クラスとインスタンス¶

本章の目的

オブジェクト指向における「設計」と「実体化」の基本を理解すること
自分で簡単なクラスを作り、複数のインスタンスで使い分けられるようになること

1. クラスとインスタンスってなに？¶

● はじめに

Javaのプログラムでは、「現実のものごとをプログラムの中で表現する」という考え方がとても重要になります。たとえば、あなたの家にある車や犬やスマートフォンなどを、プログラムの中でも登場させて動かしたいとき、どう表現すればよいでしょうか？

そこで登場するのが、クラス（class）とインスタンス（instance）という考え方です。

● クラスは「設計図」

クラスとは、「もの（オブジェクト）をプログラムで表現するための設計図」です。

たとえば、「車」を表すクラスを作るときには、

どんな情報を持っているか？（例：速度、色、メーカー）
どんな動きをするか？（例：走る、止まる、曲がる）

といったことを設計図としてまとめます。

クラスは「どんな性質・動きがあるのか」を定義する枠組みです。まだ実物（データ）は存在しません。

● インスタンスは「その設計図から作られた実物」

クラスという設計図をもとに、実際に動かせるものを作り出したものが「インスタンス」です。プログラム上では、クラスからインスタンスを作って、それぞれに名前をつけて使います。

たとえば Car というクラスから、

Car myCar = new Car();

と書けば、「myCar」という車が1台できあがります。

さらに、もう1台別の車を作ることもできます：

Car yourCar = new Car();

このように、1つのクラスから複数のインスタンスを作ることができるのです。

● 現実の例で考えてみよう

ペンというクラス：色やインクの種類、書く動作
- → インスタンス：あなたの手元にある赤いボールペン、青い万年筆など
犬というクラス：名前、年齢、吠える動作
- → インスタンス：ポチ、レオ、モモなど実際の犬

● なぜそんな仕組みが必要なの？

プログラムでは、「似たような機能を持つが、具体的な中身は違うもの」がたくさん出てきます。毎回一から作るのではなく、共通の設計図（クラス）を作っておけば、後からいくつでも具体的な実体（インスタンス）を作ることができます。

● この章で学ぶこと

この章では、まず「クラスとインスタンス」という概念を理解し、実際に自分でクラスを定義し、インスタンスを作って使う方法を学んでいきます。まずは、「設計図と実物の関係」という感覚をしっかりつかんでおきましょう。

2. クラスの基本構造を見てみよう¶

● クラスはどうやって書くの？

基本構文

Javaでクラスを定義するには、次のような基本形を使います：

public class クラス名 {
    // フィールド（データ）
    // メソッド（処理）
}

これは、いわば箱のようなもので、この中にデータ（変数）と動作（メソッド）を入れていく、というイメージです。

● 実例：ペン（Pen）を表すクラス

まずは、「ペン」という現実のモノを表すクラスを考えてみましょう。

public class Pen {
    String color;
    boolean hasCap;

    public void write() {
        System.out.println("書いています...");
    }
}

このクラスには以下のような要素があります：

部分	説明
`String color`	ペンの色を表すデータ（文字列）
`boolean hasCap`	キャップがついているかどうかを表す真偽値
`write()` メソッド	ペンで書くときの動作を表す処理

● クラスを使ってみよう（インスタンスの作成）

クラスはあくまで「設計図」。使うにはインスタンス（実物）を作ります。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pen myPen = new Pen();         // Penのインスタンスを作成
        myPen.color = "青";             // 色を設定
        myPen.hasCap = true;           // キャップがある
        myPen.write();                 // 書くメソッドを呼び出す
    }
}

実行結果：

書いています...

このようにして、「設計図」から実際の「動くもの（myPen）」を作り、それに値をセットし、メソッドを呼び出すことで動かします。

● 重要ポイントのまとめ

クラスは、データ（フィールド）と処理（メソッド）をひとまとめにした設計図
クラスから作った実体がインスタンス
インスタンスには、データをセットし、メソッドで動かすことができる

3. インスタンスの作り方と使い方¶

Javaでは、クラス（設計図）からインスタンス（実物）を作って使います。ここでは「ペン」を例にして、クラスからオブジェクトを作り、それをどう使うかを見ていきましょう。

ステップ1：クラスの定義（設計図をつくる）

public class Pen {
    String color;
    boolean hasCap;

    public void write() {
        System.out.println("書いています...");
    }
}

🔍 解説

String color;

→ ペンの「色」を表します（状態：青、赤、黒…など）。
boolean hasCap;

→ ペンに「キャップがあるかどうか」を表します（true/false）。
public void write()

→ ペンで文字を書く動作を表すメソッドです。実行すると "書いています..." と表示されます。

このように、データ（フィールド）と動き（メソッド）をセットで定義しているのが、クラスです。

ステップ2：インスタンスの生成（実物をつくる）

Pen myPen = new Pen();

🔍 解説

new Pen()：Penクラス（設計図）から実物を作る
myPen：その実物を参照する変数（ペンの名前のようなもの）

これで、myPen は「青いペン」や「キャップつきのペン」としてカスタマイズできる実物になります。

ステップ3：フィールドに値を入れる（ペンの特徴を決める）

myPen.color = "青";
myPen.hasCap = true;

🔍 解説

color に "青" を代入 → 青いペン
hasCap に true を代入 → キャップあり

インスタンスは、自分の持つデータ（状態）を自由に変えることができます。

ステップ4：メソッドを呼び出す（動かす）

myPen.write();

🔍 解説

myPen が持っている write() メソッドを呼び出しています。
実行すると、「書いています…」というメッセージが表示されます。

このように、インスタンスが持つメソッド（ふるまい）を使うことで、実際に「動かす」ことができます。

全体の流れ（コード）

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pen myPen = new Pen();        // ペンを作成
        myPen.color = "青";           // 色を設定
        myPen.hasCap = true;          // キャップあり
        myPen.write();                // 書くメソッドを実行
    }
}

📌 まとめ：インスタンスを使う流れ

ステップ	内容	例文
① クラス定義	設計図を作る	`public class Pen {...}`
② インスタンス生成	実物を作る	`Pen myPen = new Pen();`
③ フィールド設定	状態（データ）を与える	`myPen.color = "青";`
④ メソッド実行	動きを使う（ふるまい）	`myPen.write();`

4. クラスで「状態」と「ふるまい」を表現する¶

クラスは「データ」と「処理」のセット

オブジェクト指向では、オブジェクトは状態（データ）とふるまい（処理）を持つものとして考えます。 Javaでは、それぞれ以下のように表現されます。

状態：フィールド（インスタンス変数）で表現
ふるまい：メソッドで表現

🖊 ペンの例で見てみよう

前のセクションで使った Pen クラスを思い出してください。このクラスでは次のように状態とふるまいを表現していました：

public class Pen {
    String color;        // 状態（色）
    boolean hasCap;      // 状態（キャップがあるか）

    public void write() {
        System.out.println("書いています...");  // ふるまい（書く動作）
    }
}

このように、状態（フィールド）として color や hasCap を持ち、 ふるまい（メソッド）として write() を持っています。

🎯 状態とふるまいはセットで意味を持つ

現実世界のモノを思い出してみてください。たとえば：

車：
- 状態：スピード、燃料、色
- ふるまい：走る、止まる、曲がる
犬：
- 状態：名前、年齢、種類
- ふるまい：吠える、座る、歩く

Javaでは、このように「状態」と「ふるまい」をセットにして定義することで、現実世界のモノをプログラムで再現できます。

✨ なぜ状態とふるまいをセットにするのか？

これにより、オブジェクトが「自分の状態に応じて動作する」ようになります。

if (myPen.hasCap) {
    myPen.write();
}

このように、「キャップがあるなら書く」という状態とふるまいの組み合わせが可能になります。これは、プログラムに意味や柔軟性、拡張性を持たせるために非常に重要です。

✅ まとめ

用語	意味	Penクラスの例
状態	オブジェクトの情報	`color`, `hasCap`
ふるまい	オブジェクトの動き	`write()`メソッド

5. クラスとインスタンスの例：ペンを表現する¶

このセクションでは、前に学んだ「クラス」や「インスタンス」、「状態とふるまい」の知識を使って、複数のペンを作り、それぞれが異なる状態や動きをする例を見ていきます。

🎨 クラスから「実物（インスタンス）」を複数作る

たとえば、以下のような Pen クラスを用意します：

public class Pen {
    String color;
    boolean hasCap;

    public void write() {
        if (hasCap) {
            System.out.println(color + "のインクで書いています。");
        } else {
            System.out.println("キャップがないので書けません。");
        }
    }
}

このクラスから、2つのインスタンス（実物のペン）を作ってみましょう。

🧪 複数インスタンスを作るコード例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pen bluePen = new Pen();
        bluePen.color = "青";
        bluePen.hasCap = true;

        Pen redPen = new Pen();
        redPen.color = "赤";
        redPen.hasCap = false;

        bluePen.write();  // 出力: 青のインクで書いています。
        redPen.write();   // 出力: キャップがないので書けません。
    }
}

🧠 ポイント：インスタンスごとに「状態」が違う

bluePen と redPen は、同じクラス Pen から作られたにもかかわらず、
color や hasCap といった「状態」がそれぞれ異なるため、
同じ write() メソッドを使っても、出力される結果が違うのです。

これは、オブジェクト指向の重要な特徴のひとつである「状態ごとのふるまい」を表しています。

📌 まとめ

インスタンス名	状態（color / hasCap）	ふるまいの結果
bluePen	“青” / true	青のインクで書いています。
redPen	“赤” / false	キャップがないので書けません。

このように、「クラス」という設計図から、好きな数だけオブジェクト（インスタンス）を作り、それぞれに違う「状態」を与えて、同じ「ふるまい」を呼び出すことで、多様な動作を表現することができます。

インスタンスはそれぞれ独立している

これまでに学んだように、クラスは「設計図」であり、そこから作られるインスタンス（実体）は、それぞれ独立しています。

🖊️ Penクラスの再利用

public class Pen {
    String color;
    boolean hasCap;

    public void write() {
        if (hasCap) {
            System.out.println(color + "のインクで書いています。");
        } else {
            System.out.println("キャップがないので書けません。");
        }
    }
}

🧪 例：状態の変化と独立性

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pen penA = new Pen();
        penA.color = "青";
        penA.hasCap = true;

        Pen penB = new Pen();
        penB.color = "赤";
        penB.hasCap = true;

        penA.write(); // 青のインクで書いています。
        penB.write(); // 赤のインクで書いています。

        // penAのキャップを外してみる
        penA.hasCap = false;

        penA.write(); // キャップがないので書けません。
        penB.write(); // 赤のインクで書いています。（変わらない！）
    }
}

✅ ポイント

penA の hasCap を false に変更しましたが、penB には影響しません。
同じ Pen クラスから作られていても、インスタンス同士は完全に別物です。

🧠 イメージ：設計図から作られた製品

以下のようなイメージを持つと分かりやすいです：

設計図（クラス）	実物（インスタンス）その１	実物（インスタンス）その２
ペンの設計図	青・キャップあり	赤・キャップなし

→ 設計図は同じでも、作られた実物は別々に使える。

🧬 メモリ上でも「別の場所」に存在している

Javaでは、new を使ってインスタンスを生成すると、それぞれ異なるメモリ領域が確保されます。つまり、penA と penB は物理的にもプログラム上でも「別々の存在」です。

📌 まとめ

インスタンスはそれぞれ独立して存在する
状態の変更はそのインスタンスだけに影響する
同じクラスからでも、多様な「モノ」を作ることができる

6. 練習問題¶

【問題1】〇か×で答えよう

次の文が正しければ〇、間違っていれば×で答えてください。

同じクラスから作られたインスタンス同士は、メモリ上でも同じ場所を共有する。

回答と解説（クリックして表示）

×

→ インスタンスはそれぞれ独立したメモリ上に存在するため、共有していません。

インスタンスAの状態を変更しても、インスタンスBには影響しない。

回答と解説（クリックして表示）

○

→ 片方のインスタンスの変更は、もう一方には影響しません。

クラスは実体であり、色や状態を記録するための情報を個別に持っている。

回答と解説（クリックして表示）

×

→ 実体（情報を個別に持つの）はインスタンスであり、クラスはあくまで設計図です。

クラスは設計図であり、実際に動作する「モノ」はインスタンスである。

回答と解説（クリックして表示）

○

→ クラスは設計図、インスタンスが「実物」です。

【問題2】コードを読んで、出力を予想しよう

以下のコードを見て、プログラムを実行したときの標準出力内容を答えてください。

public class Pen {
    String color;
    boolean hasCap;

    public void write() {
        if (hasCap) {
            System.out.println(color + "のペンで書いています。");
        } else {
            System.out.println("キャップがないので書けません。");
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pen pen1 = new Pen();
        pen1.color = "黒";
        pen1.hasCap = true;

        Pen pen2 = new Pen();
        pen2.color = "緑";
        pen2.hasCap = false;

        pen1.write();
        pen2.write();

        pen1.hasCap = false;
        pen1.write();
        pen2.write();
    }
}

回答と解説（クリックして表示）：

出力結果：

黒のペンで書いています。
キャップがないので書けません。
キャップがないので書けません。
キャップがないので書けません。

解説：

最初、pen1 はキャップあり → 書ける
pen2 はキャップなし → 書けない
pen1 のキャップを外したので → 書けなくなった
pen2 は最初からキャップなしなので → 書けないまま

【問題3】自分でクラスを作ってみよう（簡易コーディング課題）

以下の仕様に従って、自分でJavaのクラスとインスタンスを作ってみましょう。

クラス名は Lamp
フィールド（状態）：
- boolean isOn（点灯しているかどうか）
メソッド（ふるまい）：
- void turnOn() → 「ライトをつけました」と表示し、isOn を true に
- void turnOff() → 「ライトを消しました」と表示し、isOn を false に

やること：

Lamp クラスを作る
lampA と lampB の2つのインスタンスを作成する
lampA は点灯し、lampB は消灯する
それぞれの状態を確認するように出力する

回答例と解説（クリックして表示）：

public class Lamp {
    boolean isOn;

    public void turnOn() {
        isOn = true;
        System.out.println("ライトをつけました。");
    }

    public void turnOff() {
        isOn = false;
        System.out.println("ライトを消しました。");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Lamp lampA = new Lamp();
        Lamp lampB = new Lamp();

        lampA.turnOn();  // → ライトをつけました。
        lampB.turnOff(); // → ライトを消しました。
    }
}

解説：

lampA と lampB は別々のインスタンス
それぞれ独自の isOn 状態を持っており、干渉しません