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Javaのinterfaceを基礎から解説!

2020年12月28日
SE
Javaのinterface(インターフェース)はどのような機能なのでしょうか。
PM
オブジェクト指向プログラミングにおいて重要な機能です。

Javaのinterfaceとは?


Javaのinterface(インターフェース)はオブジェクト指向プログラミングにおいて重要な機能です。この記事ではinterfaceが役に立つ理由を基礎からわかりやすく解説します。

interfaceの目的や意義について長々と説明するよりも、まずはJavaのサンプルプログラムで実践的に理解しましょう。以下のinterfaceとclass(クラス)をご覧ください。

interface IEat {
void eat();
}

class Human implements IEat {
public void eat() {
System.out.println(“”ご飯を食べます。””);
}
}

インターフェースはクラスにメソッドの記述を強制する

上のJavaサンプルを説明します。IEatというインターフェースとHumanというクラスを定義し、HumanにIEatを実装(implements)しています。なおimplementsではなくextendsと記述した場合は、「拡張」または「継承」と言います。

IEatにはeatメソッドの中身がありませんが、これがインターフェースの特長です。IEatを実装したHumanには同名のeatメソッドがありますが、これを記述しなかった場合、Humanにeatメソッドが無いというエラーが出ます。

つまり、インターフェースはそれを実装したクラスに、インターフェースが持つ空メソッドの記述を強制できるのです。

インターフェースの利点とは?

これだけではインターフェースが何の役に立つのかわかりにくいでしょう。サンプルに以下を追加します。なおソースの先頭には「import java.util.*;」を記述してください。

class Cat implements IEat {
public void eat() {
System.out.println(“”キャットフードを食べます。””);
}
}

public class MainClass {
public static void main(String[] args) {
List<IEat> list = new ArrayList<>();
list.add(new Human());
list.add(new Cat());
list.forEach(eat -> eat.eat());
}
}

インターフェースでポリモーフィズムを実現

上のJavaサンプルではIEatを実装しているHumanとCatをArrayListに追加しています。そしてforEachとラムダ式でそれぞれのeatメソッドを呼んでいます。実行結果は以下のようになります。

ご飯を食べます。
キャットフードを食べます。

HumanとCatは別のクラスですが、どちらもIEatを実装することで、eatメソッドがあることが保証されます。そのためこのようにIEatで、一括で取り扱いができるのです。

この方法はオブジェクト指向の概念でもある「ポリモーフィズム(多態、多様)」と言われます。多様性のあるクラスを1つのインターフェースでまとめて扱えるのです。インターフェースのおかげでシンプルなプログラムを作れます。

インターフェースと抽象クラス

Javaにはインターフェースと似た機能を持つ抽象クラス(abstract class)があります。ここまでのインターフェースとクラスを以下のように直しても、全く同じように動作します。

abstract class IEat {
abstract void eat();
}

class Human extends IEat {
public void eat() {
System.out.println(“”ご飯を食べます。””);
}
}

class Cat extends IEat {
public void eat() {
System.out.println(“”キャットフードを食べます。””);
}
}

インターフェースと抽象クラスの違い

抽象クラスでもインターフェースと同じことが出来ますが、2つは成り立ちが違います。抽象クラスは、拡張した子クラスにとっての抽象化された親クラスであって、インターフェースは実装することで、クラスに文字通りのインターフェース機能を追加するという役割があります。

インターフェースは「class Human implements IEat, ISleep」のように1つのクラスに複数実装できますが、JavaはC++のように多重継承を禁じているため、クラスが親として持ている抽象クラスは1つだけです。

Javaのインターフェースは、C++の多重継承で行われていたことをシンプルに実現するための機能なのです。

Java 8からのインターフェースの機能追加

初期のJavaではインターフェースのメンバは全てpublicのみで、メソッドは名前のみしか定義できませんでした。持てるフィールドはstatic finalのみで、インターフェースは抽象クラスと比べて出来ないことが多いため、抽象クラスを使う意義は大きかったと言えます。

ところがJava 8からインターフェースのメソッドにデフォルト実装とstaticメソッドを持てるようになり、Java 9ではprivateのメソッドも持てるようになりました。次の項からはデフォルト実装とstaticメソッドについて解説します。

Java 8以降のインターフェースのサンプル

インターフェースのデフォルトメソッドのサンプルです。ここまでのサンプルのIEatとMainメソッドを以下のように修正し、Flowerクラスを追加しましょう。

interface IEat {
default void eat() {
eat_inner();
}

private static void eat_inner() {
System.out.println(“”食べられません。””);
}
}

class Flower implements IEat {
// 花は食べることができない
}

public static void main(String[] args) {
IEat e = new Flower();
e.eat();
}

実行すると、

食べられません。

と表示されます。Flowerクラスはeatメソッドがないため、IEatのデフォルト処理が呼ばれていることがわかります。また新しく利用できるようになったprivateとstaitcメソッドも利用しています。

複数のインターフェースに同じデフォルトメソッドがあった場合

ここまで読んで鋭い人は「もし複数実装したインターフェースに同じ名前のデフォルトメソッドがあったらどうするの?」と思うでしょう。実際に試してみましょう。

interface IEat1 {
default void eat() {
System.out.println(“”IEat1のデフォルトメソッドです。””);
}
}

interface IEat2 {
default void eat() {
System.out.println(“”IEat2のデフォルトメソッドです。””);
}
}

class Flower implements IEat1, IEat2 {
}

この様に記述すると、Flowerクラスでデフォルトメソッドが重複しているというエラーになってしまいます。

superで呼び出すデフォルトメソッドを選べる

上のようなエラーを回避するには、以下のようにします。

class Flower implements IEat1, IEat2 {
public void eat() {
IEat1.super.eat();
}
}

「インターフェース名.super.メソッド名」で、どのデフォルト処理を呼ぶか選べるようになります。ただデフォルト処理は、インターフェースを実装したクラスにメソッドが無い場合の機能なので、この様に対応するのは本末転倒とは言えます。

SE
Javaのinterfaceについてよく理解できました。
PM
クラスにメソッドの記述を強制したり、ポリモーフィズムを実践したりするために欠かせないのがinterfaceです。この機会に理解しておきましょう。

Javaのinterfaceはオブジェクト指向に欠かせない

Javaのinterfaceについて解説しましたが、ご理解頂けたでしょうか。interfaceによってポリモーフィズムを実践することはオブジェクト指向プログラミングに欠かせません。是非マスターしてJavaを使いこなしましょう。


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