1.Java言語を初めて学ぶ新人エンジニアの皆さんへ

この記事では、当社の新人エンジニア研修の参考にJavaを解説します。

第一章となる今回はJava言語を初めて学ぶ皆さんが知っておきたいことをまとめました。

新人エンジニアが最初に知っておきたいJavaの学び方

なぜ、Javaを学ぶのか、その理由。

1.Java言語の特徴

Java言語の特徴、（あるいは、この新人エンジニア研修でJavaを選択している理由といってもいいかもしれません）それは以下の３点です。

これが例えば、汎用プログラミング言語として名高いC言語を選択したとすると、上記のすべてを満たすことができません。人工知能分野で注目度が高いPython、日本発祥のRuby、アップル社の製品で人気が高まっているswiftなどの言語も魅力的ではありますが、③の部分ではまだJavaに一日の長があるといっていいでしょう。

ということで、当社の新人エンジニア研修ではプログラミング言語としてJavaを使うことが最も多いです。

②③についてこれから長い研修期間中にお話していくことになりますので、ここでは、①のJVMについて説明します。

2.Javaプログラムの実行

Javaでプログラムコードが実行されるまでには以下のような２つのステップを経ます。

これが例えばC言語ですと、

という流れになっています。

つまり、下図1.1のようにJVMが各種OSとプログラムの間を仲立ちしてくれるため、プログラマーがアーキテクチャを意識しなくて済むのです。

JVMによってJavaは、

"Write once, run anywhere" 「一度（プログラムを）書けば、どこでも実行できる」

という優れた特徴を有しているのです。

以下のプログラムを講師の指示に従ってエディタに入力してみましょう。

public class Example01 {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello World");
  }
}

キーボードから入力できる文字には全角文字と半角文字があります｡数値や英字を入力する際には全角文字が入らないように気をつけてください｡私は､全角の半角英数字記号が入らないように日本語入力システム(IME)の設定を変えています｡IMEによって方法が違いますので､興味があればインターネットで調べてください｡

入力したら、講師の指示に従って（Cドライブ直下に作成したjavaフォルダに）新規保存します。

その際のファイル名は、「Example01.java」です。

コマンドラインでコンパイルして実行してみます。

コンパイル方法は講師が案内します。

①のところでは拡張子を付けたのに対して、②では拡張子をつけていない点に気をつけてください。

画面に「Hello World」と表示されたと思います。

※なお、Example01.javaというソースプログラムとExample01.classというクラスファイルが作られています。
どこに作られたか講師の指示の下、各自で探してみてください。

誤解が多いのですが、このプログラムコードが動作するわけではありません。現在のノイマン型コンピュータでは、このプログラムコードがメモリにコピー（ロード）されて動きます。この点が、後で重要になってきます。なお、コマンドラインでコンパイルするのは手間がかかるので今回限りにしましょう。次からは、統合開発環境【Integrated Development Environment：以下、IDEと略す】を使っていきます。ショートカットキーひとつでコンパイルと実行を同時にしてくれますので便利です｡（ちなみに【compile】というのは「編集する」という意味です。それとは別に【interpret】「翻訳」する言語もありますので調べてみてください）

ここまでに出てきた用語をまとめます｡

覚える必要はないですが下図1.2で概要を理解して下さい。

まず､みなさんがソースコードを入力するのがIDEです｡IDEはJDK【Java Development Kit:Java開発環境】を利用しています｡JDKの中にはJRE【Java Runtime Environment:Java実行環境】とコンパイラ等があります｡そしてJREの中にJVM【Java Virtual Machine:Java仮想マシン】とAPI【Application Programming Interface:標準API】があります｡APIについては後述します。

これからIDEを使って開発をしているとこういった縁の下の力持ちの存在を忘れがちですが､時々思い返すようにしましょう｡ここでは、さらに詳しくJava言語のプログラムコードを見てみましょう。

3.Javaプログラムの構成

今度は、Example01をIDEに入力して実行してみましょう。

public class Example01 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

実行の方法はIDEごとに違いますので講師から説明します。

１行目にご注目下さい。

最初にpublicとあります。

publicとは、「公開」という意味ですが、このファイルがどこから見えるかという公開範囲を表しています。この例のようにpublicをつけるとファイル名とクラス名を同じにしないといけません。しかし、publicを無くすとクラス名を自由につけることができますので試してみて下さい。今のところは先の例のようにあってもなくても構いませんが、あとあとファイルをパッケージというフォルダで管理するようになると問題になります。今から意識するために本書でも付けることにします。

次にclassと書いてあります。

Javaのクラスとは、モノの設計図です。周りを見渡しても工業製品で設計図なしに作られるものはありません。あるいは人間などの生物も遺伝子という一種の設計図を元に体が作られているのは周知の事実です。Javaでは、このモノのことをオブジェクトと呼びます。例えば、今、新入社員の皆さんが同じクラスで研修を受けていますね。みなさんをモノ扱いするのは気が引けるのですが。。。同じクラスにいるということは何らかの共通項があるわけですね。ある会社の本年度採用社員である、ITの仕組みに興味がある、タッチタイピングなどのPC操作はできる、などの。その共通項のひな形(設計図)をクラスといいます。

つまり、オブジェクト指向とは、プログラムをクラスの集合体とみなしましょうという考え方です。

オブジェクト指向については後で詳しくお話ししますね。

4.オブジェクト指向のメリットとデメリット

オブジェクト指向とは、プログラムに必要なデータと処理の整理術です。

プログラムに必要なデータと処理を、現実のモノと同じように１つのクラスにまとめて整理しようという考え方です。データと手続きを別個に整理するプログラミング方法がありましたが、それではうまくいかないことも多かったため生まれた考え方です。Javaでは、プログラムはクラスを複数組み合わせて作り上げます。

そもそもなぜ、オブジェクト指向が生まれたかといいますとそれはメンテナンスしやすいプログラムを作るためです。

多くの予算を使って作ったシステムは、業務内容の変更や改善、法律の改正などにかかわらず長く使い続けていきたいものです。そんな時に、モノの世界はどうしているでしょうか？例えば、パソコンというものを考えた時に、パーツが古くなったらパーツだけを変えることができますよね。一部分を変更しても全体には影響しないようになっています。オブジェクト指向も正にその点を考えて作られているのです。

ただし、デメリットとしては、最初作るときは色々なことを考慮しなくてはいけないので大変です。とりあえず動かしてそれで良し、というのでしたらオブジェクト指向のメリットは受けづらいのです。そのため、なかなか新人エンジニア研修の数か月間ではそのメリットを感じられないかもしれません。

もしも、みなさんから「オブジェクト指向が有効な事例を１つ挙げよ」と言われたら、私はこのJava自身を挙げるでしょう。皆さんが新人エンジニア研修を受けている時点でJavaの最新バージョンはいくつでしょうか？1990年代から現在に至るまで、時代の変化とともに求められる技術は変化してきましたが、古い仕様にも対応しながら新しいその変化にJavaが追いついている（※）ということ自体がオブジェクト指向言語の有効性を証明している、と私は思います。

※これを後方互換を保っているといいます。

5.本記事の方針

クラスにはこれからの研修でやるように自分達で作るものもあれば、標準API（Application Programming Interface）といってJavaの中の人（？）があらかじめ作ってくれているものもあります。標準APIの中にあるクラスを私が数えたところ、Java８の場合は4240個もありました。あるいは、サードパーティーが作成したクラス、自社で開発したクラスなど無数のクラスが世の中にはあります。プログラムでやりたいことがある場合、自作するのではなく、既存のクラスの活用を考えてください。なぜなら、自分で作成したクラスにはバグがある可能性があるからです。皆が使っているクラスにはバグがある可能性は低いからです。

※ちなみになんでも自作にこだわることを"車輪の再発明"と言って戒めることがあります。

ここで、この記事の方針を説明します。

この記事では、

ただし、もうお分かりのようにJavaのすべてを網羅しているわけではありませんのでご了承ください。

①JavaのことはJavaに訊け

ということで皆さんには３つの武器を紹介したいと思います。

その武器とは、下図1.3の①標準API、②Java標準APIのソースコード、③サンプルプログラム　です。

例えば、皆さんは英語を勉強したときに英語辞典や例文集を使ったのではないでしょうか？人によっては英英辞典を使ったという強者もいるかもしれません。

①標準APIはいわば英語辞典です。分からないクラスがあれば参照するようにしましょう。

②Java標準APIのソースコードは英英辞典です。JavaのことがJava言語自身で書かれています。

どうやって見るかは講師から説明があります。どんなシステムでもそうですが、ソースコードを読み解けたらとても強い武器になります。今からその習慣をつけてください。

※それにしてもJavaのソースコードは短いですね。Systemのような最重要クラスでも1,200行くらいです。しかも、ほとんどがコメントという人間に向けたメッセージです。皆さんが作るクラスもシンプルを心掛けたいものです。

③サンプルプログラムは特に覚えてしまって損のない表現を掲載しました。

英会話と同じように文法を覚えただけでは使いこなせませんが、イディオムを覚えることでJavaを徐々に自分のものにすることができます。

ところで日本語が完璧に話せるという人は皆さんの中にいますか？あるいは子供のころから勉強してきた英語はどうでしょうか？Javaも一つの言語なので習得には時間がかかります。じっくりと付き合うつもりでいてください。とは言っても語学と異なり､Javaで覚えることはほとんどありません｡プログラムは理解が大切です｡理解すれば記憶もはかどります。決して暗記し倒すことのないようにしましょう。

6.クラスのメンバ（フィールドとメソッド）

※以下のお話は少し高度な論点を含んでいます。詳しくは全連載を通じてお伝えしますが、ここでも簡単に触れておきたいと思います。

全てのソースコードはクラスに属する必要があります。クラスの識別のためには､クラス名が必要です｡なお、クラス名は自由に設定できますが、先頭の文字はアルファベットの大文字にします。
例：Example01

下図1.4のとおりクラスはフィールド【field】とメソッド【method】を持つことができます。

フィールドとは「場」のことで、データやオブジェクトの置き場所のことです。メソッドとは「方法」のことで、処理や操作のことです。

そして、フィールドとメソッドを合わせてメンバ【member】といいます。

例えば、新入社員オブジェクトであれば誰でも、プログラミング経験年数や所有パソコンなどのフィールドを持っていますね。また、新入社員オブジェクトは、挨拶をする、プログラムを書く、などのメソッドを皆が持っています。メソッドはメソッド名（）と後ろに丸カッコがついているのでそれと知ることができます。「Example01」ではmain()というメソッドがあるのが分かりますか？

メソッドの書式は以下の通りです。

{ } 波カッコの中（ブロックといいます）に命令文を書きます。開きカッコと閉じカッコの対応が取れていないというのは初学者に多いミスです。気をつけましょう。main()はメインメソッドと呼ばれる特別な処理で、JVMがプログラムをここから始めるため、エントリーポイントとも呼ばれます。プログラムを実行するためには、必ず、どこかのクラスに１つメインメソッドが必要です。

main()の前についているpublic static voidというものについて説明します。ただし、public staticは修飾子なので後回しにします。“beautiful flowers” と言うべきところを単に“flowers ” と言っても意味は通じますからね。voidは、メソッドの戻り値が“ない”ということを表しています。皆さんはパスポートの期限が切れてvoidというスタンプが押されたことがありますか？あれは無効という意味です。main(String[] args)という風に、（）の中に仮引数（かりひきすう）というものを書くことができます。argsというのは、変数名と呼ばれるものです｡プログラム実行時に引数として指定した文字列をこのメソッドの中で使う際にargsという名前で呼び出すことができるようになるという仕組みです。本当は仮引数の名前は何でも良いのですが、メインメソッドの場合は伝統的にagrs【arguments：引数の略】が使われます。このprintlnメソッドにはオブジェクト指向の全エッセンスがあると言っても過言ではありません｡

つまり私たちは次の3つを知っていれば、このメソッドが利用できるのです｡

Systemやoutの詳細を知らなくても全く問題がなく使えているのです｡このように抽象化（ブラックボックス化）を進めるというのがオブジェクト指向の考え方の根幹です。TVのリモコンと同じで仕組みがわからなくても使いこなせるのです。

7.エラーを恐れない

では、ここで実験をしてみましょう。以下のコードを実行するとどのような結果になるでしょうか？

public class Example02 {

    public static void main(String[] args) {
        main(new String[]{"Hello"});
    }
}

※ここでは、「Example02」とクラス名を変更しています。Javaファイルはパッケージというフォルダに入れて管理されます。今回は無名パッケージ（デフォルトパッケージとも呼ばれる）というところに保存されています。
そのため、先の「Example0１」と同じファイル名を付けられないためこのようにしています。
パッケージ管理については重要なテーマなのであらためて解説します。　

メインメソッドの中でメインメソッドを呼んでいます。呼ばれたメインメソッドの中でもさらに次のメインメソッドを呼び出して延々終わりません。このようにあるメソッドの中で自分自身のメソッドを呼び出すことを再帰処理といいます。ただし今回の場合は、下図1.5のようにエラーを出してプログラムは終了してしまいます。

＜結果＞

Stack（スタックを）Overflow（溢れ出した）Error（エラー）ということですね。

※試しにこのエラーメッセージをグーグルで検索してみて下さい。

しかし、パソコン自体は何のダメージも受けていません。皆さんが書いたJavaプログラムが原因でパソコンが壊れることはあり得ません。安心してどしどしエラーを出してください。詳細はまた、例外処理というところでお話ししたいと思います。

8.プログラムはメモリ上にロードされて実行される

先のスタックオーバーフローの例で理解していただきたいのは、メソッドはメモリのスタック領域というところ保存されるということです。メソッドは呼び出された順に下から上に積み上げられていくということです。データ構造のところで学んだかもしれませんが、スタック(stack)は積み上げという意味です。先入れ後出しのデータ構造です。下図1.6のようなイメージです。メモリのスタック領域が上へ上へと積まれたメインメソッドで覆いつくされてしまったのです。

メソッドがこのように古いものから新しいものへどんどん積み重ねられるというイメージを持つようにしてください。新人エンジニアの方でこのプログラムが理解できない人は多いです。その理由は、ソースコードが動くと思っているからです。

実は皆さんが書いたソースコードは動きません。

ソースコードがメモリにロードされてマシン語になって動いているのです。

つまり、上記のスタック領域の図です。このことが分かれば躓かないと思いますので、しっかり理解しましょう。

先ほど省略したメソッドの修飾子についても少しだけ触れておきます。publicとは、アクセス修飾子と呼ばれるもので、このメソッドがどのクラスから利用できるかを表しています。英語のpublicには公開という意味がありましたね。publicはアクセス修飾子の中で最も広く多くのクラスから利用できるという意味です。なお､メインメソッドはプログラム実行の開始点であるエントリーポイントとして、JVMから利用されるためにpublicでなければなりません。

static修飾子は、インスタンス（実体）というものを作らなくても利用できるメソッド（staticメソッド）であるということを示しています。英語のstaticには「静的」という意味があります。インスタンスを作ってそのインスタンスがメモリ上で動的に処理をするDynamicというのと対極のイメージです。今回、インスタンスを作った覚えはありますか？ありませんね。ですので、これだけでいきなり実行できるメソッドです。ちなみに英語でも"for instance,"と言えば「例えば、」とか「具体的には、」という意味ですが、具体的な実体がインスタンスですね。先の新入社員クラスの例でいえば、鈴木さん、佐藤さんといった実体のある個々人のことです。ここは、オブジェクト指向で最も大切なところですから、後で詳しく説明したいと思いつつ、先を進みますね。

9.システムに必要なIPO

システムという言葉を聞いて皆さんは何を思い浮かべますか？システムとは仕組みのことです。

そしてシステムにはIPOがあります。

つまり、Input,Process,Outputです。

例えば、パソコンも一つのシステム、人間も一つのシステム、会社も一つのシステムと捉えることができます。（下図1.7）

皆さんも今、新人エンジニア研修でインプットしつつ、自分なりにそれを処理して、アウトプットしていますね。そして、システムはサブシステムから構成されています。人間ならいろいろな臓器から成り立っていますね。また、その臓器もいろいろな細胞の集まりです。Javaプログラムも同じです。そのシステムの一番小さな単位をメソッド【method)】といいます。

皆さんは中学生時代に文字式というものを習ったと思います。

のような式です。

xの値が変化するにつれてyの値も変化しました。この時のyが戻り値、xが引数です。例えば、あなたが電卓プログラムを作成し、２つの整数の足し算ができるようにしたいとしましょう。そのとき与える２つの整数にaとｂのように仮の名前を付けておく必要があるのです。

仮の引数なので仮引数といいます。後に、そのプログラムを使って実際に足し算をするとします。「1 + 2 = 3」という計算をしたいとしましょう。このとき与える2つの整数、1と2は実際の引数ですから実引数といいます。戻り値は結果の3です。なお、仮引数や戻り値はデータ型を示す必要があります。上記の例では、整数値ということになります。

Hello Worldのプログラムに戻りましょう｡あそこで書いた仮引数String[]というのはString型の配列、つまり、文字列を複数取ることができるということを示しています。（配列の詳細は後述）4行目を見てみましょう。

となっています。

ここまでの知識の応用で、この１文を読み解いてみましょう。まず、Systemと頭文字が大文字なのは、これがクラスだということを表していますね。Systemはその名の通りあなたが現在お使いのパソコンのシステムのことです。"."は、日本語に直せば「の」という意味です。Systemクラス「の」out「の」printlnメソッドを使っているというところまでは、よろしいでしょうか？outは、Systemクラスで定義されているフィールドです。フィールドは初めて実物が出てきましたね。やや強引ですが、この一文の解釈は、新入社員.パソコン.画面表示("Hello World")のようなイメージでしょうか。今回の実引数は"Hello World"という文字列です。println()は、引数の内容を画面表示して改行する（new line）というメソッドです。命令文の終わりには；を付けます。※println()によく似たprint()もあります。何が違うか試してみましょう。

の２点です。

よって、単語の途中でなければどこに入れても構いません。

※ただし、極端な記述は読み手を惑わせます。研修内で説明するIDEのフォーマット機能を使って常に見やすいコードを心がけてください。

ほんの少しの処理をさせるために、ずいぶんたくさん書かないといけないのだな、という感想を持たれた方もいらっしゃるかもしれません。しかし、ルールが多いということのメリットとして、多くの人が協力してプログラムを作成する際に有利に働くのです。大勢の車が高速で行き交う高速道路には厳しいルールがあります。大勢の人で高性能のソフトウェアを開発する場合もルールは厳しい方が良いのです。金融やインフラなど間違いが許されない分野でJavaが使われている理由でもあります。

以上、相当細かいことまで最初にお話ししましたが、ここでお話したことはこれからも繰り返し出てくる重要なトピックです。ゆっくり理解いただければ結構です。

ひとまず、Javaプログラムにおいては、

といったことを覚えましょう。

また、プログラムコードを見やすくするための字下げを「インデント」と呼びます。さらに、後々まで使用する各種記号のうち、新入社員のみなさんが呼び方を迷いそうなものを章末にまとめておきましたので参考にしてください。

10.コメントの入れ方

コメントは人間に向けたメッセージです。他人に向けたメモです。将来の自分自身も他人のようなものなので、コメントを書いておくことは非常に重要です。

今度は、Example03をIDEに入力して実行してみましょう。

/**
 * 画面表示
 * 作成者 yamazaki
 * 作成日 20XX/11/09
 */
public class Example03 {
    public static void main(String[] args) {
        //Hello Worldと画面に表示する
        System.out.println("Hello World");
    }
}

Javaのコメントは上記のように

という２つの方法があります。

さらに/**で始まるコメント形式はJavadocというAPI仕様書を作ることのできる書き方です。機会があればJavadocの作り方もご紹介します。

※コメントアウトといって一時的にプログラムをコメントにしてプログラムでなくすることも良くあります。

public class Example04 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
//        System.out.println("Goodby World");
    }
}

コメントアウトした部分はプログラムではなくなる訳ですね。IDEを使っているとコメントのショートカットキーを使って素早く実現できます。方法は講師にお尋ねください。なお、納品するプログラムにはコメントアウトしたソースコードを含めないようにしましょう。本書では解説の文章と重複することも多いため、コメントは最小限にしています。ご了承下さい。その代わりにみなさんがノート代わりにソースコードのポイントにコメントを入れることは賢い勉強方法だと思います。

11.エラーへの対処

コンパイルするときにエラーが表示されることがあります。

例えば、

のように文末のセミコロンを忘れたまま実行すると下図1.8のようなメッセージが表示されます。

といったエラーメッセージが表示されました。ついでにソースコードに全角スペースを入れてしまうというのも初学者がやりがちなミスです。どんなエラーメッセージが出るか、今ここで試してみてください。このエラーメッセージをよく読まない人がいます。エラーメッセージにはエラーに関する重要な情報が含まれています。

たとえば、先の例では、

Example04.java:4

という風にExample04の４行目がエラーの原因であるといったことが表示されています。

エラーメッセージをよく読むことがプログラミング上達の秘訣です。

ぜひ、エラーメッセージをグーグル検索する習慣をつけて下さい。

なお、このようにコンパイラが口うるさいのはとても良いことです。プログラムの実行前にエラーがあることを人間に教えてくれているわけですから。

Javaのエラーには以下の３種類があります。

当社の新人エンジニア研修ではIDEを使用します。

• ①の文法エラーは、IDEがエラーを教えてくれるので、指示に従って直すようにしてください。ただし、全角文字や全角空白を使用している場合のようにメッセージでは分かりにくい文法エラーもあることは念頭に置いてください。
• ②の実行時エラーは例外処理をします。
• ③の論理エラーはテストというテーマでお話しします。

なおタイミングを見計らってデバッガを使ってエラーの原因を追求する方法をお話するつもりです。

12.標準出力

「Hello World」の文字列が表示されたところをコンソールといいます。コンソールに出力することは欠陥を除去するデバッグ作業という意味でも重要な行為です。目に見えないものは直しようがないからです。コンピュータ上で実行されているプログラムが、標準的に利用するデータ出力先を標準出力といいます。コマンドプロンプトの画面やIDEのコンソールなどが標準出力の例です。

Javaで標準出力に出力したあと改行するには、

と書きます。

改行が不要であれば、

でしたね。

標準出力以外ではWebページに出力するということもやる予定です。

お楽しみに！

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。

問題1.初めてのJava - セイコンサルティンググループ

IDEを使い、以下のクラスを作成しなさい。

セイコンサルティンググループ

参考：本研修で使用する記号一覧

新人エンジニアの皆さんは、これまでの生活の中でどの程度記号を意識してきたでしょうか？

以下の記号は決して顔文字を作るためにあるのではありません。ITエンジニアは記号を使いこなすことができなくてはいけません。下表1.1では本研修に出てくる主な記号をご紹介しています。

以上、今回は「Java言語の特徴」について見てきました。後々にならないと意味の分からないところも多いと思います。研修をある程度進めてから改めて読むと良いと思います。

次回は、「Javaの変数とデータ型」を学びます。

Java言語を初めて学ぶ新人エンジニアの皆さんへ　最後までお読みいただきありがとうございます。