先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「Javaのプログラムを見ると、クラスやメソッド、mainって言葉がよく出てくるんですが、それぞれ何のことですか？」

先生

「クラス、メソッド、mainはJavaプログラミングの基本となる重要な概念です。これらを理解することで、Javaの構造が見えてきますよ。」

生徒

「それぞれどんな役割を持っているんですか？関係性も知りたいです！」

先生

「それでは、一つずつ丁寧に見ていきましょう！」

1. クラスとは何か？基本的な役割を理解する

クラスとは、Javaプログラムを作るうえで最も基本となる「設計図」のような存在です。Javaでは、必ずクラスの中にコードを書くというルールがあり、クラスがなければプログラムは一切動きません。まずは「Java＝クラスから始まる」と覚えておくと理解しやすくなります。

クラスには、そのプログラムで扱いたい情報（データ）と、その情報を使って行う処理をまとめて定義します。たとえば「犬」を表すクラスなら、名前や年齢といった情報と、「吠える」「走る」といった動作を一つのまとまりとして管理します。現実世界のものをそのままプログラムに置き換えるイメージです。

このように、現実の「もの」や「役割」をクラスとして表現する考え方を、オブジェクト指向プログラミングと呼びます。初心者のうちは難しく感じがちですが、「クラス＝ものの説明書」と考えるとスッと理解できます。

クラスを作るにはclassキーワードを使います。クラス名は必ず大文字で始め、ファイル名と同じ名前にする必要があります。たとえばHelloWorldクラスは、HelloWorld.javaというファイル名で保存します。


public class Dog {
    String name;
    int age;

    void bark() {
        System.out.println(name + "がワンワン！と吠えました");
    }

    void run() {
        System.out.println(name + "が元気よく走っています");
    }
}

この例では、Dogというクラスの中に「名前」「年齢」というデータと、「吠える」「走る」という処理をまとめています。まだ実行はしませんが、「犬とは何か」を定義している段階だと考えてください。

クラスは「プログラムの部品」を作るための仕組みです。設計図だけでは動きませんが、この後オブジェクトを作ることで、実際にプログラムとして動き出します。

クラスの基本構造

クラスは主に三つの要素で構成されます。データを保存するフィールド、処理内容を書くメソッド、そして最初の状態を決めるコンストラクタです。まずは「クラスの中に変数とメソッドを書く」という点をしっかり押さえておきましょう。

また、publicやprivateといったアクセス修飾子を使うことで、外部からのアクセス範囲を制御できます。初心者のうちは「必要なものだけを公開する」という意識を持つと、読みやすいコードになります。

2. メソッドとは何か？処理をまとめる仕組み

メソッドとは、プログラムの中でよく使う処理をひとまとめにしたものです。Javaでは「関数」とほぼ同じ意味で使われます。毎回同じ処理を書くのではなく、あらかじめ名前を付けて用意しておくことで、必要なときに何度でも呼び出せます。これは料理で言えば、レシピを覚えておいて必要なときに再利用する感覚に近いです。

メソッドを使う最大のメリットは、コードが読みやすくなり、修正もしやすくなる点です。処理の内容が一目で分かるため、プログラミング未経験者でも全体の流れを理解しやすくなります。

Javaのメソッドは「戻り値の型」「メソッド名」「引数」の3つで構成されます。戻り値は処理の結果として返される値で、不要な場合はvoidを指定します。引数はメソッドに渡す情報で、必要なければ何も書かずに括弧を空にします。


public class Calculator {

    // 2つの数字を足すメソッド
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    // 計算結果を画面に表示するメソッド
    void printResult(int result) {
        System.out.println("計算結果: " + result);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Calculator calc = new Calculator();
        int sum = calc.add(10, 20);
        calc.printResult(sum);
    }
}

上の例では、「足し算をする処理」と「結果を表示する処理」をそれぞれメソッドとして分けています。このように役割ごとに処理を分けることで、何をしているプログラムなのかが直感的に分かります。

このプログラムの実行結果です。


計算結果: 30

メソッドの命名規則

メソッド名は「何をするのか」が分かる動詞から始めるのが基本です。例えば、addは「足す」、printResultは「結果を表示する」という意味がすぐに伝わります。

Javaでは、最初の単語を小文字、2語目以降の先頭を大文字にするキャメルケースが一般的です。このルールを守ることで、他の人が読んでも理解しやすいコードになります。

メソッドは「一つのメソッドで一つの役割」を意識すると、初心者でも整理しやすくなります。処理が長くなったら、無理にまとめず分けて考えましょう。

3. mainメソッドの特別な役割

mainメソッドはJavaプログラムの実行開始地点となる特別なメソッドです。どんなJavaプログラムでも、実行時には必ずmainメソッドから処理が始まります。家の玄関のように、プログラムへの入り口がmainメソッドなのです。

mainメソッドには決まった書き方があり、public static void main(String[] args)と記述します。この形式は必ず守らなければならず、一文字でも違うとプログラムが実行できません。それぞれのキーワードには重要な意味があります。

publicはどこからでもアクセスできることを示し、staticはクラスのインスタンスを作らなくても呼び出せることを意味します。voidは戻り値がないことを表し、String[] argsはコマンドライン引数を受け取るための配列です。


public class MainExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("プログラムが開始されました");
        System.out.println("mainメソッドから実行されています");
        
        greet("太郎");
        greet("花子");
        
        System.out.println("プログラムが終了します");
    }
    
    static void greet(String name) {
        System.out.println("こんにちは、" + name + "さん！");
    }
}

実行結果は以下の通りです。


プログラムが開始されました
mainメソッドから実行されています
こんにちは、太郎さん！
こんにちは、花子さん！
プログラムが終了します

mainメソッドは一つのクラスに一つだけ定義します。複数のクラスにmainメソッドがあっても構いませんが、実行時にどのクラスのmainから開始するかを指定する必要があります。

プログラムの実行フロー

Javaプログラムを実行すると、Java仮想マシンがmainメソッドを探して実行を開始します。mainメソッドの中で他のメソッドを呼び出すことで、プログラム全体が動作します。mainメソッドの処理が終わると、プログラムは終了します。

4. クラス・メソッド・mainの関係性を図解で理解

クラス、メソッド、mainの関係性を視覚的に理解することで、Javaプログラムの構造が明確になります。クラスは大きな箱で、その中にメソッドという小さな箱が入っているイメージです。mainメソッドは特別なメソッドで、プログラムの実行を制御します。

プログラムの構造イメージ

クラス（設計図）

├── フィールド（データ）

├── メソッド（処理）

│　 ├── メソッド1

│　 ├── メソッド2

│　 └── メソッド3

└── mainメソッド（実行開始地点）★

実行の流れ

プログラムが起動すると、まずmainメソッドが呼び出されます。mainメソッドの中から他のメソッドを呼び出すことで、様々な処理が実行されます。呼び出されたメソッドは処理を終えると、呼び出し元に戻ります。すべての処理が完了してmainメソッドが終わると、プログラム全体が終了します。

プログラム開始

mainメソッドから実行開始

メソッド呼び出し

mainから他のメソッドを実行

処理実行

各メソッドで処理を実行

プログラム終了

mainメソッド終了で完了

5. 実践例で理解を深めよう

実際のプログラム例を通して、クラス、メソッド、mainの関係性をより深く理解しましょう。ここでは学生の情報を管理するプログラムを作成します。クラスで学生を表現し、メソッドで様々な操作を行い、mainメソッドで全体を制御します。


public class Student {
    String name;
    int score;
    
    void setInfo(String studentName, int studentScore) {
        name = studentName;
        score = studentScore;
    }
    
    void displayInfo() {
        System.out.println("名前: " + name);
        System.out.println("点数: " + score + "点");
    }
    
    String getGrade() {
        if (score >= 90) {
            return "A";
        } else if (score >= 70) {
            return "B";
        } else if (score >= 60) {
            return "C";
        } else {
            return "D";
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student();
        student1.setInfo("山田太郎", 85);
        student1.displayInfo();
        System.out.println("評価: " + student1.getGrade());
        
        System.out.println();
        
        Student student2 = new Student();
        student2.setInfo("佐藤花子", 92);
        student2.displayInfo();
        System.out.println("評価: " + student2.getGrade());
    }
}

このプログラムの実行結果です。


名前: 山田太郎
点数: 85点
評価: B

名前: 佐藤花子
点数: 92点
評価: A

このプログラムでは、Studentクラスの中に複数のメソッドを定義しています。setInfoメソッドで情報を設定し、displayInfoメソッドで情報を表示し、getGradeメソッドで評価を計算します。mainメソッドからこれらのメソッドを呼び出すことで、プログラムが動作します。

6. staticキーワードの意味と使い方

staticキーワードは、クラスに属する要素であることを示します。通常のメソッドやフィールドはインスタンスに属しますが、staticをつけるとクラスそのものに属するようになります。mainメソッドにstaticがついているのは、インスタンスを作らずに実行できるようにするためです。

staticメソッドからは、同じくstaticなメソッドやフィールドしか直接アクセスできません。通常のメソッドやフィールドにアクセスするには、まずインスタンスを作成する必要があります。これがmainメソッドの中でオブジェクトを生成する理由です。

staticメソッドの特徴

staticメソッドはクラス名を使って直接呼び出すことができます。例えば、Math.max(10, 20)のように、インスタンスを作らずに使える便利な機能です。ユーティリティ機能や共通処理を提供する際によく使われます。

staticをつけると、すべてのインスタンスで共有される要素になります。一方、staticがない要素は各インスタンスごとに独立して存在します。

7. メソッドの引数と戻り値の詳細

メソッドの引数は、処理に必要なデータを外部から受け取る仕組みです。料理を作る際に材料が必要なように、メソッドも処理を行うためのデータが必要な場合があります。引数を使うことで、同じメソッドを異なるデータで何度も利用できます。

戻り値は、メソッドの処理結果を呼び出し元に返すものです。計算結果や処理の成否、取得したデータなどを返します。return文を使って値を返し、メソッドの定義では戻り値の型を指定します。戻り値がない場合はvoidと記述します。


public class MathOperations {
    int square(int number) {
        return number * number;
    }
    
    double calculateAverage(int num1, int num2, int num3) {
        return (num1 + num2 + num3) / 3.0;
    }
    
    boolean isEven(int number) {
        return number % 2 == 0;
    }
    
    void printMessage(String message, int times) {
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            System.out.println(message);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        MathOperations math = new MathOperations();
        
        int result1 = math.square(5);
        System.out.println("5の二乗: " + result1);
        
        double average = math.calculateAverage(80, 90, 85);
        System.out.println("平均点: " + average);
        
        boolean check = math.isEven(10);
        System.out.println("10は偶数？ " + check);
        
        System.out.println();
        math.printMessage("こんにちは", 3);
    }
}

実行結果は以下のようになります。


5の二乗: 25
平均点: 85.0
10は偶数？ true

こんにちは
こんにちは
こんにちは

引数の種類

引数には基本データ型と参照型があります。基本データ型（int、doubleなど）を渡すと値のコピーが渡され、参照型（オブジェクト）を渡すと参照が渡されます。この違いにより、メソッド内での変更が元の値に影響するかどうかが変わります。

8. クラスとオブジェクトの関係

クラスは設計図であり、オブジェクトは設計図から作られた実体です。建築の設計図と実際の建物の関係と同じで、一つのクラスから複数のオブジェクトを作成できます。オブジェクトを作ることをインスタンス化と呼び、作られたオブジェクトをインスタンスと呼びます。

オブジェクトを作成するにはnew演算子を使います。newの後ろにクラス名と括弧を書くことで、そのクラスのインスタンスが生成されます。各インスタンスは独立しており、それぞれ異なるデータを持つことができます。

複数のインスタンス

同じクラスから作られた複数のインスタンスは、同じメソッドを持ちますが、フィールドの値は独立しています。例えば、Dogクラスからdog1とdog2という二つのインスタンスを作った場合、それぞれ異なる名前や年齢を持つことができます。

クラスとオブジェクトの関係を理解することは、オブジェクト指向プログラミングの基本です。クラスは一つの型であり、オブジェクトはその型の具体的な実体なのです。

9. アクセス修飾子の役割と使い分け

アクセス修飾子は、クラスやメソッド、フィールドへのアクセス範囲を制御するキーワードです。public、private、protected、そして何もつけない場合（パッケージプライベート）の四種類があります。適切なアクセス制御により、安全で保守しやすいプログラムを作ることができます。

publicの使い方

publicをつけると、どこからでもアクセスできるようになります。mainメソッドには必ずpublicをつける必要があり、外部に公開したいメソッドやクラスにも使用します。ただし、むやみにpublicをつけると、プログラムの構造が複雑になりやすいため注意が必要です。

privateの使い方

privateをつけると、同じクラス内からしかアクセスできなくなります。フィールドには通常privateをつけて、外部から直接変更できないようにします。その代わり、publicなメソッドを用意して、制御された方法でアクセスできるようにします。

カプセル化の重要性

フィールドをprivateにして、publicなメソッド経由でアクセスする設計をカプセル化と呼びます。カプセル化により、データの整合性を保ち、予期しない変更を防ぐことができます。これはオブジェクト指向プログラミングの重要な原則の一つです。

初心者のうちは、フィールドはprivate、メソッドはpublicという基本パターンを覚えておきましょう。必要に応じて他のアクセス修飾子を使い分けます。

10. 実際のプログラミングで意識すべきポイント

クラス、メソッド、mainを実際に使う際には、いくつかの重要なポイントがあります。これらを意識することで、読みやすく保守しやすいプログラムを書くことができます。最初は難しく感じるかもしれませんが、経験を積むことで自然と身についていきます。

単一責任の原則

一つのクラスは一つの責任だけを持つべきです。例えば、学生クラスは学生の情報管理だけを行い、成績計算は別のクラスで行うといった具合です。一つのメソッドも一つの処理だけを行うように設計すると、理解しやすく再利用しやすいコードになります。

わかりやすい命名

クラス名、メソッド名、変数名は意味がわかるように命名しましょう。Student、calculateAverage、totalScoreのように、読むだけで役割がわかる名前をつけることが大切です。略語や意味不明な名前は避けましょう。

適切なコメント

クラスやメソッドの役割を説明するコメントを書きましょう。特に複雑な処理を行う部分には、なぜその処理が必要なのかを説明するコメントを残すことで、後から見返したときに理解しやすくなります。ただし、自明なコードに過剰なコメントは不要です。

メソッドのサイズ

一つのメソッドは適度な長さに保ちましょう。一般的に、画面に収まる程度（20行から30行程度）が望ましいとされています。長すぎるメソッドは複数のメソッドに分割することで、読みやすく保守しやすくなります。

クラス、メソッド、mainはJavaプログラミングの基礎となる重要な概念です。それぞれの役割と関係性を理解することで、プログラムの構造が見えてきます。最初は複雑に感じるかもしれませんが、実際にコードを書きながら学んでいくことで、自然と理解が深まります。焦らず一つずつ確実に学習を進めていきましょう。

Javaの「クラス・メソッド・main」の役割とは？初心者向けに図解でやさしく説明