【Java】配列/コレクション/Listとは？概要と基本（ハンズオンセミナー用コード解説）

こんにちは、研修を終えたばかりの駆け出しエンジニアの伊藤です。

東京ITカレッジのJava研修で学んだ内容を復習も兼ねて記事にしたいと思います。

今回は、Javaプログラムでの「配列とコレクション（List）」について説明します。

Javaやプログラムについて勉強し始めた方の参考になれば幸いです！

（eclipseを使用してプログラムを行っています）

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「配列・コレクションとは？」

配列とは？

同じ型（int型ならint型、String型ならString型等）の複数データを並び順で格納することができる入れ物（データ構造）のことです。

変数と同じように、値を代入したり参照したりすることができます。

変数は１つの値を個々の独立したデータとして持っています。

メモリ上では、空いているところに宣言した型分のスペースを用意し、データを入れているため、各々バラバラに確保された領域に格納されます。

例えば４つのお札の値段を格納し合計を出したい場合。配列を使わず変数だけで表すとなると、変数を４つ定義し、それぞれに値を代入する必要が出てきます。

public class Denomination {

	public static void main(String[] args) {

		int deno1 = 1000;
		int deno2 = 2000;
		int deno3 = 5000;
		int deno4 = 10000;

		int sum = deno1 + deno2 + deno3 + deno4;

		System.out.println("-----計算結果-----");
		System.out.println("合計金額：" + sum + "円");
	}
}

-----計算結果-----

合計金額：18000円

＜変数宣言した場合のメモリのイメージ図＞

それに対し、配列は複数の値を一まとめにして持つことができます。

メモリ上では、一列に隙間を開けずに領域を確保し、一まとめとして扱いたいデータを順番に入れることができます。

配列を使うと、４つのお札の値段を格納し合計を出したい場合。１つの配列に４つの値を格納できます。

public class DenominationArray {

	public static void main(String[] args) {

		int[] deno = {1000, 2000, 5000, 10000};
		int sum = 0;

		for ( int i = 0; i < 4; i++){
			sum += deno[i];	//sum に[i]番目に入っている値を順番に足していく
		}
		System.out.println("-----計算結果-----");
		System.out.println("合計金額：" + sum + "円");
	}
}

-----計算結果-----

合計金額：18000円

＜配列宣言した場合のメモリのイメージ図＞

※箱１つひとつを「要素」と呼びます。配列の長さ＝要素数となります。

※各要素には番号が振ってあり、この番号を添え字（index）と呼びます。

　indexは必ず、［０］から始まるので、配列の要素数が４つであれば、indexは［０］から［３］までとなります。

上記の例では、４つの値のため変数だけでも対応は可能です。

しかし、扱う値が100や1000になると変数だけでは修正がとても大変になります。

配列であれば、宣言した配列に値を書いていくだけになりコーディングも見やすくなります。

以下では、配列の宣言や書き方等について詳しく触れていきます。

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Java配列の基本的な宣言と書き方

配列の宣言

配列を使うには、まず配列を宣言します。

以下の宣言方法は違いますが、作成される配列内容はどれも同じになります。

今回は、日本の貨幣単位を例にしていきます。

配列の宣言方法①

基本的な宣言

要素の型名 配列名[];　もしくは　要素の型名[]　配列名;

配列名 = new 要素の型名[要素数];

//宣言方法①のサンプルプログラム
public class Denomination1 {

	public static void main(String[] args) {

		//配列の宣言
		int[] denomination;		//int型の要素を代入できる配列denominationを宣言し用意する
		denomination = new int[10];	//new は new演算子と呼ばれるもので、[]内に指定された数だけ型の要素を作成します。
                                    //ここでは、int型の要素を10個作成して左辺denominationに代入。

		denomination[0] = 1;        //   1 円玉
		denomination[1] = 5;        //   5 円玉　　　　
		denomination[2] = 10;       //  10 円玉
		denomination[3] = 50;       //  50 円玉
		denomination[4] = 100;      // 100 円玉
		denomination[5] = 500;      // 500 円玉
		denomination[6] = 1000;     //1000 円札
		denomination[7] = 2000;     //2000 円札
		denomination[8] = 5000;     //5000 円札
		denomination[9] = 10000;    //10000円札

		System.out.println("-------- [配列の繰り返し表示１] --------");
		for (int i = 0; i < 10; i ++) {
			System.out.println(denomination[i]);
		}
	}
}

-------- [配列の繰り返し表示１] --------
1
5
10
50
100
500
1000
2000
5000
10000

上記は２行に分けて宣言をしましたが、一行にまとめて宣言することもできます

int[] denomination = new int[10];	//要素の型名[] 配列名 = new 要素の型名[要素数];

int[] denomination;  と  int denomination[]; は、どちらでも同じ扱いになるので、書きやすいものを覚えると良いです。

配列の宣言方法②

宣言と同時に初期化（宣言と同時に値を設定）

要素の型名[] 配列名 = {値1, 値2, 値3... };

//宣言方法②のサンプルプログラム
public class Denomination2 {

	public static void main(String[] args) {
		//配列の宣言
		int[] denomination = {1, 5, 10, 50, 100, 500, 1000, 2000, 5000, 10000};
		//要素の型名[] 配列名 = {値1, 値2, 値3... };
		//要素の型名 配列名[] = {値1, 値2, 値3... };　でも可。

		System.out.println("-------- [配列の繰り返し表示２] --------");
		for (int i = 0; i < 10; i ++) {
			System.out.println(denomination[i]);
		}
	}
}

-------- [配列の繰り返し表示２] --------
1
5
10
50
100
500
1000
2000
5000
10000

配列の宣言方法③

要素の型名[] 配列名 = new int[] {値1, 値2, 値3... };

//宣言方法③のサンプルプログラム
public class Denomination3 {

	public static void main(String[] args) {
		//配列の宣言
		int[] denomination = new int[] {1, 5, 10, 50, 100, 500, 1000, 2000, 5000, 10000};

		System.out.println("-------- [配列の繰り返し表示３] --------");
		for (int i = 0; i < denomination.length; i ++) {
			System.out.println(denomination[i]);
		}
	}
}

-------- [配列の繰り返し表示３] --------
1
5
10
50
100
500
1000
2000
5000
10000

配列の要素数の取得

配列名.length

配列の宣言方法③の for文では、

for (int i = 0; i < denomination.length; i ++) 

を使用して、配列の要素数を取得しています。

値の数が多くなると、覚えているのも大変になってくるので、Javaでは配列の要素数を数えて取得してくれる便利な機能があります。覚えておくと、とても役立ちます！

配列と例外に関するエラー

indexは、配列の長さ＝要素数の範囲内でなければなりません。

範囲外を指定するとエラーが表示されてしまいます。

//例外エラーサンプル
public class Denomination3 {

	public static void main(String[] args) {
		//配列の宣言
		int[] denomination = new int[] {1, 5, 10, 50, 100, 500, 1000, 2000, 5000, 10000};

		//配列（貨幣単位）の合計
		int sum = denomination[1] + denomination[2] + denomination[3] +
				denomination[4] + denomination[5] + denomination[6] +
				denomination[7] + denomination[8] + denomination[9] +denomination[10];

		System.out.println("-------- [配列の繰り返し表示３] --------");
		System.out.println("貨幣単位の合計金額：" + sum);
	}
}

コンソール表示
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 10 out of bounds for length 10
	at com.fs.handson.chapter2.Denomination3.main(Denomination3.java:14)

上記プログラムで存在しない要素をコード内で書いてもコンパイルは成功します。

しかし、実行すると「ArrayIndexOutOfBoundsException」というエラーメッセージがコンソール上に表示されます。indexを［０］からではなく、［１］からにしてしまっているため存在しない［１０］が使われてしまっています。

Array（配列）Index（添え字）OutOfBounds（範囲外）Exception（例外）と言う意味で、

「エラーの原因は存在しない要素が使われているため」となります。

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多次元配列

今までは１次元配列、１つの配列だけを取り扱ってきました。

多次元配列とは、２つ以上の配列を使い複数の次元で構成される配列のことです。

２次元配列は、エクセルでいう表のようなものと考えると分かりやすいと思います。

２次元配列の宣言方法

要素の型[][] 配列名 = new 要素の型[][]

または、

要素の型[][] 配列名 = new 要素の型[行数][列数]

例として、２次元配列で３人の持っている貨幣単位毎のお金を表示してみます。

		 1円      5円      10円     50円     100円    500円   1000円    2000円   5000円  10000円	
太郎さん	 0        0        0        0        0        0        0        0        0       10
花子さん  0        0        0        0        0        0      100        0        0        0
次郎さん 10       10       10       10       10       10       10        0        0        0

この２次元配列をJavaの配列を使って表してみましょう。

//２次元配列サンプル
public class MoneyArray {

	public static void main(String[] args) {

		int[][] money = new int[][] {	// int[][] money = new int[3][10]; 3行10列でも可
		    new int[] {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 10},	//太郎さん
		    new int[] {0, 0, 0, 0, 0, 0, 100, 0, 0, 0},	//花子さん
		    new int[] {10, 10, 10, 10, 10, 10, 0, 0, 0, 0},	//次郎さん
		};

		System.out.println("-------- [２次元配列の例 - ３人の持っている貨幣単位毎のお金] --------");
		for (int i = 0; i < money.length; i ++) {
			for (int j = 0; j < money[i].length; j ++) {
				System.out.print(money[i][j] + ", ");
			}
			System.out.println("");
		}
	}
}

-------- [２次元配列の例 - ３人の持っている貨幣単位毎のお金] --------
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 10, 
0, 0, 0, 0, 0, 0, 100, 0, 0, 0, 
10, 10, 10, 10, 10, 10, 0, 0, 0, 0, 

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コレクションとは

配列は宣言時に配列の大きさ（要素数）を決める必要がありました。

しかし、途中で増えることもあったり、大きさが分からなかったりすることもあります。

その場合、コレクションと呼ばれる機能を使用することで可変長の配列（要素数が決まっていない配列）が使えるようになります。

今回はコレクションの中で、List の使い方を説明します。

Listの宣言方法

List<要素の型> 変数名 = new ArrayList<>();

//Listの使用方法例
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListSample {

	public static void main(String args[]) {

		List<String> list = new ArrayList<>();

		list.add("AAAA");
		list.add("あいうえお");
		list.add("1234");

		// 要素取り出し１
		System.out.println("-------- [要素取り出し１] --------");
		for (int i = 0; i < list.size(); i ++) {
			System.out.println(list.get(i));
		}

		// 要素取り出し２ 拡張for文
		System.out.println("-------- [要素取り出し２] --------");
		for (String s : list) {
			System.out.println(s);
		}
	}       
}

-------- [要素取り出し１] --------
AAAA
あいうえお
1234

-------- [要素取り出し２] --------
AAAA
あいうえお
1234

各要素の追加はaddメソッド、要素の取得はgetメソッドを使います。

上記のプログラムでは配列に要素を追加していき、最後に要素をとりだして表示しています。

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まとめ

Javaでの配列の使い方がなんとなく理解できたでしょうか？

配列はfor文や拡張for文などを併せて使用することが多いので、ぜひfor文も押さえておくと良いと思います。

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