第３講 Java言語の基礎４のサブセクション
配列とList
Listとは
第１講で，Javaでは，配列ではなく List を使うように述べました．
ここでは，Listの使い方を学びます．
Java言語に限らずListとはデータ構造の一つで，順序を持つ複数のデータを扱います．
要するに配列を置き換えるものです．Listの特徴は次の通りです．
- 格納された要素をインデックスにより参照できる．
- 要素を追加・削除できる．
- 生成時にサイズを決める必要はない．
- サイズは必要に応じて自動的に増加，縮小する．
- 途中の要素を削除しても，間が詰められる．
基本的な特徴は配列と同じです．
しかし，配列にはない特徴もあります．例えば，サイズを生成時に決める必要がない，
やサイズが自動的に増減するなどです．Listは配列よりも優れた特徴を持つ型ですから，
配列ではなく，Listを積極的に使っていきましょう．
Listの種類
Java言語では順序を持つデータの集合をListと呼びます．
その実現方法は配列を用いる方法，リンクリストを用いる方法の２種類があります．
それぞれの実現方法には向いている点，向いていない点が存在します．
そのため，Javaにはそれぞれの実現方法でListを実現する型が
存在します．ArrayListとLinkedListの２つの型です．どちらを使っても処理の違いはありませんが，
処理内容によっては実行速度が違ってくる可能性があります．
とはいえ，その違いが効いてくるのは，もっと大規模で，実行速度が重視される場合ですから，今は気にしなくても良いでしょう．
リンクリストの詳細については，FAQ のリンクリストとは何ですかを参照してください．
基本的にArrayListもLinkedListも使い方に違いはありません．
以下の例では，ArrayListで説明していますが，ArrayListをLinkedListに置き換えても
同じ説明が成り立ちますので，適宜読み替えてください．
なお，ArrayListを使うときには，import文が必要です．import java.util.ArrayList;
とクラス宣言の前に書きましょう．
Listの宣言方法
Java言語でListを使うには，今までとは少し異なる宣言方法が必要です．
データ構造にどのような型の変数を格納するかを型宣言に含める必要があります．
例えば，ArrayListにString型や，Integer型を格納しようとすると，次のような宣言が必要になります．
// String型を格納する ArrayList．
ArrayList<String> listForStrings =
new ArrayList<String>();
// Integer型を格納する ArrayList．
ArrayList<Integer> listForIntegers =
new ArrayList<Integer>();上記のように，ArrayList<格納する型> という型として宣言しなければならず，また，
実体を作成するときも，new ArrayList<格納する型>() のように作成しなければいけません．
格納する型が異なるとコンパイルエラーが発生します．
なお，実体を作成するときの格納する型は，下のように省略できます．以下のコードは上に挙げたコードと全く同じ結果になります．
ArrayList<String> listForStrings = new ArrayList<>();
ArrayList<Integer> listForIntegers = new ArrayList<>();Listの操作
一般的に Listに対して行える操作は４種類です．
その操作は，CRUDと呼ばれます．作成（Create），読み取り（Read），更新（Update），削除（Delete）の４種類です．
以降の説明は，次に示すArrayList型の変数に対してメソッドを呼び出すものとして読み進めてください．
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
// ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();Listにデータを追加する (add)
String value1 = // ...
list.add(value1);
list.add("Haruaki Tamada");
// list.add(9); // => コンパイルエラーが発生する．
// 9 は String型ではないため．
list.add("9"); // => OK．"9"は文字列．データを追加するには，上のサンプルのようにaddメソッドを用います．
データ集合の最後に追加されていきます．用意されている長さを超えて追加しようとすると，自動的に長さが伸びていくため，
理論上は，無制限にデータを追加できます．
Listにあるデータを取得する (get)
String item1 = list.get(0);
// => listのインデックスも配列と同じように0から始まる．
String item2 = list.get(1);
String item100 = list.get(100);
// => 範囲を超えてアクセスしようとすると，実行時に
// IndexOutOfBoundsException というエラーが発生する．上のサンプルのように，getメソッドを呼び出すことで，List内の特定の要素を取得できます．
返り値の型は，ArrayList型の変数の宣言時に指定した型でなければいけません．
Listにあるデータを更新する (set)
list.set(1, "TAMADA, Haruaki");特定の要素を置き換える場合は，setメソッドが利用できます．
インデックスと置き換え後のデータを指定すると，データの更新が可能です．
指定したインデックスに要素が存在しない場合は，IndexOutOfBoundsExceptionというエラーが発生します．
Listにあるデータを削除する (remove)
list.remove(1);指定したインデックスの要素を削除したい場合は，removeメソッドを
利用します．removeを使って削除したあと，後ろの要素は詰められます．
すなわち，次のコードで全ての要素を順番に削除できます．
while(!list.isEmpty()){ // listが空じゃない間繰り返す．
list.remove(0); // 一番最初の要素を削除する．
}Listのサイズを取得する (size)
List の現在のサイズ（長さ）を取得する場合は，sizeメソッドを利用しましょう．
文字列の長さ，配列の長さと混同しやすいため，注意してください．
- 文字列（
String型）の長さstring.length()（メソッド呼び出しで取得するため括弧が必要）．
- 配列の長さ
array.length（変数アクセスのため，括弧は不要）．
Listの要素の繰り返し (Iterator)
Java言語での Listの繰り返しは，次の３種類が利用できます．
典型的な方法
一番典型的な方法です．ただし，ループの途中で listの要素数を変化させることは
混乱の元になるので，ループ内での Listへの値の追加・削除は行わない方が良いでしょう．
for(Integer i = 0; i < list.size(); i++){
String item = list.get(i);
// ここに繰り返しの処理を書く．
}Iterator
Iterator 型を利用する方法．Javaらしい書き方．
for(Iterator<String> iterator = list.iterator();
iterator.hasNext(); ){
String item = iterator.next();
// ここに繰り返しの処理を書く．
}拡張for文
拡張for文と呼ばれる書き方．実質的には，Iteartor型を利用する方法と同じ．
コンパイラがIterator型を利用する方法に変換してコンパイルする．最近はこの書き方が多い．
for(String item: list){
// ここに繰り返しの処理を書く．
}例題1 argsをArrayListに変換する
コマンドライン引数に受け取ったString型の値を全て ArrayListに入れ，ArrayListから順に取り出し，出力するプログラムを書きましょう．
import java.util.ArrayList;
public class ArgsPrinter2{
void run(String[] args){
ArrayList<String> list = this.buildList(args);
this.printList(list);
}
ArrayList<String> buildList(String[] array){
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
for(Integer i = 0; i < array.length; i++){
arrayList.add(array[i]);
}
return arrayList;
}
void printList(ArrayList<String> arrayList){
for(String item: arrayList){
System.out.println(item);
}
}
public static void main(String[] args){
ArgsPrinter2 printer = new ArgsPrinter2();
printer.run(args);
}
}このプログラムを書き，コンパイル，実行してみましょう． 実行時にコマンドライン引数に値を指定して実行してみましょう．
例題2 乱数の生成
50個のDouble型の 0〜1の乱数をArrayListに入れて，出力してみましょう．
クラス名は，DoubleValuePrinterとしてください．
乱数の発生方法は，Big & Smallを参照してください．
なお，リストを生成する部分，出力する部分を別のメソッドにしてみましょう．
クラス名はDoulbeValuePrinterとしましょう．
完成すれば，コマンドライン引数で発生させる乱数の個数を指定できるようにしてください． 指定されなければ，50個としてください．
出力例
$ java DoubleValuePrinter
1: 0.24279591112755294
2: 0.7216985840426494
3: 0.5978665614812361
... 途中省略
48: 0.15288776496056167
49: 0.8335019950136539
50: 0.8114170360899468
$ java DoubleValuePrinter 3
1: 0.20585052641970603
2: 0.578743233682112
3: 0.107553196759134ユーザ定義型
ユーザ定義の型を定義する
Javaでは，自分で型を作成することもできます．
まずは，人の氏名（姓，名）を持つ型 Person を作成してみましょう．
Person型
public class Person{
String givenName;
String familyName;
}これで，Person型の作成は完了です．Person 型は2つの String
型のフィールド変数
を持っています．givenName（名）とfamilyName（姓）です．
このプログラムだけでは何もできませんので，Person型を利用するプログラムPersonManagerを作成しましょう．
PersonManager型
public class PersonManager{
void run(){
Person person1 =
this.createPerson("Haruaki", "Tamada");
this.printPerson(person1);
}
Person createPerson(String name1, String name2){
Person person = new Person();
person.givenName = name1;
person.familyName = name2;
return person;
}
void printPerson(Person person){
System.out.printf("%s, %s%n",
person.familyName, person.givenName);
}
public static void main(String[] args){
PersonManager app = new PersonManager();
app.run();
}
}以上のプログラムを作成し，実行してみましょう．
なお，Person.javaとPersonManager.javaは同じディレクトリに置いておく必要があります．
例題1 独自型の実体を作成する．
上で作成した PersonManager 型を以下の指示に従って拡張しましょう．PersonManager.java
のrunメソッドに以下の処理を追加してください．
その際，メモリの状態を想像しながらプログラムを書きましょう．
フィールドの参照・代入もメソッド呼び出しと同じように，どの実体のフィールドなのかを
意識して指定してください．Person型のフィールドgivenNameには，上記のperson.givenName = name1
のように，Person型の変数を介してしかアクセスできません．
Person型の変数person2を宣言してください．person2に自分の名前を持つPerson型の実体を作成して，代入してください．person2の情報を画面に出力してください．
PersonManager.javaのコンパイル，実行には，同じディレクトリにPerson.javaを置いておく必要があります．
例題2 実体の代入
次の処理を PersonManager の run メソッドに追加していきましょう．
Person型の変数person3を宣言してください．person3にperson1を代入してください．person3のfamilyNameを全て大文字にしてください．person3.familyName = person3.familyName.toUpperCase();
person1の情報を画面に出力してください．
例題3 独自の型をListに入れる
上で作成したPerson型の実体 person1〜person3をArrayListに入れて出力部分をまとめてみましょう．
ArrayListには，Integer 型以外でもどのような型でも入れられますので，
上記のように，ArrayList にどのような型を入れるのか，入っている型が何かをしっかりと認識しましょう．
ヒント
void run(){
// 今までの処理内容．
// ただし，printPersonの行は全て削除しておく．
ArrayList<何を格納するのか> list = new ArrayList<>();
// listに person1 〜 person3 を追加する．
this.printPersons(list);
}
void printPersons(...){ // <= printPerson を変更する．
// 引数で与えられた list から要素を一つずつ取り出し，出力する．
}練習問題
ここに挙げている問題では配列の使用は mainメソッドの引数として与えられた変数 argsのみとし，
その他は，List (ArrayListもしくはLinkedList)を使用してください．argsを
受け渡す分には配列を使って構いませんが，新たに配列を作成しないようにしてください．
1. 乱数値100個の統計
0以上，1000未満の乱数を100個取得してください． それらの合計値，最大値，最小値，平均を求めてください．
出力は，まず，合計，最大値，最小値，平均を１行で出力してください． その次に，得られた乱数値を出力してください．ただし，10個出力するごとに改行を入れてください．
クラス名は，StatsValues としてください．
平均をDouble型として求めるには，Integer型の合計値sumをDouble型に変換する必要があります．
Double.valueOf(sum)でDouble型に変換でき，それ以降Double型として扱えるようになります．
整数乱数を生成する
0以上，1000未満の乱数値を取得するには，Random型を利用します．Random型の
利用には，import java.util.Randomがクラス宣言の前に必要です．
以下のコードで1000未満の正数乱数が得られます．
なお，Random型の初期化は最初に１度だけ行うようにしてください．
乱数を得るたびにRandom型を初期化すると乱数にならない場合があります．
Random random = new Random();
Integer randomValue = random.nextInt(1000);
// => 0以上1000未満の正の乱数値が得られる．出力例
乱数ですので，必ずしもこの通りの結果にはなりません．
$ java StatsValues
合計: 45262, 最大値: 995, 最小値: 11, 平均値: 452.620000
252 37 553 448 504 144 969 928 177 262
836 15 198 496 650 977 102 630 348 351
820 59 288 435 622 677 103 588 576 683
916 138 154 528 179 411 578 740 715 372
351 105 41 203 596 746 195 153 469 328
166 189 754 862 541 84 165 428 567 76
848 730 947 439 376 258 330 365 896 144
688 27 380 573 377 752 19 70 965 605
551 355 103 860 629 660 528 465 995 134
154 574 11 763 268 443 723 872 233 6742. 素数の一覧
コマンドライン引数で与えられた値までの素数を出力してください．
なお，素数を10個出力するごとに改行を入れてください．
クラス名は Primes とします．
コマンドライン引数で値が指定されなかった場合は，200までの素数を求めましょう．
素数を求めるには，エラトステネスのふるいを使うと良いでしょう． 次の画像は，0以上100未満の素数を求める時のエラトステネスのふるいのアルゴリズムを表したものです． 順に最後まで繰り返して残った値が素数です． 画像をクリックすると順に素数ではない数値が消えてきます．参考にしてください．
まず ArrayListに求めたい値だけ，素数であるフラグ（Boolean型を使えば良いでしょう）をあらかじめ追加しましょう．
そして，そこから，素数でないものを順に除外して来ましょう．
その後，素数のみを納める別のArrayListを作成し，素数フラグのリストを順に見て素数のリストに格納していきましょう．
その素数リストを返すArrayList<Integer> generatePrimes(Integer max) メソッドを作成しましょう．
出力例
$ java Primes
2 3 5 7 11 13 17 19 23 29
31 37 41 43 47 53 59 61 67 71
73 79 83 89 97 101 103 107 109 113
127 131 137 139 149 151 157 163 167 173
179 181 191 193 197 199
$ java Primes 59
2 3 5 7 11 13 17 19 23 29
31 37 41 43 47 53 59ヒント
ArrayList<Integer> generatePrimes(Integer max){
ArrayList<Boolean> primes = new ArrayList<>();
for(Integer i = 0; i <= max; i++){
primes.add(true); // 仮に全てのiが素数であるとする．
}
primes.set(0, false); // 0は素数ではない．
primes.set(1, false); // 1は素数ではない．
for(Integer i = 2; i < primes.size(); i++){
// 最小の値である2から始める．
if(!primes.get(i)){ // iが素数ではなかったら何も行わない．
continue;
}
// j = i * 2 から始めて j += i のインデックスを false にする．
}
return primesList(primes);
}
ArrayList<Integer> primesList(ArrayList<Boolean> primes){
ArrayList<Integer> returnList = new ArrayList<>();
for(Integer i = 2; i < primes.size(); i++){
if(primes.get(i)){ // 素数なら returnList に追加する．
returnList.add(i);
}
}
return returnList;
}3. 素因数分解
コマンドライン引数で与えられた整数値の素因数分解を行ってください．
クラス名は，Factorizerとしてください．
素因数分解を行うには，素数で割り切れなくなるまで，その素数を素因数として記録します． そして，次の小さな素数で同じことを繰り返します．
- 例えば，
12を素因数分解するとき，一番小さな素数である2で割り切れるかを確認します． - 1回目は割り切れ，
2を素因数に追加し，割った後の数は6です． - 次に，
6も2で割り切れます．再度，素因数に2を追加します．割った後の数は3です． 3は2では割り切れませんので，次の小さな素数で割り切れるかを確認します．3は3で割り切れますので，素因数として3を追加します．割った後の数は1ですので，これで終了です．
素数のリストを得るには，素数の一覧で作成した Primes の generatePrimes メソッドを
利用すれば良いでしょう．Primes.javaとFactorizer.javaを同じディレクトリに置いてください．
先ほどの練習問題で適切にプログラムが書けていれば，次のプログラムで100までの素数の一覧が取得できます．
なお，この場合，100以上の数を素因数に持つ数値は素因数分解できません．
どのような値を generatePrimes メソッドに渡せば良いかに注意してください（定数を利用するのはやめましょう）．
Primes primes = new Primes();
ArrayList<Integer> list = primes.generatePrimes(100);出力例
$ java Factorizer 12
12: 2 x 2 x 3
$ java Factorizer 24 50
24: 2 x 2 x 2 x 3
50: 2 x 5 x 5
$ java Factorizer 123 127
123: 3 x 41
127: 127ヒント
4. 試験成績の分析
import java.util.Random;
public class ExamAnalyzer{
ExamScore createRandomScore(String name){
Random random = new Random();
Integer math = random.nextInt(101);
Integer physics = random.nextInt(101);
Integer english = random.nextInt(101);
return this.createExamScore(math, physics, english, name);
}
}上記のプログラムを踏まえて，以下のプログラムを作成してください（各クラスを別のファイルに分けて，両方のソースファイルを提出してください）．
ExamScore型を作成してください．Integer型のmathInteger型のphysicsInteger型のenglishString型のnameをフィールドに持ちます．
ExamAnalyzerに次のメソッド，処理を追加してください．runメソッドを作成してください．引数，返り値はなしで構いません．- 3つの
Integer型，1つのString型を受け取り，ExamScoreを返すcreateExamScoreメソッドを定義してください．- メソッドのボディで，
ExamScoreの実体を作成し，引数の値を作成したExamScoreの実体のフィールドに代入してください． - 代入が終了した
ExamScoreの実体を返してください．
- メソッドのボディで，
runメソッド内で次の処理を行ってください．ExamScore型の実体を格納するArrayListの実体を作成してください．createRandomScoreメソッドを用いて，ランダムな成績を10個作成してください．- 名前は数値の連番（
"0"〜"9"）にしましょう． Integer型変数intValueをString型に変換するには，"" + intValueもしくは，intValue.toString()としてください．
- 名前は数値の連番（
- 作成した
ArrayListに上記で作成したランダムな成績を追加してください． - 全員の
math，physics，englishごとに平均値，最大値，最小値を求めてください． - それぞれ
ExamScoreの実体に対して，math，physics，englishの平均値を求めてください． - 求めた値を出力してください．
出力例
$ java ExamAnalyzer
math phys eng ave
ave 51.200 53.100 52.500
max 81 75 99
min 26 0 3
0 72 53 11 45.333
1 36 71 65 57.333
2 33 26 3 20.667
3 81 0 99 60.000
4 42 75 36 51.000
5 26 40 13 26.333
6 64 57 55 58.667
7 43 66 90 66.333
8 50 72 84 68.667
9 65 71 69 68.333上記のように Double型の小数点を整形して出力するには，System.out.printf の
フォーマット指定を%6.3fとしてください．%6.3fの6が
全ての桁数の指定，.3が小数点以下の桁数を指定しています．
まとめ
まとめ
- 配列と
List - ユーザ定義型
- 作成したプログラムのクラス名を型として扱える．
- フィールドを宣言するだけの簡単な型が作成できる．
- もちろん，メソッドも定義できる．
- 独自の型も
Listに格納できる．
- その他
- 過去に作ったプログラムのメソッドを呼び出せる．
- 呼び出し元，呼び出し先のプログラムを同じディレクトリに置いておくこと．
- 整数乱数の取得方法
Random型を利用するときは，クラス宣言の前にimport java.util.Random;というimport文が必要．
- 過去に作ったプログラムのメソッドを呼び出せる．
Random random = new Random();
Integer integerRandomValue1 = random.nextInt(100); // 0以上100未満の乱数を返す．
Integer integerRandomValue2 = random.nextInt(); // Integer型の乱数を返す．