先生と生徒の会話形式で理解しよう

生徒

「Javaでたくさんのデータをまとめて扱いたいときは、どうすればいいんですか？変数を何個も作るのは大変そうで…。」

先生

「そんなときは『配列』という機能を使います。同じ型のデータを一つの箱にまとめて管理できるんですよ。」

生徒

「配列を使えば楽になりそうですね！でも、配列は普通の変数とは少し動きが違うって聞いたことがあるのですが、本当ですか？」

先生

「鋭いですね。配列を理解するには『参照型』という仕組みを知る必要があります。基本からじっくり学んでいきましょう！」

1. Javaの配列とは？複数のデータを効率よく管理する仕組み

Javaプログラミングにおいて、配列（はいれつ）は非常に重要な役割を果たします。通常、変数は一つの値しか保存できませんが、配列を使用することで、複数の同じデータ型の値を一つのグループとしてまとめて扱うことができます。

例えば、クラスの生徒5人のテストの点数を管理する場合、変数を5つ用意するのは手間がかかりますし、プログラムも複雑になりがちです。配列を使えば、「点数リスト」という名前の箱の中に5人分のデータを順番に並べて格納できるため、データの処理が格段にスムーズになります。

配列の大きな特徴は、データがメモリ上で連続して配置される点にあります。これにより、インデックス（添え字）と呼ばれる番号を指定するだけで、目的のデータに瞬時にアクセスすることが可能になります。初心者の方は、まず「同じ種類のデータを整理整頓して入れるロッカー」のようなイメージを持つと理解しやすいでしょう。

2. 配列の宣言と生成の基本ルールをマスターしよう

Javaで配列を使うためには、まず「宣言」と「生成」という二つのステップが必要です。宣言では「どのような型のデータを扱うか」を決め、生成では「どれくらいのサイズの箱を作るか」を決めます。

配列の宣言には、データ型の後ろに [] を付けます。そして、new 演算子を使って、具体的な要素数を指定してメモリ上に領域を確保します。一度作成した配列のサイズ（長さ）は、後から変更することができないという点に注意してください。もしサイズを変更したい場合は、新しい配列を作り直す必要があります。

以下に、基本的な配列の宣言と初期化のコード例を示します。


public class ArrayBasicExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 配列の宣言と生成（5つの要素を持つ整数型配列）
        int[] scores = new int[5];

        // 値の代入
        scores[0] = 80;
        scores[1] = 90;
        scores[2] = 75;
        scores[3] = 60;
        scores[4] = 100;

        // 値の表示
        System.out.println("1番目の点数：" + scores[0]);
        System.out.println("配列の長さ：" + scores.length);
    }
}


1番目の点数：80
配列の長さ：5

3. 配列の添え字は0から始まる！インデックスの注意点

配列を扱う上で、初心者が最も間違いやすいポイントが「インデックス（添え字）」の数え方です。Javaの配列では、最初の要素は「1番目」ではなく「0番目」から数え始めます。これを「0オリジン」と呼びます。

例えば、要素数が5つの配列を作成した場合、使用できるインデックスは「0, 1, 2, 3, 4」となります。「5」というインデックスを指定してアクセスしようとすると、プログラムの実行時にエラー（ArrayIndexOutOfBoundsException）が発生してしまいます。このエラーは非常に頻繁に見かけるものなので、配列の範囲外にアクセスしていないか常に確認する癖をつけましょう。

インデックスは変数を使って指定することもできるため、後述する繰り返し処理（for文など）と組み合わせることで、大量のデータを一括で処理する際に非常に強力な武器となります。

4. 参照型とは何か？基本データ型との決定的な違い

Javaのデータ型には、大きく分けて「基本データ型（プリミティブ型）」と「参照型」の2種類があります。配列は「参照型」に分類されます。この違いを理解することが、Javaの中級者への第一歩です。

基本データ型（int, double, booleanなど）は、変数の中に直接その値そのものが格納されています。一方、参照型である配列の場合、変数の中に格納されているのは「データそのもの」ではなく、「データがメモリ上のどこにあるかを示す住所（アドレス情報）」なのです。

この仕組みにより、配列変数を別の変数に代入すると、データのコピーではなく「住所のコピー」が行われます。つまり、二つの変数が同じメモリ上の実体を指し示すことになります。片方の変数を経由して中身を書き換えると、もう片方の変数から見た内容も変わってしまうという現象が起こります。

5. メモリの仕組みを知る！スタック領域とヒープ領域

「参照」という概念を視覚的に理解するために、メモリの使われ方に注目してみましょう。Javaでは、プログラムが動作する際に「スタック（Stack）領域」と「ヒープ（Heap）領域」という二つの場所を使い分けます。

配列の変数名そのものはスタック領域に確保されますが、配列の実体（中身のデータ）はヒープ領域に作られます。スタック領域にある変数には、ヒープ領域にある実体への「参照（リモコンのようなもの）」が入っています。

このように管理することで、大きなデータを持つ配列でも、変数同士のやり取りを高速に行うことができます。実体そのものを移動させるのではなく、単なる住所情報だけをやり取りすれば済むからです。これがJavaが効率的に大規模なデータを扱える理由の一つです。

6. 配列の初期化を一括で行う便利な書き方

配列を生成する際、値を一つずつ代入するのは面倒な場合があります。そんな時は、宣言と同時に値を初期化する方法が便利です。中括弧 {} を使うことで、要素の指定と代入を一度に行うことができます。

この書き方を使うと、Javaが自動的に要素の数を数えて配列のサイズを決定してくれるため、コードが非常にシンプルになります。初期値があらかじめ決まっている場合には、この方法を積極的に活用しましょう。


public class ArrayInitExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 宣言と同時に初期化
        String[] fruits = {"りんご", "バナナ", "オレンジ", "ぶどう"};

        // 拡張for文を使って中身をすべて表示
        System.out.println("フルーツ一覧：");
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println("・" + fruit);
        }
    }
}


フルーツ一覧：
・りんご
・バナナ
・オレンジ
・ぶどう

7. 参照のコピーによる副作用を理解する

前述した通り、参照型の代入は「住所のコピー」です。これによってどのような挙動が起こるか、具体的なコードで確認してみましょう。初心者が最も混乱する部分ですが、図解をイメージしながら読んでみてください。

一つの配列実体に対して、複数の変数が紐付いている状態を作ることができます。この時、一つの変数を変えると、共通の実体が変更されるため、すべての関連する変数に影響が及びます。これを「副作用」と呼ぶこともあります。意図しない書き換えを防ぐためには、配列を完全に複製する（ディープコピー）方法を別途学ぶ必要がありますが、まずはこの参照の仕組みを正しく把握することが大切です。


public class ArrayReferenceExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrayA = {10, 20, 30};
        int[] arrayB = arrayA; // 参照（住所）をコピー

        // arrayBの値を変更する
        arrayB[0] = 999;

        // arrayAの中身はどうなっているか確認
        System.out.println("arrayA[0]の値：" + arrayA[0]);
        System.out.println("arrayB[0]の値：" + arrayB[0]);
    }
}


arrayA[0]の値：999
arrayB[0]の値：999

8. 多次元配列！配列の中に配列を入れる構造

Javaでは、配列の要素としてさらに配列を入れる「多次元配列」を作成することも可能です。最も一般的なのは二次元配列で、表形式のデータ（行列）を扱うのに適しています。

例えば、3つのクラスがあり、それぞれのクラスに4人の生徒がいる場合の成績管理などに使われます。イメージとしては、エクセルのシートのような「行」と「列」の構造です。二次元配列の場合、インデックスも二つ指定する必要があります（例：scores[行][列]）。

多次元配列も参照型の仕組みに基づいています。親となる配列が、子となる配列への参照を保持しているという多重構造になっています。少し複雑に見えますが、基本はこれまでの配列と同じです。


public class MultiArrayExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 2行3列の二次元配列
        int[][] matrix = {
            {1, 2, 3},
            {4, 5, 6}
        };

        // 特定の要素にアクセス
        System.out.println("1行目の2列目：" + matrix[0][1]);
        
        // 全要素の合計を計算
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
                sum += matrix[i][j];
            }
        }
        System.out.println("全ての要素の合計：" + sum);
    }
}


1行目の2列目：2
全ての要素の合計：21

9. nullとNullPointerExceptionに気をつけよう

参照型の変数には、どこも指し示していない状態を表す null（ヌル）を代入することができます。配列変数を宣言しただけで、まだ new による生成を行っていない場合、その変数の中身は初期状態で null になっていることがあります（フィールド変数の場合など）。

参照先が null であるにもかかわらず、その配列の要素にアクセスしたり、長さを取得しようとしたりすると、Javaで最も有名なエラーの一つである NullPointerException が発生してプログラムが停止します。配列を扱う際は、必ず実体が生成されているか、あるいは null チェックを行うことが、安全なプログラミングには欠かせません。

初心者のうちは、「配列を使う前には必ず new で実体を作る」あるいは「初期化済みのものを代入する」という鉄則を守るようにしましょう。これにより、多くのバグを未然に防ぐことができます。