Java Bronze資格対策｜言語の特徴
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Java Bronze資格対策｜インスタンス変数とStatic変数
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こんにちは！Palmです！
Java Bronzeという資格に向けての学習していこうかと思います。
前回はJavaの宣言方法について勉強しましたが、今回はインスタンス変数とStatic変数について勉強していこうかと思います。
このブログは、Java Bronze資格の学習を通じてJavaの基本概念を理解し、試験対策を行うことを目的としています。
このブログに向いている人
- Javaを初めて学ぶ
- 基本を復習したい
Java Bronze資格とは
Java Bronze資格（正式名称は「Oracle Certified Java Programmer, Bronze SE」）は、Oracleが提供するJavaプログラミングに関する初級資格です。
この資格は、Javaの基本的な知識とスキルを証明するものであり、これからJavaプログラミングを学び始める人や、基本をしっかり押さえたい人に適しています。
外部リンク
Java Bronze公式サイト
Javaの変数
プログラミングにおいて、変数の使い方は非常に重要です。
特にオブジェクト指向プログラミングでは、インスタンス変数とStatic変数という2種類の変数の使い分けが求められます。
本記事では、インスタンス変数とStatic変数の基本概念、宣言方法、スコープ、利用例について詳しく解説します。
前回のブログです、宣言方法を知りたいかたはぜひ！
合わせて読みたい
Java Bronze資格対策｜変数と型変換
インスタンス変数の基本概念
インスタンス変数は、クラスの各インスタンス（オブジェクト）ごとに固有のデータを保持するための変数です。
各インスタンスごとに異なる値を持つことができ、オブジェクト指向プログラミングの基本となります。
各インスタンスごとに異なる値を持つことができ、オブジェクト指向プログラミングの基本となるんだよ！
インスタンス変数の定義
インスタンス変数は、クラス内で宣言され、メソッドの外で定義されます。
これにより、クラスのすべてのメソッドからアクセスできますね。
インスタンス変数は「インスタンスフィールド」と呼ばれたり、単に「フィールド」とも呼ばれたりするよ！
インスタンスごとのデータ保持の重要性
インスタンス変数を使うことで、同じクラスから生成された複数のインスタンスがそれぞれ異なる状態を持つことができます。
例えば、ユーザー情報を管理するクラスの場合、各ユーザーの名前や年齢などの情報をインスタンス変数として保持することで、各ユーザーオブジェクトが異なるデータを持つことができます。
インスタンスごとに変数があるため、インスタンスごとに異なる値を保持できるのが特徴です。
1インスタンスのイメージ
2
3 クラス: User
4 ---------------
5 | |
6 | name |
7 | age |
8 ---------------
9
10 ↓ 生成
11
12インスタンス1 インスタンス2
13 --------------- ---------------
14 | name = "Alice" | name = "Bob" |
15 | age = 30 | age = 25 |
16 --------------- ---------------この図から分かる通り、インスタンスごとに変数があるため、インスタンスごとに異なる値を保持できるのが特徴です。
インスタンス変数の宣言方法と具体例
インスタンス変数は次のように宣言します：
1アクセス修飾子 型名 変数名;アクセス修飾子 型名 変数名！！
宣言する場所は、クラスの定義の内側、メソッド定義の外側です。具体例を見てみましょう：
1public class User {
2 // インスタンス変数の宣言
3 private String name;
4 private int age;
5
6 // コンストラクタ
7 public User(String name, int age) {
8 this.name = name;
9 this.age = age;
10 }
11
12 // メソッド
13 public void displayInfo() {
14 System.out.println("Name: " + name + ", Age: " + age);
15 }
16}
この例では、Userクラスにnameとageというインスタンス変数が定義されています。各ユーザーインスタンスは、それぞれ異なる名前と年齢を持つことができます。
Static変数の基本概念
Static変数は、クラス全体で共有される変数です。
インスタンス変数とは異なり、クラスに属し、全てのインスタンスで共通の値を持ちます。これにより、クラス全体で共通のデータを保持することができます。
Static変数の定義
Static変数は、staticキーワードを使って宣言されます。
クラスがロードされると同時にメモリに割り当てられ、プログラムが終了するまで存在します。
Static変数とは、クラスに属するフィールドのことで、「クラス変数」や「staticフィールド」と呼ばれることがあります！
Static変数はインスタンスに作られる変数ではなく、static領域にクラス単位で作られる変数です。インスタンス間で共有されるため、あるインスタンスがStatic変数を変更すると、別のインスタンスからは変更後の値を参照できるようになります。
クラスごとに共有されるデータの重要性
Static変数を使うことで、クラス全体で共有する必要があるデータを保持できます。
例えば、全てのインスタンスで共通の設定値やカウンターなどを持つ場合に有用です。
Static変数の宣言方法と具体例
Static変数は次のように宣言します：
1アクセス修飾子 static 型名 変数名;アクセス修飾子 static 型名 変数名！！
「アクセス修飾子」とstaticキーワードの記述順は逆でも構いません。
宣言する場所は、クラス定義の内側、メソッドの外側です。
具体例を見てみましょう：
1public class Counter {
2 // Static変数の宣言
3 private static int count = 0;
4
5 // コンストラクタ
6 public Counter() {
7 count++;
8 }
9
10 // Staticメソッド
11 public static int getCount() {
12 return count;
13 }
14}
この例では、CounterクラスにcountというStatic変数が定義されています。この変数は全てのインスタンスで共有され、インスタンスが生成されるたびにインクリメントされます。getCountメソッドを通じて、現在のカウント値を取得することができます。
インスタンス変数とStatic変数の違い
インスタンス変数とStatic変数にはいくつかの重要な違いがあります。
これらの違いを理解することで、適切な場面で適切な変数を使用することができます。
構造的な違い
- インスタンス変数は、各インスタンスごとに独立して存在します。各インスタンスがそれぞれの値を持つため、インスタンス間でデータは共有されません。
- Static変数は、クラス全体で共有されます。クラスがロードされた時点でstatic領域に1つだけ作られ、全てのインスタンスから共有されます。
データ保持の違い
- インスタンス変数は、各オブジェクトごとに固有のデータを保持します。これにより、各オブジェクトが異なる状態を持つことができます。
- Static変数は、クラスごとに一つだけ存在し、全てのオブジェクトが同じデータを共有します。これにより、クラス全体で共通のデータを管理することができます。
使用例と適用シーンの比較
- インスタンス変数は、ユーザー情報や商品情報など、オブジェクトごとに異なるデータを持つ必要がある場合に使用されます。
- Static変数は、カウンターや設定値など、全てのオブジェクトで共通のデータを持つ必要がある場合に使用されます。
具体例を見てみましょう：
1public class User {
2 // インスタンス変数
3 private String name;
4 private int age;
5
6 // Static変数
7 private static int userCount = 0;
8
9 // コンストラクタ
10 public User(String name, int age) {
11 this.name = name;
12 this.age = age;
13 userCount++; // インスタンスが生成されるたびにカウントをインクリメント
14 }
15
16 // インスタンスメソッド
17 public void displayInfo() {
18 System.out.println("Name: " + name + ", Age: " + age);
19 }
20
21 // Staticメソッド
22 public static int getUserCount() {
23 return userCount;
24 }
25}
この例では、nameとageはインスタンス変数であり、各ユーザーごとに異なる値を持ちます。一方、userCountはStatic変数であり、全てのユーザーインスタンスで共有されます。新しいユーザーが生成されるたびに、userCountはインクリメントされ、どのインスタンスからでも最新のユーザー数を参照することができます。
変数のスコープ
変数のスコープとは、その変数が有効な範囲を指します。スコープを理解することで、変数の誤用を防ぎ、コードの可読性と保守性を向上させることができます。
ローカル変数のスコープ
ローカル変数は、メソッド内で宣言される変数だよ！その変数が宣言されたブロック（メソッドやループなど）内に限定されるんだ。
メソッドが終了すると、ローカル変数は破棄されます。
1public void someMethod() {
2 int localVar = 10; // ローカル変数
3 System.out.println(localVar); // ローカル変数へのアクセス
4}
5// ローカル変数のスコープ外
6// System.out.println(localVar); // コンパイルエラーローカル変数は、その宣言されたブロック外では利用できないから、注意してね！
インスタンス変数のスコープ
インスタンス変数は、クラス内で宣言され、クラスの全てのメソッドからアクセスできます。各インスタンスごとに異なる値を持ちます。
1public class User {
2 private String name; // インスタンス変数
3
4 public User(String name) {
5 this.name = name;
6 }
7
8 public void displayInfo() {
9 System.out.println("Name: " + name); // インスタンス変数へのアクセス
10 }
11}
インスタンス変数は、クラスのメソッド内であればどこからでもアクセスできますが、クラス外から直接アクセスするとエラーになることがありますよ。
Static変数のスコープ
Static変数は、クラス全体で共有される変数だよ！クラスがロードされている間は常に存在し、全てのインスタンスからアクセスできるんだ！
1public class Counter {
2 private static int count = 0; // Static変数
3
4 public Counter() {
5 count++;
6 }
7
8 public static int getCount() {
9 return count; // Static変数へのアクセス
10 }
11}
Static変数は、インスタンスごとに異なる値を持たせることはできないけど、クラス全体で共有できるのが便利だね！
スコープ外での変数利用
変数をスコープ外で利用しようとすると、コンパイルエラーが発生します。例えば、ローカル変数をメソッド外で利用するとエラーになります。
1public void someMethod() {
2 int localVar = 10; // ローカル変数
3}
4// スコープ外での利用
5// System.out.println(localVar); // コンパイルエラー: localVarは見つかりませんこのコンパイルエラーは、コードの誤りを早期に発見するのに役立ちます。スコープを正しく理解し、適切に変数を管理することが、バグの少ないプログラムを作る上で重要です。
プログラミングクイズ
クイズ1: インスタンス変数の宣言
次のPersonクラスにおいて、名前を保持するインスタンス変数を追加するためには、どのコードを挿入すればよいですか？
1public class Person {
2 // ここにコードを挿入
3 public Person(String name) {
4 this.name = name;
5 }
6 public void printName() {
7 System.out.println("Name: " + name);
8 }
9}
10
選択肢:
private static String name;private String name;public static String name;String name;
- 正解は？？ ↓↓
-
正解: ２.
private String name;解説: インスタンス変数は各インスタンスごとに固有のデータを保持します。
private修飾子を使うことで、この変数を外部から直接アクセスできないようにし、カプセル化を実現します。staticを付けるとクラス全体で共有されるため、ここではstaticを付けないのが正しいです。
Q
クイズ2: Static変数の宣言
次のCounterクラスにおいて、全てのインスタンスで共有されるカウント変数を追加するためには、どのコードを挿入すればよいですか？
1public class Counter {
2 // ここにコードを挿入
3 public Counter() {
4 count++;
5 }
6 public static int getCount() {
7 return count;
8 }
9}
選択肢:
private int count = 0;public int count = 0;private static int count = 0;public static int count = 0;
- 正解は？？ ↓↓
-
正解: ３.
private static int count = 0;解説: Static変数はクラス全体で共有されるため、
static修飾子を使って宣言します。アクセス修飾子privateは、外部から直接変更できないようにするために使用します。publicにすると、外部から直接アクセスできてしまうため、ここではprivateが推奨されます
Q
クイズ3: メソッド内の変数スコープ
次のコードを実行すると何が表示されますか？
1public class ScopeTest {
2 public static void main(String[] args) {
3 int number = 10;
4 increaseNumber();
5 System.out.print(number);
6 }
7
8 public static void increaseNumber() {
9 int number = 5;
10 number++;
11 }
12}
選択肢:
- 5が表示される
- 6が表示される
- 10が表示される
- エラーが表示される
- 例外が発生する
- 正解は？？ ↓↓
-
正解: 3. 10が表示される
解説: メソッド
increaseNumber内で宣言されたnumberはローカル変数であり、メソッドのスコープ内でしか有効ではありません。mainメソッドのnumberとは異なるため、increaseNumberメソッドの処理はmainメソッドのnumberには影響を与えません。
Q
クイズ4:ブロック内の変数スコープ
次のコードを実行すると何が表示されますか？
1public class ScopeTest {
2 public static void main(String[] args) {
3 int outer = 7;
4 {
5 int inner = 5;
6 inner += outer;
7 }
8 System.out.print(inner);
9 }
10}
選択肢:
- 5が表示される
- 7が表示される
- 12が表示される
- エラーが表示される
- 例外が発生する
- 正解は？？ ↓↓
-
正解: 4. エラーが表示される
解説: 変数
innerはブロック内で宣言されているため、そのスコープはブロック内に限定されます。ブロック外でinnerを参照しようとするとコンパイルエラーが発生します。
Q
まとめ
これらの概念を正しく理解し、適切に使い分けることで、コードの可読性や保守性が向上し、バグの少ないプログラムを作成することができます。インスタンス変数とStatic変数を使い分ける際には、それぞれの特性を活かし、適切な設計を心がけましょう。
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ABOUT ME
私はpalm(ぱるむ）です。お花や自然が大好きです。専門学校でWeb開発を学び、東京通信大学に編入しました。得意分野は、ウェブ開発（フロントエンド、バックエンド）や機械学習（自然言語、データ分析）です。趣味で色々デモ開発をしています。