Java基礎(1) ~データ型とクラス~

1. カリキュラムの目的

このモジュールでは、Javaプログラミング言語の基本的なデータ型とクラスについて学びます。データ型とクラスの理解は、効率的かつ効果的なプログラミングに不可欠です。

Javaのデータ型を正しく理解し、適切に使用できるようになることを目指します。

2. 概要

• データ型の重要性と基本的な概念
  • データ型は、変数が保持できる値の種類を定義し、プログラムの効率性と安全性を向上させます。
• プリミティブ型（基本データ型）と参照型（オブジェクトデータ型）の違い
  • プリミティブ型は基本的な値を直接扱い、参照型はオブジェクトの参照を扱います。
• データ型の変換とキャスティング
  • 異なるデータ型間の変換方法と注意点を学びます。

3. データ型とクラスについての理解

セッション 1: プリミティブ型の理解

• 整数型: byte, short, int, long
  • 各データ型のサイズと範囲について学びます。例として、byteは1バイト（8ビット）の範囲（-128から127）を持ちます。shortは2バイト（16ビット）で-32,768から32,767、intは4バイト（32ビット）で-2^31から2^31-1、longは8バイト（64ビット）で-2^63から2^63-1の範囲を持ちます。
  • 演習問題：以下の手順に従って、プログラムを作成してください。
    • 各整数型（byte, short, int, long）の変数を宣言し、それぞれに適当な値を代入する。
    • それぞれの変数の値を表示する。
    • その後、それぞれの変数に1を加算した結果を表示する。
• 浮動小数点型: float, double
  • floatとdoubleの精度と使用シナリオを比較します。floatは単精度（32ビット）、doubleは倍精度（64ビット）です。floatは少ないメモリで小数点以下の精度が低く、doubleは精度が高いですが多くのメモリを使用します。
  • 演習問題：以下の手順に従って、プログラムを作成してください。
    • float型とdouble型の変数を宣言し、円周率の近似値を代入する。
    • それぞれの変数の値を表示する。
• 論理型: boolean
  • boolean型はtrueとfalseの2つの値のみを持ちます。これは条件分岐やループの制御に広く使用されます。
  • 演習問題：以下の手順に従って、プログラムを作成してください。
    • 任意の整数を入力し、その整数が10から20の範囲内にあるかどうかを判定してください。
    • その結果を表示してください。
• 文字型: char
  • char型は16ビットのUnicode文字を表します。これにより、国際化対応の文字列処理が可能です。
  • 演習問題：以下の手順に従って、プログラムを作成してください。
    • 任意の文字を入力し、その文字のUnicodeコードポイントを表示してください。
    • 任意のUnicodeコードポイントを入力し、そのコードポイントに対応する文字を表示してください。

セッション 2: 参照型の紹介

• 文字列型: String
  • 文字列の基本操作（連結、部分文字列の抽出、比較）を学びます。例えば、Stringクラスのconcatメソッドやsubstringメソッドを使用します。
  • StringとStringBuilderの違いと適切な使用シナリオを理解します。Stringは不変（immutable）であるのに対し、StringBuilderは変更可能（mutable）です。これにより、StringBuilderは頻繁な文字列操作が必要な場合にパフォーマンスが向上します。
  • 演習問題1:以下の手順に従って、プログラムを作成してください。
    • 2つの文字列を連結し、結果を表示してください。
    • 文字列の一部を抽出し、その部分文字列を表示してください。
    • 2つの文字列を比較し、その結果を表示してください。
  • 演習問題2:StringとStringBuilderの違いと適切な使用シナリオを理解するために、次のプログラムを作成してください。
    • Stringを使って文字列を連結するプログラム。
    • StringBuilderを使って文字列を連結するプログラム。
• 配列型
  • 一次元配列と多次元配列の作成と操作方法を学びます。一次元配列は単純なリストを表し、多次元配列は行列のような複雑なデータ構造を表します。
  • 演習問題1：一次元配列の操作
    • 整数の一次元配列を作成し、いくつかの値を代入してください。
    • 配列の要素をソートし、最大値と最小値を見つけて表示してください。
  • 演習問題2：多次元配列の操作
    • 整数の二次元配列（行列）を作成し、いくつかの値を代入してください。
    • 行列の要素を表示してください。
• クラスとオブジェクト
  • クラス
    • Javaにおいて、クラスはオブジェクトの設計図です。クラスは属性（フィールド）と動作（メソッド）を定義します。
  • インスタンス変数
    • インスタンス変数は、クラスの各オブジェクトが持つデータを表します。クラス内で定義され、各オブジェクトに固有の値を持ちます。
  • メソッド
    • メソッドは、クラスに関連付けられた関数であり、オブジェクトの動作を定義します。メソッドは、インスタンス変数を操作したり、オブジェクトの状態を変更したりするために使用されます。
  • コンストラクタ
    • コンストラクタは、オブジェクトを初期化するための特殊なメソッドです。クラスがインスタンス化されるときに呼び出され、インスタンス変数に初期値を設定します。
  • 演習問題
    • 以下の手順に従って、Javaのクラスを作成し、そのオブジェクトを生成・操作するプログラムを作成してください。
      • Personクラスを作成します。
      • Personクラスに以下のインスタンス変数を定義します。
        • name（String型）
        • age（int型）
      • コンストラクタを定義し、nameとageを初期化します。
      • 以下のメソッドを定義します。
        • getName：nameを返す
        • setName：nameを設定する
        • getAge：ageを返す
        • setAge：ageを設定する
        • introduce：nameとageを表示する

セッション 3: データ型のキャスティングと変換

• 暗黙的変換（アップキャスト）
  • 小さいデータ型から大きいデータ型への自動変換。例えば、intからlongへの変換は自動的に行われます。これにより、データの精度を維持しつつ、より大きな範囲を扱うことができます。
• 明示的変換（ダウンキャスト）
  • 大きいデータ型から小さいデータ型への変換。キャスト演算子を使って明示的に行う必要があります。例えば、doubleからfloatへの変換は(float)キャストを用います。この際、データの精度が失われる可能性があるため注意が必要です。
• 演習課題:以下のコードを実行するとどのような結果になりますか？また、問題点があれば修正してください。

4. 最終課題

最終プロジェクト: 異なるデータ型を使った小規模なプログラムの開発

プロジェクト要件: 以下の要件を満たす小規模なプログラムを開発してください。

1. 個人情報管理プログラム:
   • ユーザーの名前、年齢、メールアドレス、電話番号を管理します。
   • 名前はString型、年齢はint型、メールアドレスはString型、電話番号はString型として扱います。
   • ユーザー情報を格納するために配列またはリストを使用します。
2. 機能要件:
   • 新しいユーザー情報を追加する。
   • 登録されているユーザー情報を表示する。
   • 名前でユーザー情報を検索し、該当するユーザー情報を表示する。
   • ユーザー情報を更新する機能を提供する。
   • ユーザー情報を削除する機能を提供する。