もじゃもじゃラボ/Javaマスターへの第一歩！プログラミングの基本を学びましょう！
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Javaマスターへの第一歩！プログラミングの基本を学びましょう！

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プログラムとは?

プログラムとは、コンピュータに対する「命令」です。プログラミング言語の命令文を使って書いたもののことです。人間とコンピュータのやり取りは、この「命令」を介して行います。つまり、プログラマーはコンピュータに対する命令を作っている、ということになります。

機械語（マシン語）とは？

機械語（マシン語）とは、0と１の数字の羅列のことです。コンピュータは機械語（マシン語）しか理解することができません。人間が作った「命令」は、プログラミング言語を使って書かれたものですが、コンピュータの上で動かすためには、機械語（マシン語）に変換しないといけません。機械語（マシン語）は、人間には理解できないため低水準言語と呼ばれます。

プログラミングとは？

機械語（マシン語）に変換する前のファイルのことをソースコードと言います。元となるプログラミング言語で書かれたファイルのことです。プログラミング言語を使ってソースコードを書くことを、プログラミングと言います。人間の理解できるプログラミング言語のことを高水準言語と呼びます。

機械語への翻訳（変換）

ソースコードを機械語（マシン語）に翻訳（変換）することをコンパイルと言います。コンパイルの種類には、以下の2種類があります。

コンパイラ型

CPU上で実行可能な形式に一気に変換するタイプの翻訳（変換）になります。以下のような特徴があります。
  • プログラムの実行速度が速い
  • 文法上のエラーを見つけやすい

インタープリター型

プログラムのソースコードを１行ずつ実行する、という特徴があります。
  • すぐに実行できる
  • プログラムの実行速度が遅い

Javaの特徴

どんなOS上でも動作する

JVMはコンピュータ上で動く仮想的なコンピュータを実現したソフトウェアのことで、JavaのプログラムはJVM（Java Virtual Machine）がインストールされていればどんなOS上でも動作させることができます。JVMがOSやCPUの違いを吸収してくれるということです。

オブジェクト指向である

Javaはオブジェクト指向のプログラミング言語です。オブジェクト指向とは、オブジェクト（クラス）を組み合わせながらシステム全体を作り上げていくという設計・開発手法の1つです。提供されているクラス群または自ら作ったクラスを組み合わせてプログラミングしていきます。

ガーベージコレクション

使用されなくなったメモリを自動的に開放してくれる仕組みをガーベージコレクションと言います。この機能が導入されたおかげで、プログラムにメモリを解放する処理を書く必要がなくなりました。

Javaのパッケージについて

各種ソフトウェアで使用するツール群をまとめることをパッケージと言います。Javaのパッケージの種類について説明します。

実行環境

実行環境とは、Javaのアプリケーションを動かすためだけの環境のことです。JRE（Java Runtime Environment）として提供されています。
  • JVM（Java VirtualMachine） + ライブラリ群

開発環境

開発環境は、Javaのアプリケーションを開発するための環境です。 JDK（Java Development Kit）として提供されています。
  • JRE + 開発に必要なツール群（コンパイラjavacなど）

JDKの種類

Javaの開発環境は目的に応じて種類が分かれています。
  • JavaSE（Standard Edition）
  • JavaEE（Enterprise Edition）
    • Webアプリケーションなどの開発で使用する。
  • JavaME（Micro Edition）
本講座では、JavaSEを使用します。

開発環境構築

Javaの開発環境を構築するためには、いくつかの手順が必要です。まず、JDK（Java Development Kit）をインストールします。JDKはJavaプログラムをコンパイルし、実行するための開発ツールです。

JDKのインストール

JDKのパッケージは、Oracleの公式ウェブサイトからダウンロードすることができます。以下の手順に従ってインストールしてください。
  1. Oracleの公式ウェブサイト（https://www.oracle.com/jp/java/technologies/downloads/）にアクセスします。
  1. ダウンロードページで、適切なJDKのバージョンを選択します。
  1. ダウンロードページに進むと、利用規約に同意する必要があります。同意したら、適切なオペレーティングシステムに対応したインストーラをダウンロードします。
  1. インストーラを実行し、指示に従ってJDKをインストールします。

Visual Studio Codeのインストール

Visual Studio Codeは、軽量で高機能なエディタで、Javaプログラムの開発も可能です。以下の手順に従ってインストールしてください。
  1. Visual Studio Codeの公式ウェブサイト（https://code.visualstudio.com/）にアクセスします。
  1. ダウンロードページで、適切なオペレーティングシステムに対応したインストーラをダウンロードします。
  1. インストーラを実行し、指示に従ってVisual Studio Codeをインストールします。
      • 使用許諾契約書に同意します
      • インストール先はデフォルトのままで構いません
      • スタートメニューの名称もデフォルトのままで構いません
      • 追加タスクの選択は「デスクトップ上にアイコンを作成する」をチェックして次へボタンをクリック
      • インストールが始まります
      • インストールが完了しました

拡張機能のインストール

Visual Studio Codeには、Java開発に便利な拡張機能があります。これらの拡張機能をインストールすることで、より効率的な開発が可能になります。例えば、デバッグツールやコード補完機能などが利用できます。以下の手順に従ってインストールしてください。
  1. Visual Studio Codeを開きます。
  1. サイドバーのアイコン（四角いボックス）をクリックし、Extensions（拡張機能）を選択します。
  1. 検索バーに「Java」と入力します。
  1. 「Extension Pack for Java」という拡張機能が表示されるので、インストールします。
拡張機能のインストールが完了したら、Javaの開発環境の準備が整いました。次に、プロジェクトの作成について説明します。

初めてのJavaプログラム

プロジェクトの作成

開発環境が整ったら、次はプロジェクトを作成します。プロジェクトは、Javaプログラムを組み立てるための作業場所です。ソースコードやリソースファイルをプロジェクト内に配置し、開発を進めていきます。
  1. 表示メニューから「コマンドパレット」を開きます
  1. “java: Create Java Project…”を選択します
  1. JDKのコンパイラを使いますので、“No build tools”を選択します
  1. プロジェクトを作成するロケーションを選択して、”Select the project location”を選択します
  1. プロジェクト名を入力します
  1. プロジェクトが完成しました

ソースファイルの作成

Visual Studio Codeで作成したプロジェクト内にソースファイルを作成します。
  1. “src”の下に新規ファイルを作成します。
  1. 画面左側に表示されているエクスプローラから「新しいファイルを作成する」アイコンをクリックしてください。
  1. ファイル名の入力欄が表示されますので、ファイル名を入力します。ファイル名は「Main.java」とします。ファイルの拡張子は「.java」となります。
  1. classの雛形が記述されます
  1. の間にプログラムを記述していきます

プログラムの作成手順

  1. クラスを定義します。クラス名はファイル名と一致させる必要があります。
  1. クラス内にメインメソッドを定義します。メインメソッドはプログラムの実行が開始される場所です。
  1. メインメソッド内にプログラムの処理を記述します。

プログラムの実行

実行」メニューから「デバッグの開始」（ショートカットキー）を選択するか、または、1行目と2行目の間に表示されているをクリックしてください。
実行結果は、画面下部に表示されているターミナルウィンドウにコマンドラインで表示されます。
このプログラムでは、と出力されています。

構文

このソースファイルでは、というクラスを定義し、メソッド内にというメッセージを表示する処理を記述しています。

public

アクセス修飾子の一つで、「公開する」という意味です。classの宣言などで使います。他のクラスから使用可能であることを示しています。

class

クラスを作成するときに使用するキーワードです。オブジェクトの特性と動作を宣言する際にそれを一まとめにする用途で使います。{から}までの間のことをブロックまたはスコープと言います。1行目の{から5行目の}までがMainクラスの範囲になります。

mainメソッド

プログラムの開始時に一番最初に動く処理です。メソッドとは命令文のことで、クラスの範囲に複数の命令文を書くことができます。また、メソッドの範囲も{ }で括ります。2行目の{から4行目の}までがmainメソッドの範囲になります。

System.out.printlnメソッド

指定された値を画面に出力するという命令文です。Systemというクラスの中のoutという機能のprintlnというメソッドです。テキストデータを出力したい場合には、文章をダブルクォーテーション「”」で括ります。命令文の終わりにはセミコロン「;」を記述します。

ソースコードを読みやすくする工夫

ソースコードを読みやすくするためには以下のような点に気を配ることが大事です。
  1. インデントを使う
      2. コードブロックや条件文などの階層を明確にするために、適切なインデントを使用します。通常はスペースやタブを使用してインデントします。
  1. 適切な命名規則を使用する
      2. 変数や関数の名前をわかりやすく、意味のあるものにすることで、コードの読みやすさを向上させます。一般的な命名規則には、キャメルケース（camelCase）やスネークケース（snake_case）などがあります。
  1. コメントを追加する
      2. コードの意図や処理の説明をコメントで追加することで、他の人がコードを理解しやすくなります。特に複雑な処理やトリッキーな部分にはコメントを追加することが重要です。
  1. 適切な改行を使用する
      2. コードのブロックや文の間に適切な改行を挿入することで、コードの可読性を高めることができます。しかし、過剰な余白は逆効果になるため注意が必要です。
  1. 長い行を避ける
      2. 長い行は読みにくくなるため、適宜改行を挿入することをオススメします。
以上のような工夫を行うことで、ソースコードの読みやすさを向上させることができます。

コメント

コメントは、プログラム内にメモや説明を残すための記述です。コメントはコンパイル時には無視され、プログラムの実行には影響しません。
Javaでは、2種類のコメントがあります。
  • 単一行コメント
      • を使ってコメントを記述します。 以降の行の全ての内容がコメントとして扱われます。
  • 複数行コメント
      • で始まり、 で終わる複数行のコメントを記述します。 と の間の全ての内容がコメントとして扱われます。
コメントは、プログラムの可読性を向上させるために活用することができます。適切な場所にコメントを追加し、他の人がコードを理解しやすくするようにしましょう。

エラー発生時の対応

エラーが発生した場合、以下の手順に従って対応します。
  1. エラーメッセージを読む
      2. エラーメッセージは、発生したエラーの種類や原因を示しています。しっかりとエラーメッセージを読み、何が問題なのかを理解しましょう。
  1. エラーメッセージの箇所を確認する
      2. エラーメッセージには、エラーが発生した箇所が示されています。該当する行やコードブロックを確認し、問題のある部分を特定します。
  1. エラーの原因を特定する
      2. エラーの原因を特定しましょう。コードの文法エラー、変数のスコープの問題、データ型の不一致など、さまざまな原因が考えられます。
  1. エラーを修正する
      2. 特定したエラーの原因に基づいて、修正を行います。文法エラーの場合は、正しい構文に修正します。変数のスコープの問題の場合は、変数の範囲を適切に修正します。データ型の不一致の場合は、適切な型に修正します。
  1. デバッグツールを使用する
      2. デバッグツールを使用して、エラーが発生した箇所のステップ実行や変数の値を確認することができます。デバッグツールを活用して、エラーの解決を進めましょう。
  1. エラーの発生を予防する
      2. 同じエラーが再度発生しないようにするために、適切なテストやエラーハンドリングの実装を行いましょう。また、コードの可読性を向上させ、ミスやエラーの発生を予防するための工夫を行いましょう。
エラー発生時の対応は、問題の特定と修正に焦点を当てることが重要です。エラーメッセージやデバッグツールを活用しながら、問題解決に取り組んでください。

Javaの文法規則

Javaの文法規則は以下のような特徴があります。
  • 大文字と小文字は区別されます。
  • 全てのプログラムはクラスで構成されます。クラス名は大文字で始めるのが一般的です（というコーディング規約があります）。
  • 文はセミコロンで終了します。
これらの文法規則を遵守しながら、Javaプログラムを作成することが重要です。