9-1. 変数・データ型・制御フロー

このセクションで学ぶこと

• Javaプログラムの基本構造（クラス・mainメソッド・コンパイル）を理解する
• プリミティブ型と参照型の違いを学び、適切に使い分ける
• 文字列操作と equals() による比較の重要性を理解する
• if/switch/ループによる制御フローをJavaで書けるようになる
• NullPointerException の原因と対策を知る

第4章ではプログラミングの概念を言語横断的に学んだ。この章では Java という言語の具体的な文法を習得する。Javaは静的型付け・オブジェクト指向を特徴とし、Spring Bootによる業務アプリケーション開発（第10章）への直接的な基礎となる。

Javaプログラムの基本構造

HelloWorld.java

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

JavaのファイルとクラスとJVMの関係
┌──────────────────────────────────┐
│ HelloWorld.java（ソースコード）    │
│  ↓ javac でコンパイル             │
│ HelloWorld.class（バイトコード）   │
│  ↓ JVMが実行                     │
│ 実行結果                          │
└──────────────────────────────────┘

• 1ファイルに1クラス（public class のクラス名とファイル名は一致させる）
• main メソッドがエントリーポイント
• 文は ; で終わる
• JavaScriptと違いコンパイルが必要（型チェックはコンパイル時に行われる）

変数とデータ型

Javaは 静的型付け言語 で、変数を宣言するときに型を明示する。

プリミティブ型

// 整数
byte   b = 127;           // 8bit  (-128 〜 127)
short  s = 32767;         // 16bit
int    i = 2_147_483_647; // 32bit  ← 最もよく使う
long   l = 9_223_372_036_854_775_807L;  // 64bit（末尾にL）

// 小数
float  f = 3.14f;         // 32bit（末尾にf）
double d = 3.14159265;    // 64bit  ← 最もよく使う

// 文字・論理
char    c = 'A';          // 16bit Unicode 1文字（シングルクォート）
boolean flag = true;      // true / false

プリミティブ型のメモリイメージ
int x = 42;
┌──────┐
│  42  │ ← スタックに値そのものが格納される
└──────┘

参照型

プリミティブ型以外はすべて参照型。オブジェクトへの参照（アドレス）を保持する。

String name = "Alice";      // 文字列（よく使う参照型）
int[]  nums = {1, 2, 3};   // 配列

String name = "Alice";
name ───→ ┌────────┐
           │ "Alice"│  ← ヒープ領域にオブジェクトが格納される
           └────────┘

型推論（var）

Java 10以降、ローカル変数に var が使えるようになった。

var message = "Hello";    // String と推論される
var count   = 0;          // int と推論される
var list    = new ArrayList<String>();  // 型が明確なときに便利

// メソッドの引数・戻り値・フィールドには使えない
// public var name = "Alice";  // コンパイルエラー

型変換

// 暗黙の型変換（小さい型 → 大きい型は自動）
int    i = 42;
long   l = i;   // OK
double d = i;   // OK

// 明示的なキャスト（大きい型 → 小さい型は明示が必要）
double pi = 3.14159;
int    n  = (int) pi;  // 3（小数点以下は切り捨て）

// String への変換
String s1 = String.valueOf(42);   // "42"
String s2 = Integer.toString(42); // "42"
String s3 = 42 + "";              // "42"（Javaでは + が文字列連結になる）

// String から数値への変換
int    parsed = Integer.parseInt("42");     // 42
double parsedD = Double.parseDouble("3.14"); // 3.14

文字列

JavaのStringはイミュータブル（変更不可）なオブジェクト。

String s = "Hello, World!";

s.length()              // 13
s.charAt(0)             // 'H'
s.substring(7, 12)      // "World"
s.toLowerCase()         // "hello, world!"
s.toUpperCase()         // "HELLO, WORLD!"
s.trim()                // 前後の空白を除去
s.contains("World")     // true
s.startsWith("Hello")   // true
s.replace("World", "Java") // "Hello, Java!"
s.split(", ")           // ["Hello", "World!"]（String[]）

// 文字列の連結
String a = "Hello";
String b = "World";
String c = a + ", " + b + "!";  // "Hello, World!"

// 文字列フォーマット（テンプレートリテラルに相当）
String name = "Alice";
int score = 95;
String msg = String.format("こんにちは、%sさん！スコアは%d点です。", name, score);
// または Java 15以降
String msg2 = "こんにちは、%s さん！スコアは%d点です。".formatted(name, score);

// 大量の連結は StringBuilder を使う（String の + はループ内では非効率）
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sb.append(i).append(", ");
}
String result = sb.toString();

文字列の比較

String s1 = "hello";
String s2 = "hello";
String s3 = new String("hello");

s1 == s2        // true（文字列リテラルはキャッシュされる場合がある）
s1 == s3        // false（new で作るとアドレスが異なる）
s1.equals(s3)   // true（値の比較）
s1.equalsIgnoreCase("HELLO")  // true（大文字小文字を無視）

// Javaで文字列比較は必ず equals() を使う
// == はアドレス比較になってしまう

Java最重要ルール：文字列は == ではなく equals() で比較する

制御フロー

if / else

int score = 75;

if (score >= 90) {
    System.out.println("優");
} else if (score >= 70) {
    System.out.println("良");  // ← これが出力される
} else if (score >= 60) {
    System.out.println("可");
} else {
    System.out.println("不可");
}

switch（従来型と新型）

// 従来の switch（Java 13以前）
String day = "MONDAY";
switch (day) {
    case "SATURDAY":
    case "SUNDAY":
        System.out.println("休日");
        break;
    case "MONDAY":
        System.out.println("週明け");  // ← これが出力される
        break;
    default:
        System.out.println("平日");
}

// 新しい switch 式（Java 14以降）
String label = switch (day) {
    case "SATURDAY", "SUNDAY" -> "休日";
    case "MONDAY"             -> "週明け";
    default                   -> "平日";
};

ループ

// for ループ
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println(i);
}

// while ループ
int count = 0;
while (count < 3) {
    System.out.println(count);
    count++;
}

// 配列・コレクションの for-each（拡張for）
int[] nums = {10, 20, 30, 40, 50};
for (int n : nums) {
    System.out.println(n);
}

// break と continue
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) break;    // ループを終了
    if (i % 2 == 0) continue;  // 偶数はスキップ
    System.out.println(i);  // 1, 3
}

null と NullPointerException

Javaで最も多いエラーが NullPointerException（NPE）。null 参照のメソッドを呼び出したときに発生する。

import java.util.Objects;

String name = null;
name.length();  // NullPointerException！

// null チェック
if (name != null) {
    System.out.println(name.length());
}

// Objects.requireNonNull：引数のnullチェックに
public void setName(String name) {
    this.name = Objects.requireNonNull(name, "nameはnullにできません");
}

まとめ

項目	ポイント
変数宣言	型を明示する（int・double・String など）
プリミティブ型	値を直接格納。int・double・boolean・char など
参照型	オブジェクトへの参照を保持。null になり得る
文字列比較	== は不可。必ず .equals() を使う
NPE対策	null チェック・Optional で防ぐ

次のステップ

• 9-1. 演習問題
• 9-2. クラス・インターフェース・継承