Java Basic 実践学習編 〜変数の使用とデータ型、条件分岐、コードブロック〜

イントロダクション

前回は「Java Basic 実践学習編 〜ハローワールドから変数の宣言・初期化〜」を行いました。

今回は、表題の通りです。

変数の使用

前回も行いましたが、下のように、変数を宣言、初期化して使用します。

変数の宣言と初期化

<Code.09>

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        // 変数の宣言
        int seisu;
        // 変数の初期化
        double shosu = 0.0;
        // 変数の初期化
        String moji = "文字列";
    }
}
九九の二の段

<Code.10>

public static void main(String[] args) {
    int a = 2;
    int x = 1;
    System.out.println("2 x 1 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 2 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 3 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 4 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 5 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 6 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 7 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 8 = " + a * x);
    x++;
    System.out.println("2 x 9 = " + a * x);
}

上のコードは、九九の二の段を表示するプログラムです。ここでは変数xの値をインクリメントすることで、二の段の計算結果を表示しています。

変数の宣言と初期化を確認したところで次のコードに行きます。

コードブロック

一旦立ち止まって振り返ります。今まで動かしていた「メインメソッド」は下のように書きます。
この時に「{」から「}」までの間がメインメソッドの範囲、コードブロックになります。

<Code.11>

public static void main(String[] args) {
    // 何かしらの処理
}

これは決まっている部分ですので、そのまま覚えても問題ありません。と言うか自分は覚えました。

ポイント

「{}」は「中かっこ」、「波かっこ」など色々な言い方がありますが、「{}」の括弧で囲まれた部分が「ブロック」になります。
具体的には<Code.11>の「{」から「}」までの間が「(コード)ブロック」にあたります。

これは、スコープともいい「{」から「}」までの間だけ変数が機能します。
具体的には、下のように書くと変数「num」はエラーになると言うところです。

変数の有効範囲

<Code.12>

public static void main(String[] args) { // ここからメインメソッドのブロック
    int a = 0;
    if (a == 1) { // ここからIFのブロック
        int num = 0;
        num++;
    } else { // ここからelseのブロック
        num = 10; // ここでエラー
    }
}

「{」から「}」までの間が、変数のスコープ、機能する範囲なのでif() { ... }の中で宣言(初期化)された変数「num」はelse { ... }の範囲では機能しないのです。

詳細は以下のようになります。

  1. 1行目はメインメソッドの定義、メソッドの宣言
  2. 2行目でint型(整数型)の変数「a」の初期化
  3. if文で「aの値が1のときIFブロックに処理が進む」
  4. 同様に「if文の条件以外のばあいelseのブロックに進む」

この様に、メインメソッドのブロックの中に、ifのぶろっくとelseのブロックがあります。

そして、これを次のように書き換えるとエラーは出ません。

<Code.13>

public static void main(String[] args) {
    int a = 0;
    int num = 0;
    if (a == 1) {
        num++;
    } else {
        num = 10;
    }
}

変数「num」がメインメソッドのスコープ内で宣言されているので、その中にあるif() { ... }の中でもelse { ... }でも両方で機能することができます。

なので、次のようなコードでは、メソッドの中で宣言していてもエラーになります。別のメソッドだから、スコープの範囲が違うためです。

<Code.14>

public static void main(String[] args) {
    int a = 0;
    int num = 0;
    if (a == 1) {
        num++;
    } else {
        num = 10;
    }
}

/** メンバメソッド */
public void test1() {
    num; // ここでエラー
    System.out.println("test1");
    System.out.println("2 / 2 = " + 2 / 2);
}

ポイント

変数のスコープと言うのがありそれは「{」から「}」までの間がその範囲になります。
なので変数の宣言が、「{」から「}」までの間の外にあればそれはそれはエラーになります。

クラスとメソッドについて

今までプログラムを何個か作成してきましたが、Javaのプログラムを動かすための単位は「クラス」になります。
このクラスは下のように書き、フィールドとメソッドを持っています。

<Code.15>

public class HelloWorld {
    /** フィールド */
    private int field;

    /** メソッド */
    public void method(String hikisu) {
        int a = 0;
        int num = 0;
        if (a == 1) {
            num++;
        } else {
            num = 10;
        }
    }
}

このルールで、作成したクラスに「メインメソッド」を追加しているのです。今までに作成したものはメインメソッドのみでしたが。。。クラスとしては成り立つのです。ちょっと極端ですが、空クラスも、作成すればあります。

public class Kara {
}

Javaの実装ルールに違反していないのでOKなのです。まぁ作成する意味もないですが。。。

条件分岐

if文

次は、<Code.13>で出てきたif文に関して学習します。
俗にいう条件分岐です。これは、プログラムを実行するときに「~の場合の処理」と条件を付けて処理を分けたいときに使用します。具体的に以下のようなコードです。

<Code.16>

public static void main(String[] args) {
    int num = 10;
    if (num == 10) {
        System.out.println("No10");
    } else {
        System.out.println("Not No10");
    }
}

int型(整数型)の変数numが10の時「No10」とコンソールに表示します。それ以外の時は「Not No10」と表示します。
この場合は、プログラムを書き換えて変数numの値を変更してやる必要があります。

なので、プログラム引数を使用してプログラムを書き換えなくてもよいように修正します。

プログラム引数

プログラム引数は、Javaプログラムを実行するときに渡せる引数のことで、引数はString型の値になります。
ただし、文字列を複数渡すことができるのでString[](String型の配列)になっています。

具体的には下のように使用します。

コードとしては、動画のものと違いますが、下のように使います。

public static void main(String[] args) {
    // プログラム引数を取得する
    int num = Integer.parseInt(args[0]);
    if (num == 10) {
        System.out.println("No10");
    } else {
        System.out.println("Not No10");
    }
}

しかし、このコードでは、プログラム引数が渡されてないい場合はエラーになります。

なので次のように書き換えます。
<Code.17>

public static void main(String[] args) {
    // プログラム引数を取得する
    int num;
    if (args[0] != null && args[0].matches("[0-9]{1}")) {
        num = Integer.parseInt(args[0]);
    } else {
        num = 10;
    }

    if (num == 10) {
        System.out.println("No10");
    } else {
        System.out.println("Not No10");
    }
}

このように、想定外の入力があったときを考慮してプログラムを作成するとエラーが出ない、安全なプログラムができます。リアルでもプログラムでも安全第一です

処理の内容に関して
初めの

if (args[0] != null && args[0].matches("[0-9]{1}")) {

を分解して説明します。
if文に関しては後に説明しますが、

args[0].matches("[0-9]{1}") {

の部分に関して
この部分はString型のメソッドを使用しています。実はString型はJavaAPIで定義されているクラスなのです。
String[]はString型の配列ですので、配列の中身はString型の変数です、

String[0]

String[] hako = {"もじ", "123", "aaa"};

と初期化したときの「"もじ"」に当たります。
つまり

String[0] => "もじ", String[1] => "123", String[2] => "aaa"

となります。

なので、Stringクラスのメソッド「matches」を使用することができます。

このメソッドの処理は引数に「正規表現」を渡し返り値に正規表現にマッチするかどうか?を返す処理になります。

具体的には下のようになります。
<Code.18>

public static void main(String[] args) {
    String aa = "12345";
    boolean isNumber = aa.matches("[0-9]{1,}");
    System.out.println("入力値: " + aa + "は、正規表現「[0-9]{1,}」にマッチするか?: " + isNumber);

    boolean isAtoZ = aa.matches("[A-Z]{1,}");
    System.out.println("入力値: " + aa + "は、正規表現「[0-9]{1,}」にマッチするか?: " + isAtoZ);
}

実行結果は以下の通りです。

条件分岐本題

if文になれてきたところで、プログラムを理解していきましょう。

<Code.13>を見てください。初めのif文で変数aaの値が10の時...と処理が書いてあります。

public static void main(String[] args) {
    int num = 10;
    if (num == 10) {
        System.out.println("No10");
    } else {
        System.out.println("Not No10");
    }
}

ここでのnum == 10の部分が論理式になります。論理式とは返却値に真偽値(trueもしくはfalse)を返します。
コードで書くと下のようになります。

boolean is10 = num == 10;

何度も記載しますが、booleanは真偽値のデータ型です。true, falseどちらかの値しか持ちません。
なので、変数「num」が10の場合は、true, そうでない場合はflaseが変数「is10」に代入されます。

ちょっと座学臭い感じですが、「=」演算子は式の値を代入します。
初めの方に実装しましたが、変数の初期化を行った時には「=」で宣言と同時に値を代入します。

int num = 10;

同様に、初期化でなくても値は代入する事ができます。

num = 9;

下のように、プログラムを書いたときは変数「num」の値が変わって聞きます。そして、プログラムは必ず上から下に流れます。
<Code.19>

public static void main(String[] args) {
    int num = 10;
    if (num == 10) {
        num = 20;
    } else {
        num = 3;
    }
    if (num == 20) {
        System.out.println("Hello");
    } else {
        System.out.println("Bye");
    }
}

このコードは、「Hello」が表示されます。以下のように処理が進みます。

  1. int型の変数numを10で初期化
  2. もしnumが10であれば、numに20を代入
    3.それ以外ならnumに3を代入
  3. もしnumが20であれば、「Hello」を表示
  4. それ以外なら「Bye」を標示

条件分岐のバリエーション

if-elseを理解できたと思います。これに追加してelse-ifがあります。具体的には下のように書きます。
<Code.20>

public static void main(String[] args) {
    int num = 10;
    if (num == 10) {
        num = 20;
    } else if (num == 20){
        num = 3;
    } else {
        num = 2;
    }
    if (num == 20) {
        System.out.println("Hello");
    } else if (num == 3) {
        System.out.println("Else if");
    } else {
        System.out.println("Bye");
    }
}

今までの条件に「そのほかに、もしnumが20の時」という文言が加わりました。
作り方はif文の時と同じです。

文章をつなげると「もじnumが10ならば~その他にもし、numが20ならば~、それ以外なら~」というような文章、プログラムができました。

switch文

switch文はif文と同じです。ただ書き方が違います。
if文は以下のように書きます。

if (論理式A) {
    // 論理式Aがtrueときの処理
} else if (論理式B) {
    // 論理式Bがtrueときの処理
} else {
    // 何かしらの処理
}

switch文は以下の通りです。

switch (変数) {
case XX:
    // 変数がXの時のケース
    break;
case YY:
    // 変数がYの時のケース
    break;
default:
    // 変数が上記以外のとき
}

<Code.20>をswitch文に書き換えると下のようになります。

public static void main(String[] args) {
    int num = 10;
    switch (num) {
    case 10:
        System.out.println("No8");
        break;
    case 20:
        System.out.println("No9");
        break;
    default:
        System.out.println("それ以外");
    }
}
ポイント

このプログラムの

break;

に注目して下さい。この分がないとどうなるでしょうか?
<Code.21>

switch (num) {
case 8:
    System.out.println("No8");
case 9:
    System.out.println("No9");
default:
    System.out.println("それ以外");
}
if (num == 0) {
    break;
}

出力結果はいかのようになりました。入力値は「8」です。

8
No8
No9
それ以外

入力値が「9」の場合は

9
No9
それ以外

同様に上記以外の入力、「5」を入力しました。

5
それ以外

つまるところは、breakがないとそれ以降の処理がすべて動いてしまうということです。

ループ文

while文

やって来ました。ループ文です。ここまで来た方おめでとうおございます。
プログラミングで遊ぶ材料がそろいました。

まずは下のループ文を見てください。

public static void main(String[] args) {
    Scanner scan = new Scanner(System.in);

    while(true) {
        int num = scan.nextInt();

        switch (num) {
        case 8:
            System.out.println("No8");
            break;
        case 9:
            System.out.println("No9");
            break;
        default:
            System.out.println("それ以外");
        }
    }
}
while(true) { ... }

これは無限ループのプログラムの型です。
「{}」の間(スコープ)を無限ループします。

このままだとプログラムが終了しません。

では、どのようにプログラムを終了するか?

特定の入力があった場合にプログラムを終了するようにプログラムを作ります。

今回利用しているJavaAPIは、java.util.Scannerです。
そして、使用しているメソッドはnextInt()です。

終了するための処理は下のコードです。

public static void main(String[] args) {
    Scanner scan = new Scanner(System.in);

    while(true) {
        int num = scan.nextInt();

        switch (num) {
        case 8:
            System.out.println("No8");
            break;
        case 9:
            System.out.println("No9");
            break;
        default:
            System.out.println("それ以外");
        }
        if (num == 0) {
            break;
        }
    }
}

上のコードを説明すると。。。

  1. Scanner scan = new Scanner(System.in);で標準入力の受付クラスをインスタンス化
    標準入力を受け付けられるようにします。

  2. while(true) {で無限ループを開始します。

  3. int num = scan.nextInt();で標準入力を待ち受けます。

  4. あとはswitch文で受け取った値の判定をしてそれぞれの処理を行います。

  5. if (num == 0) {入力値を代入した変数「num」が0の場合「{}」内の処理を行います。

  6. break;無限ループを抜けます。

for文

この無限ループは、ゲームを作成するときの基本的なプログラムになります。
そして、今回は回数制限のある「おみくじゲーム」を作成します。

占い回数を入力して、今日の運勢を%で算出します。

public static void main(String[] args) {
    Scanner scan = new Scanner(System.in);

    System.out.println("今日の運勢を占います。占う回数を入力してください。");
    int num = 0;
    while(true) {
        num = scan.nextInt();
        if (num > 3) {
            System.out.println("3以下の値を入力してください");
            continue;
        }
        break;
    }
    System.out.println(num + "回占います。");

    int sisu = 0;
    for (int i = 0; i < num; i++) {
        int unsei = new Random().nextInt(3);
        if (unsei == 0) {
            System.out.println((i + 1) + "回目: 大吉");
            sisu += 4;
        } else if (unsei == 1) {
            System.out.println((i + 1) + "回目: 中吉");
            sisu += 3;
        } else if (unsei == 2) {
            System.out.println((i + 1) + "回目: 吉");
            sisu += 2;
        } else {
            System.out.println((i + 1) + "回目: 凶");
            sisu += 1;
        }
    }
    System.out.println("sisu: " + sisu);
    int un = new BigDecimal(sisu).divide(new BigDecimal(num * 4), 2, RoundingMode.DOWN).multiply(new BigDecimal(100)).intValue();
    System.out.println("un: " + un);
    System.out.println("今日の運勢は、" + un + "%好調です。");
}

これを改造するもよし、アイディアを出して別のものにするもよし、
遊んでみてください。

ポイント

今回使用したループ文はfor文といって下のように書きます。

for (カウンタの初期化; ループする論理式; ループした後の処理) {
    // 何かしらの処理
}

これは、どのような意味かというとfor int i = 0; i < 10; i++) { .. }`とコードを書いたときの場合は、int(整数)型の変数を0で初期化(`int i = 0`)して、この変数が10よりも小さい(i < 10)間、ループするたびにあとの処理(`i++)を行います。

ループ文の練習です、下のような問題があります。

問題1「4回ループするfor文を作ってください」

<for文の場合>

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.pprintln("Hello" + i);
}

処理の順序は下のようになります。

  1. int型(整数型)の変数iを0で初期化
  2. i = 0なので論理式「i < 5」の評価後の値は「0 < 5」でtrue
  3. 論理式の値がtrueなので「{}」の中の処理を行う
  4. 「Hello0」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  5. iが1になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「1 < 5」でtrue

  6. 「Hello1」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  7. iが2になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「2 < 5」でtrue

  8. 「Hello2」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  9. iが3になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「3 < 5」でtrue

  10. 「Hello3」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  11. iが4になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「4 < 5」でtrue

  12. 「Hello4」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  13. iが5になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「5 < 5」でfalse

  14. 論理式の値がfalseになったのでループを終了する

<while文の場合>

int i = 0;
while(i < 5) {
    System.out.println("Hello" + i);
    i++;
}
  1. int型(整数型)の変数iを0で初期化
  2. i = 0なので論理式「i < 5」の評価後の値は「0 < 5」でtrue
  3. 論理式の値がtrueなので「{}」の中の処理を行う
  4. 「Hello0」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  5. iが1になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「1 < 5」でtrue

  6. 「Hello1」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  7. iが2になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「2 < 5」でtrue

  8. 「Hello2」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  9. iが3になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「3 < 5」でtrue

  10. 「Hello3」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  11. iが4になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「4 < 5」でtrue

  12. 「Hello4」を表示した後に
    i++

    の処理を行う

  13. iが5になったので、論理式
    i < 5

    の評価の値は「5 < 5」でfalse

  14. 論理式の値がfalseになったのでループを終了する

こんな風に作成します。

今までに学習してきたことは大まかに下のようなことです。

  • リテラルの理解
  • 変数・データ型の理解
  • 条件分岐の理解
  • ループ文、繰り返し処理の理解

これらの処理、文法がプログラミングの基本になります。この基本は「初めの一歩」にして「奥義」たりえます。
基本を極めればどんなプログラムでも対応する事ができます。

そして、楽しく学習するのが一番学習効果が高いので「楽しく」プログラミングできるように想像力を働かせましょう。

具体的には「~出来たら面白そうだ」などと考えてみましょう。もしかしたらものすごい発見があるかもしれません。

でわでわ。。。

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