10.継承を使ってクラスをグループ化する

今回は、C#の「継承」についてわかりやすく解説していきます。

継承は、オブジェクト指向プログラミング（OOP）の基礎の一つで、コードを効率よく再利用できる便利な仕組みです。これから、継承の基本的な仕組みや、実際のコード例、そして継承のメリット・デメリットまで丁寧に説明していきますね！

継承とは？

まず、「継承」って何？というところから始めましょう。

継承とは、あるクラス（親クラスまたは基底クラス）の機能や特性を、別のクラス（子クラスまたは派生クラス）が受け継ぐ仕組みのことです。親から子へ「性質を引き継ぐ」という意味で、継承と呼ばれています。

具体的には、親クラスで定義されたメソッドやプロパティを、子クラスでそのまま利用したり、必要に応じて変更（オーバーライド）したりできます。

例え話

家族を例にするとわかりやすいかもしれません。たとえば、親が「身長が高い」という特徴を持っていたとします。その特徴を子供が引き継ぐ場合、これが継承にあたります。同じように、親クラスが持つ「特徴」（機能）を、子クラスが受け継ぐわけですね。

継承のコード例

実際にC#で継承を使うとどうなるのか見てみましょう。以下は簡単な例です。

// 親クラス（基底クラス）
public class Animal
{
    public string Name { get; set; }

    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine($"{Name}は食事中です。");
    }
}

// 子クラス（派生クラス）
public class Dog : Animal
{
    public void Bark()
    {
        Console.WriteLine($"{Name}は吠えています。ワンワン！");
    }
}

上記のコードでは、Animalクラスが親クラスで、Dogクラスが子クラスです。Dogクラスは、AnimalクラスのNameプロパティやEatメソッドをそのまま利用できます。

実行例

以下のコードを実行してみましょう。

Dog myDog = new Dog();
myDog.Name = "ポチ";
myDog.Eat(); // "ポチは食事中です。" と出力
myDog.Bark(); // "ポチは吠えています。ワンワン！" と出力

子クラスでは、親クラスの機能をそのまま使いつつ、新しい機能（ここではBarkメソッド）を追加できるのです。

継承のメリットとデメリット

ここで、継承を使うことの利点と注意点について整理しましょう。

メリット

1. コードの再利用性が高い
   • 親クラスで共通の機能を定義しておけば、子クラスで再利用できます。
   • 例: 動物の共通機能（Eatなど）をすべての動物クラスで利用可能。
2. 拡張が簡単
   • 新しい機能を追加したい場合、子クラスに必要な機能だけを追加できます。
3. 一貫性のある設計
   • 親クラスで基本的なルールを定義すれば、子クラスでも同じルールを守らせることができます。

デメリット

1. 複雑さの増大
   • 親クラスと子クラスの依存関係が複雑になると、コードが読みにくくなります。
   • 例: 親クラスを変更すると、子クラスに予期しない影響を与える可能性がある。
2. 過剰な継承はNG
   • 継承を多用しすぎると、かえって管理が難しくなる場合があります。
   • 継承の階層が深くなると、どのクラスで何を定義しているのか把握しづらくなることも。

継承に関する重要なキーワード

C#では、継承を活用するためにいくつか重要なキーワードがあります。それぞれを簡単に解説しますね。

1. virtual と override

親クラスで定義されたメソッドを子クラスで変更したい場合、virtualとoverrideを使います。

public class Animal
{
    public virtual void Speak()
    {
        Console.WriteLine("動物の声が聞こえます。");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public override void Speak()
    {
        Console.WriteLine("ワンワン！");
    }
}

2. base

子クラスから親クラスの機能を呼び出すときに使います。

public class Dog : Animal
{
    public override void Speak()
    {
        base.Speak(); // 親クラスのSpeakを呼び出す
        Console.WriteLine("ワンワン！");
    }
}

3. sealed

特定のクラスやメソッドをこれ以上継承させたくない場合に使います。

public sealed class Cat : Animal
{
    public void Meow()
    {
        Console.WriteLine("ニャーニャー！");
    }
}

ToString()メソッドのオーバーライド

オリジナルのクラスを作成する場合、ToString()メソッドをオーバーライドすることが推奨されます。このメソッドは、オブジェクトを文字列化する際に使用されます。オーバーライドすることで、クラスの情報をわかりやすく出力したり、デバッグやログ出力で活用したりできます。

例:

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }

    public override string ToString()
    {
        return $"名前: {Name}, 年齢: {Age}";
    }
}

ポリモーフィズムを活用したメソッドの設計

メソッドの引数を基底クラス型に設計することで、派生クラス型のオブジェクトを受け取ることができます。この設計により、柔軟性と拡張性の高いコードが書けるようになります。

例:

public class Animal
{
    public virtual void Speak()
    {
        Console.WriteLine("動物が鳴いています。");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public override void Speak()
    {
        Console.WriteLine("ワンワン！");
    }
}

public void MakeAnimalSpeak(Animal animal)
{
    animal.Speak();
}

// 呼び出し例
MakeAnimalSpeak(new Dog()); // 出力: "ワンワン！"

「is-a」か「has-a」で迷ったとき

• 「is-a」（～は～である）: 派生クラスが基底クラスの一種として適切である場合に継承を使います。
  • 例: 「犬は動物である」→DogはAnimalを継承
• 「has-a」（～は～を持つ）: クラスの一部として別クラスを保持する場合、コンポジション（別クラスをフィールドとして保持する）を使います。
  • 例: 「車はエンジンを持つ」→CarはEngineをフィールドとして持つ

無理に継承を使わず、適切な関係を選ぶことで、クラス設計がシンプルで保守しやすくなります。

クラス設計における責務の明確化

クラス設計では、クラスの責務を明確にすることが重要です。1つのクラスが多くの責務を持つと、保守性が低下し、エラーが発生しやすくなります。クラスには1つの責務（役割）を持たせる「単一責任の原則」を意識して設計するようにしましょう。

まとめができたら、アウトプットとして演習問題にチャレンジしましょう。

以上、今回は「継承を使ってクラスをグループ化する」方法について見てきました。

継承を使ってクラスをグループ化する　最後までお読みいただきありがとうございます。