アルゴリズムとプログラミング (Algorithms and Programming)

アルゴリズムとプログラミング(Algorithms and Programming) • オブジェクト指向的な問題解決法とは • UML (Unified Modeling Language) • オブジェクトの設計図：クラス • クラスとインスタンス • オブジェクト指向３大原則 • 継承 • カプセル化 • ポリモーフィズム第４回：オブジェクト指向の考え方講義資料等： http://www.pe.titech.ac.jp/~watanabe/lecture/ap/index-j.html

機械中心主義 オブジェクト指向プログラミングの理想人間が解決したい問題から、その問題を解くために必要となる概念（対象）を抽出し定義する。問題解決はその“対象“への”操作”に帰着。機械の都合は２の次。対象＝オブジェクト人間中心主義オブジェクト指向とは？これまで（オブジェクト指向以前）：コンピュータ(CPU)が扱えるデータ型と演算をまず考え、人間が解決したい問題をそれに合わせて解釈し直し、プログラム言語に変換する。

問題設定例１：猫をメインキャラクターとするペット育成シミュレーションソフトの開発問題設定例１：猫をメインキャラクターとするペット育成シミュレーションソフトの開発この課題では、猫キャラクターが重要な鍵を握る猫どんな属性に注目するか猫どんな振る舞いをするか顔デザイン毛の色体重属性＝観察すべき特性

猫オブジェクトの定義 猫顔デザイン毛の色体重属性 (attribute) 観察すべき特性鳴く() 食べる() 遊ぶ() 操作 (operation) 独特の振る舞いオブジェクト　＝　属性　＋　操作これらを定義する作業をモデリングという

オブジェクトの設計図＝クラス クラス名猫猫猫顔デザイン毛の色体重顔デザイン毛の色体重属性鳴く() 食べる() 遊ぶ() 操作これらは全てクラス図

オブジェクトの生成 設計図(クラス)の属性と操作に値を与えて具体化したもの＝オブジェクトインスタンス化するという３つの記法：どれも可ミケ：猫オブジェクト名：クラス名顔デザイン毛の色：三色体重：2400g 　：クラス名オブジェクト名オブジェクト図

クラスとオブジェクトの関係 猫顔デザイン毛の色：体重：クラス(設計図) オブジェクト属性と操作に具体的な値を与えて生成された実体クロ：猫ミケ：猫トラ：猫顔デザイン毛の色：黒色体重：1500g 顔デザイン毛の色：三色体重：2400g 顔デザイン毛の色：トラ柄体重：3000g クロ：猫　オブジェクトは猫クラスのインスタンスである

クラスの階層構造 動物汎化一般的抽象的脊椎動物スーパークラス哺乳類矢印の向きは汎化する向き相対的な階層関係サブクラス猫クラス図個別的具体的オブジェクト図特化クロ：猫ミケ：猫トラ：猫顔デザイン毛の色：黒色体重：1500g 顔デザイン毛の色：三色体重：2400g 顔デザイン毛の色：トラ柄体重：3000g

オブジェクト指向の表記法 UML (Unified Modeling Language) : 　　統一されたモデリングの方法論と表記法クラス図オブジェクト図ユースケース図ステートチャート図シーケンス図アクティビティ図コラボレーション図コンポーネント図配置図 Java言語と直接の関係はないがオブジェクト指向用語や概念の標準であり、Java言語にも基本部分が取り入れられている。世の中を、これらのチャート図を用いて表現(モデリング)し、最終段階でJavaのクラスやオブジェクトの関係として設計、プログラムを作成し、問題を解決する。

クラス同士の関係 えさをあげるじゃれる関連(association) 猫人間

クラス同士の関係 えさをあげるロール(role) 猫人間飼い主ペット

クラス同士の関係 多重度 (multiplicity) 表記法 0..30から3まで 1..*1以上 1,5,71か5か7 １１．．＊猫人間猫から見て飼い主としての人間が１人であることが保証された状況をモデリング飼い主は猫を複数飼うことができる一般に０も許せば　→　０．．＊しかし、家族の複数名が飼い主と見なせる可能性を考慮すれば　→　１．．＊１２車輪自転車

クラス同士の関係 えさをあげる限定子(qualifier) 1 １猫人間名前複数の猫を名前で限定することで、多重度を１対１にできる

クラスが別のクラスで構成 集約(aggregation) ゾウ動物園キリンライオン部分要素が集まり全体を構成

クラスが別のクラスで構成 コンポジション集約(composition) 天板机脚部品だけでは意味をなさない場合

オブジェクト指向３原則：継承 猫クラスは、哺乳類クラスを継承しているスーパークラス哺乳類すべての属性と操作を受け継ぐ体重食べる() 母乳で育てる() 例外無し！矢印の向きは汎化する向き UML表記サブクラス猫哺乳類から継承した属性体重毛の色省略可猫クラス独自の属性食べる() 母乳で育てる() 鳴く() 遊ぶ() 哺乳類から継承した操作猫クラス独自の操作

継承と集約の区別 哺乳類継承：　is-a関係（猫は哺乳類である）（ゾウは動物園である）犬猫人集約：　has-a関係動物園ゾウキリンライオン

オブジェクト指向３原則：カプセル化 クラス図猫顔デザイン毛の色体重属性 (attribute) カプセル化鳴く() 食べる() 遊ぶ() 操作 (operation) 他のクラスの属性や操作と厳格に区別するためのしくみ。

カプセル化の実現：　可視性(visibility) 猫顔デザイン毛の色体重それぞれがどの範囲から見えるかを定義(可視性のレベル) private：同クラスからのみ参照可能(-) protected:継承関係にあるクラス　　　　　　　　　　　からも参照可能(#) public: 全てのクラスから参照可能(+) 属性鳴く() 食べる() 遊ぶ() 操作

可視性の表記（ー，＃，＋） 乗り物 -スピード全てサブクラスへ継承される #スピードを変える() #スピードを表示する() 飛行機飛行機クラスでは、継承していてもスピード属性を参照できない。 →　スピードを表示する()操作を使う -高度 #離陸する() #着陸する() #高度を表示する()

抽象クラス：オブジェクトを生成できないクラス抽象クラス：オブジェクトを生成できないクラス乗り物クラス名をイタリックにすると抽象クラス -スピード #スピードを変える() #スピードを表示する() 乗り物クラスのインスタンスは存在しないことが保証される飛行機飛行機クラスでは、依然としてスピードを表示する()操作は必須であり、乗り物クラスは使われる。 -高度 #離陸する() #着陸する() #高度を表示する()

オブジェクト指向３原則：ポリモーフィズム （多態性：オブジェクトは１つだが複数の形を持っていること）ジェット機クラスのインスタンスを、乗り物オブジェクトとして扱うことができる。乗り物飛行機自動車ジェット機クラスのインスタンスに対する操作を、乗り物に対する操作として記述できるジェット機プロペラ機このような記述の仕方にどんなメリットがあるの？ジェット機は飛行機でもあり、乗り物でもある

乗り物 #動力を始動する() 飛行機自動車 #動力を始動する() #動力を始動する() ジェット機プロペラ機操作名は同じだが、実際の操作内容はそれぞれ異なる #動力を始動する() #動力を始動する()

ジェット機クラスのインスタンスを生成する ：ジェット機このインスタンスを乗り物オブジェクトと見なす（乗り物オブジェクト変数に格納する）：乗り物変数名：乗り物１動力を始動する()メッセージを送るこの記法は、ジェット機に限らず、プロペラ機にも自動車にも、将来的に追加される乗り物にもそのまま変更なく使える。乗り物１.動力を始動する() 乗り物オブジェクトの操作が呼び出されるように記述されているが、自動的にジェット機オブジェクトに対する操作が呼び出される上位概念（スーパークラス）オブジェクトに対する操作として記述しておくと、サブクラスの細かい修正や追加などに対して強いプログラムになる（保守性が高い）

ジェット機クラスのインスタンスを生成する ：ジェット機このインスタンスをジェット機オブジェクト変数に格納する）：ジェット機変数名：ジェット機１動力を始動する()メッセージを送るジェット機１.動力を始動する() この記法では、プロペラ機や自動車、さらには将来的に追加される乗り物に対しては、そのままでは使えない。

ポリモーフィズムのまとめ ポリモーフィズム(polymorphism)の意味：　　１つのオブジェクトが複数の形を持つ ← 継承により実現ポリモーフィズムの活用の仕方：　　上位概念（スーパークラス）への操作として表現する（プログラムを記述する）その効果：　　サブクラスの細かい修正や追加などに対して強い（保守性が高い）プログラムになるオブジェクト指向プログラミングの有効性！

まとめ • オブジェクト指向的な問題解決法とは • UML (Unified Modeling Language) • オブジェクトの設計図：クラス • クラスとインスタンス • オブジェクト指向３大原則 • 継承 • カプセル化 • ポリモーフィズム

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