換中...（3件のレコード）";
    }

    @Override
    String writeData() {
        return "CSVデータを出力中...";
    }
}

class JsonProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    String readData() {
        return "JSONファイルを読み込み中...";
    }

    @Override
    String transformData() {
        return "JSONデータを変換中...（パース実行）";
    }

    @Override
    String writeData() {
        return "JSONデータを出力中...";
    }
}

public class Exercise09 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== CSV処理 ===");
        DataProcessor csv = new CsvProcessor();
        csv.process();

        System.out.println("\n=== JSON処理 ===");
        DataProcessor json = new JsonProcessor();
        json.process();
    }
}

ポイント: テンプレートメソッドパターンはデザインパターンの一つで、処理の骨組みを親クラスで定義し、詳細を子クラスに委ねます。final を付けることで、処理の流れ（順番）を子クラスが変更できないようにしています。

問題10：社員管理システム（継承の総合問題）⭐⭐⭐

問題

以下のクラス構成で社員管理システムを作成してください。

  • Employee（抽象クラス）：名前、社員番号、基本給
    • abstract int calculateSalary()：給与計算
  • FullTimeEmployee：正社員（基本給 + ボーナス倍率）
  • PartTimeEmployee：パート（時給 × 勤務時間）
  • Manager：管理職（正社員を継承 + 管理手当）
  • Payable インターフェース：void showPaySlip()

期待する出力

=== 給与明細一覧 ===

[正社員] 田中太郎（E001）
  基本給: 300000円
  ボーナス: 600000円
  年収: 4200000円

[パート] 鈴木花子（E002）
  時給: 1200円 × 120時間
  月給: 144000円

[管理職] 佐藤部長（E003）
  基本給: 400000円
  管理手当: 80000円
  ボーナス: 800000円
  年収: 6560000円

--- 月間人件費合計 ---
正社員: 300000円
パート: 144000円
管理職: 480000円
合計: 924000円
模範解答 
interface Payable {
    void showPaySlip();
}

abstract class Employee implements Payable {
    protected String name;
    protected String employeeId;
    protected int baseSalary;

    Employee(String name, String employeeId, int baseSalary) {
        this.name = name;
        this.employeeId = employeeId;
        this.baseSalary = baseSalary;
    }

    abstract int calculateMonthlySalary();
}

class FullTimeEmployee extends Employee {
    private double bonusMultiplier;

    FullTimeEmployee(String name, String employeeId, int baseSalary, double bonusMultiplier) {
        super(name, employeeId, baseSalary);
        this.bonusMultiplier = bonusMultiplier;
    }

    @Override
    int calculateMonthlySalary() {
        return baseSalary;
    }

    int calculateBonus() {
        return (int) (baseSalary * bonusMultiplier);
    }

    int calculateAnnualSalary() {
        return baseSalary * 12 + calculateBonus();
    }

    @Override
    public void showPaySlip() {
        System.out.println("[正社員] " + name + "（" + employeeId + "）");
        System.out.println("  基本給: " + baseSalary + "円");
        System.out.println("  ボーナス: " + calculateBonus() + "円");
        System.out.println("  年収: " + calculateAnnualSalary() + "円");
    }
}

class PartTimeEmployee extends Employee {
    private int hourlyRate;
    private int hoursWorked;

    PartTimeEmployee(String name, String employeeId, int hourlyRate, int hoursWorked) {
        super(name, employeeId, 0);
        this.hourlyRate = hourlyRate;
        this.hoursWorked = hoursWorked;
    }

    @Override
    int calculateMonthlySalary() {
        return hourlyRate * hoursWorked;
    }

    @Override
    public void showPaySlip() {
        System.out.println("[パート] " + name + "（" + employeeId + "）");
        System.out.println("  時給: " + hourlyRate + "円 × " + hoursWorked + "時間");
        System.out.println("  月給: " + calculateMonthlySalary() + "円");
    }
}

class Manager extends FullTimeEmployee {
    private int managementAllowance;

    Manager(String name, String employeeId, int baseSalary, double bonusMultiplier, int managementAllowance) {
        super(name, employeeId, baseSalary, bonusMultiplier);
        this.managementAllowance = managementAllowance;
    }

    @Override
    int calculateMonthlySalary() {
        return baseSalary + managementAllowance;
    }

    @Override
    int calculateAnnualSalary() {
        return calculateMonthlySalary() * 12 + calculateBonus();
    }

    @Override
    public void showPaySlip() {
        System.out.println("[管理職] " + name + "（" + employeeId + "）");
        System.out.println("  基本給: " + baseSalary + "円");
        System.out.println("  管理手当: " + managementAllowance + "円");
        System.out.println("  ボーナス: " + calculateBonus() + "円");
        System.out.println("  年収: " + calculateAnnualSalary() + "円");
    }
}

public class Exercise10 {
    public static void main(String[] args) {
        Employee[] employees = {
            new FullTimeEmployee("田中太郎", "E001", 300000, 2.0),
            new PartTimeEmployee("鈴木花子", "E002", 1200, 120),
            new Manager("佐藤部長", "E003", 400000, 2.0, 80000)
        };

        System.out.println("=== 給与明細一覧 ===");

        int totalMonthlyCost = 0;
        for (Employee e : employees) {
            System.out.println();
            e.showPaySlip();
            totalMonthlyCost += e.calculateMonthlySalary();
        }

        System.out.println("\n--- 月間人件費合計 ---");
        for (Employee e : employees) {
            String type;
            if (e instanceof Manager) {
                type = "管理職";
            } else if (e instanceof FullTimeEmployee) {
                type = "正社員";
            } else {
                type = "パート";
            }
            System.out.println(type + ": " + e.calculateMonthlySalary() + "円");
        }
        System.out.println("合計: " + totalMonthlyCost + "円");
    }
}

ポイント: 抽象クラス、インターフェース、継承、オーバーライド、ポリモーフィズムを組み合わせた総合問題です。Employee 型の配列でさまざまな種類の社員を統一的に扱えるのがポリモーフィズムの威力です。instanceof の判定順序に注意（Manager は FullTimeEmployee でもあるため、先に判定する必要があります）。

まとめ

問題 テーマ 難易度
問題1 基本的な継承 ⭐
問題2 メソッドのオーバーライド ⭐
問題3 super キーワード ⭐⭐
問題4 抽象クラス ⭐⭐
問題5 インターフェース ⭐⭐
問題6 複数インターフェースの実装 ⭐⭐
問題7 instanceof と型キャスト ⭐⭐
問題8 デフォルトメソッド ⭐⭐⭐
問題9 テンプレートメソッドパターン ⭐⭐⭐
問題10 社員管理システム（総合問題） ⭐⭐⭐

次回は 例外処理 のコーディング問題です！

シリーズ一覧：Java研修コーディング問題集

  1. 変数・データ型・演算子 編
  2. 条件分岐（if / switch）編
  3. 繰り返し処理（for / while）編
  4. 配列 編
  5. メソッド 編
  6. 文字列操作（String）編
  7. クラスとオブジェクト 編
  8. 👉 継承とインターフェース 編（本記事）
  9. 例外処理 編
  10. コレクションと Stream API 編

著者: @kotaro_ai_lab
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