コンパクトなソース・ファイルおよびインスタンスのmainメソッド

6 コンパクトなソース・ファイルおよびインスタンスのmainメソッド

コンパクトなソース・ファイルおよびインスタンスのmainメソッドを使用すると、受講者は大規模なプログラム用に設計されたすべての言語機能を理解しなくても、最初のプログラムを作成できます。

コンパクトなソース・ファイルおよびインスタンスのmainメソッドの背景情報は、JEP 512を参照してください。

Javaプログラミング言語は、何年にもわたり大規模なチームによって開発および保守される、大規模で複雑なアプリケーションの開発に優れています。データの非表示、再利用、アクセス制御、ネームスペース管理、モジュール性のための豊富な機能を備えており、コンポーネントを個別に開発および保守しながらクリーンに構成できます。その大規模コンポーネントの構成は、大規模プログラミングと呼ばれます。

ただし、Javaプログラミング言語は最初の言語になることも意図しており、小規模プログラミング(コンポーネントの内部にあるすべてのもの)に役立つ多くの構文を提供しています。プログラマが最初に取りかかるとき、大規模なプログラムをチームで記述するのではなく、小規模なプログラムを自分で記述します。この段階では、クラス、パッケージおよびモジュールの大規模プログラミングの概念は必要ありません。

プログラミングを教える場合、講師はまず、変数、制御フローおよびサブルーチンの基本的な小規模プログラミングの概念から始めます。クラス、パッケージおよびモジュールの大規模プログラミングの概念は必要ありません。プログラミングを学習している受講者は、様々なユーザーが作成したコンポーネントを個別に進化させるのに後で役立つカプセル化とネームスペースは不要です。

コンパクトなソース・ファイルおよびインスタンスのmainメソッドは、小規模プログラミングに対するJavaプログラミング言語のサポートを次のように強化します:

受講者および開発者がコンパクトなソース・ファイルを作成できるようにします。これは、クラス宣言で囲まれていないフィールドおよびメソッドを含むソース・ファイルです。コンパクトなソース・ファイルは、メンバーが囲まれていないフィールドおよびメソッドであるクラスを暗黙的に宣言します。Java言語仕様の8.1.8暗黙的に宣言されたクラスおよび「コンパクトなソース・ファイルの作成」を参照してください。
java.baseモジュールによってエクスポートされたパッケージの最上位のpublicクラスおよびインタフェースを自動的にインポートします。「java.baseモジュールの自動インポート」を参照してください。
staticではなく、publicである必要がなく、String[]パラメータを必要としないインスタンスのmainメソッドを許可することで、Javaプログラムが起動されるプロトコルを強化します。「javaランチャおよびインスタンスのメイン・メソッドを使用したコンパクトなソース・ファイルの実行」を参照してください。

また、java.lang.IOクラスには、System.out.printlnメソッドのより簡単な代替手段である基本的な行指向I/Oメソッドが用意されています。「基本的なコンソールI/Oのjava.lang.IOクラス」を参照してください。

Java受講者の最初のプログラムとして使用されることの多いクラシックなHelloWorldプログラムについて考えてみます。

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

この最初のプログラムでは:

class宣言および必須のpublicアクセス修飾子は、大規模プログラミング構文です。外部コンポーネントへの明確に定義されたインタフェースを使用してコード・ユニットをカプセル化する場合に役立ちますが、この小さな例では意味がありません。
コードと外部コンポーネント(この場合はオペレーティング・システムのシェル)のインタフェースをとるためのString[] argsパラメータも存在します。特に、HelloWorldのような単純なプログラムでは使用されないため、ここでは不可解で役に立ちません。
static修飾子は、Javaのクラスとオブジェクト・モデルの一部です。初心者にとって、staticは不可解なだけでなく有害です。mainから呼び出して使用できるメソッドまたはフィールドをさらに追加するために、受講者はこれらすべてをstaticとして宣言するか(一般的な習慣でもよい習慣でもないイディオムを伝播します)、静的メンバーとインスタンス・メンバーの違いに直面し、オブジェクトをインスタンス化する方法について学習する必要があります。

新しいプログラマは、変数や制御フローについて学習する前、そして大規模プログラムを適切に整理しておくための大規模プログラミング構文の有用性を理解する前に、これらの大規模プログラミング構文に遭遇します。講師は多くの場合、忠告します。「それについては心配しないでください。後で理解することになるので。」これは彼らとその受講者たちを納得させるものではありません。Java言語が非常に複雑であるという根強い印象を受講者に残します。

コンパクトなソース・ファイルおよびインスタンスのmainメソッドは、プログラマがアクセス修飾子、static修飾子またはString[]パラメータを使用せずにプログラムを記述できるようにすることで、HelloWorldなどの単純なプログラムを記述する複雑さを軽減します。受講者は、独立した方言とはかけ離れたJava言語を使用して、単一クラス・プログラムの合理化された宣言を記述し、後で開始プログラムをシームレスに拡張して、スキルの成長に応じてより高度な機能を含めることができるようになりました。Javaの熟練者は、コンパクトなソース・ファイルおよびインスタンスのmainメソッドが、Java言語の大規模プログラミング機能を必要としない単純なJavaプログラムを記述する際に便利な機能であることに気づく場合もあります。講師は、大規模プログラミング構文の紹介を、必要になるまで延期できます。

トピック

コンパクトなソース・ファイルの作成

Java言語では、すべてのクラスがパッケージ内にあり、すべてのパッケージがモジュール内にあります。これらのネームスペースおよびカプセル化の構文は、すべてのコードに適用されます。ただし、それらを必要としない小さなプログラムでは省略できます。

クラス・ネームスペースを必要としないプログラムは、package文を省略して、そのクラスを無名パッケージの暗黙的なメンバーにすることができます。無名パッケージ内のクラスは、名前付きパッケージのクラスから明示的に参照できません。パッケージをカプセル化する必要がないプログラムは、モジュール宣言を省略して、そのパッケージを無名モジュールの暗黙的なメンバーにすることができます。無名モジュール内のパッケージは、名前付きモジュール内のパッケージから明示的に参照できません。

クラスは、主要目的であるオブジェクトの構築用のテンプレートとして機能する前に、メソッドおよびフィールドの名前空間として機能します。次の場合に、クラスの概念に直面することを受講者に求めてはなりません。

変数、制御フローおよびサブルーチンの基本的な構成要素に慣れる前
オブジェクト指向の学習を始める前
まだ単純な単一ファイル・プログラムを作成している場合。

すべてのメソッドがクラスに存在する場合でも、必要のないコードの明示的なクラス宣言の要求を停止できます。これは、必要のないコードの明示的なパッケージ宣言やモジュール宣言は必要ないためです。

Javaコンパイラは、クラス宣言で囲まれていないメソッドを含むソース・ファイルを検出すると、そのメソッド、同様のメソッド、およびファイル内の囲まれていないフィールドとクラスを、暗黙的に宣言された最上位のクラスの本体を形成するものと見なします。暗黙的に宣言されたクラスを含むソース・ファイルは、コンパクトなソース・ファイルと呼ばれます。

コンパクトなソース・ファイルの暗黙的に宣言されたクラス:

無名パッケージのfinal最上位クラスです。
java.lang.Objectを拡張し、インタフェースを実装しません。
パラメータのないデフォルト・コンストラクタを持ち、他のコンストラクタはありません。
メンバーとして、コンパクトなソース・ファイルにフィールドとメソッドがあります。
インスタンスのmainメソッドである起動可能なmainメソッドが必要です。「javaランチャおよびインスタンスのメイン・メソッドを使用したコンパクトなソース・ファイルの実行」を参照してください。

暗黙的に宣言されたクラスは名前で参照できないため、その静的メソッドへのメソッド参照はありません。ただし、thisキーワードは引き続き使用でき、インスタンス・メソッドへのメソッド参照も使用できます。

コンパクトなソース・ファイルのコードは、暗黙的に宣言されたクラスを名前で参照できないため、暗黙的に宣言されたクラスのインスタンスは直接構築できません。このようなクラスは、スタンドアロン・プログラムとして、またはプログラムのエントリ・ポイントとしてのみ役立ちます。したがって、暗黙的に宣言されたクラスには、「javaランチャおよびインスタンスのメイン・メソッドを使用したコンパクトなソース・ファイルの実行」の説明に従って起動できるmainメソッドが必要です。この要件は、Javaコンパイラによって適用されます。

暗黙的に宣言されたクラスは無名パッケージに存在し、無名パッケージは無名モジュールに存在します。(複数のクラス・ローダーを除き)無名パッケージは1つしか存在できず、無名モジュールも1つしか存在できませんが、無名モジュールには暗黙的に宣言されたクラスが複数存在できます。暗黙的に宣言されるすべてのクラスは、mainメソッドを含み、プログラムを表します。したがって、無名パッケージ内の暗黙的に宣言された複数のクラスは、複数のプログラムを表します。

暗黙的に宣言されたクラスは、明示的に宣言されたクラスと類似しています。メンバーは同じ修飾子(privateやstaticなど)を持つことができ、修飾子のデフォルトは同じです(packageアクセスやインスタンス・メンバーシップなど)。1つの重要な違いは、暗黙的に宣言されたクラスにはデフォルトのゼロ・パラメータ・コンストラクタがあるものの、他のコンストラクタは持てないことです。

これらの変更により、HelloWorldプログラムをコンパクトなソース・ファイルとして記述できるようになりました:

void main() {
    System.out.println("Hello, World!");
}

1つの起動可能なmainメソッド(インスタンスのmainメソッドであるvoid main())があります。最上位のメンバーは暗黙的に宣言されたクラスのメンバーとして解釈されるため、プログラムは次のように記述することもできます:

String greeting() { return "Hello, World!"; }

void main() {
    System.out.println(greeting());
}

または、フィールドを使用して、プログラムを次のように記述できます。

String greeting = "Hello, World!";

void main() {
    System.out.println(greeting);
}

javaコマンドライン・ツールを使用して、HelloWorld.javaという名前のコンパクトなソース・ファイルを次のように起動できます:

java HelloWorld.java

Javaコンパイラは、そのファイルを起動可能なクラス・ファイルHelloWorld.classにコンパイルします。この場合、コンパイラはクラス名にHelloWorldを実装詳細として選択します。ただし、依然としてこの名前をJavaソース・コードで直接使用することはできません。「javaランチャおよびインスタンスのメイン・メソッドを使用したコンパクトなソース・ファイルの実行」を参照してください。

この時点で、javadocツールは暗黙的に宣言されたクラスのAPIドキュメントを生成できません。これは、暗黙的に宣言されたクラスが他のクラスからアクセス可能なAPIを定義していないためです。ただし、暗黙的に宣言されたクラスのフィールドおよびメソッドは、APIドキュメントを生成できます。

基本的なコンソールI/Oのjava.lang.IOクラス

java.lang.IOクラスには、System.out.printlnメソッドのより簡単な代替手段である基本的な行指向I/Oメソッドが用意されています。

println(Object): 指定されたオブジェクトの文字列表現をシステム・コンソールに書き込み、そのコンソールをフラッシュします。
print(Object): 指定されたオブジェクトの文字列表現をシステム・コンソールに書き込み、行を終了し、そのコンソールをフラッシュします。
readln(String): printを呼び出す場合と同様にプロンプトを書き込み、システム・コンソールから1行のテキストを読み取ります。

したがって、HelloWorldプログラムを次のようにさらに簡略化できます:

String greeting = "Hello, World!";

void main() {
    IO.println(greeting);
}

IOクラスはjava.langパッケージ内にありますが、これは、(コンパクトなソース・ファイルだけでなく)各ソース・ファイルによって暗黙的にインポートされることを意味します。IOクラスのstaticメソッドは暗黙的にインポートされません。これらのメソッドを呼び出すには、明示的にインポートしないかぎり、クラスにIO.println("Hello, world!")など名前を指定する必要があります。

java.baseモジュールの自動インポート

すべてのコンパクトなソース・ファイルは、java.baseモジュールによってエクスポートされたすべてのパッケージに含まれる最上位のpublicクラスおよびインタフェースをすべてオンデマンドでインポートします。これは、モジュール・インポート宣言import module java.baseがすべてのコンパクトなソース・ファイルの最初に出現する場合と同じです。詳細は、「モジュール・インポート宣言」を参照してください。

次の例は、java.baseモジュールによってエクスポートされたパッケージに含まれているため、Map、Stream、CollectorsまたはFunctionのインポート宣言を必要としないコンパクトなソース・ファイルです。

void main() {
    String[] fruits = new String[] { "apple", "berry", "citrus" };
    Map<String, String> m = Stream
        .of(fruits)
        .collect(Collectors.toMap(
            s -> s.toUpperCase().substring(0,1),
                Function.identity()));
    m.forEach((k, v) -> println(k + " " + v));
}

javaランチャおよびインスタンスのメイン・メソッドを使用したコンパクトなソース・ファイルの実行

コンパクトなソース・ファイルを含む単一ファイルのソース・コード・プログラムを、最初に明示的にコンパイルせずにjavaコマンドライン・ツールで実行できます。

たとえば、HelloWorld.javaがコンパクトなソース・ファイルの場合は、コマンドラインで直接実行できます:

java HelloWorld.java

または、他のJavaソース・ファイルと同様に、javacコマンドライン・ツールを使用してコンパクトなソース・ファイルを明示的にコンパイルし、javaコマンドライン・ツールを使用してコンパイルされたコンパクトなソース・ファイルを実行できます:

javac HelloWorld.java
java HelloWorld

どちらの場合も、javaツールは、次のプロトコルで説明するように、mainメソッドを検出して呼び出します:

コンパクトなソース・ファイルに、単一のString[]パラメータとvoid結果を持つアクセス可能なmainメソッドが含まれている場合は、このメソッドが選択されます。

それ以外の場合、コンパクトなソース・ファイルに、パラメータのないアクセス可能なmainメソッドとvoid結果が含まれていると、このメソッドが選択されます。

それ以外の場合、javaツールはエラーをレポートして終了します。
選択したメソッドがstatic mainメソッドであった場合は、必要に応じて、配列の要素として渡されたコマンドラインからの引数とともに呼び出されます。

それ以外の場合は、インスタンス・メソッドが選択されました。この場合、コンパクトなソース・ファイルの暗黙的に宣言されたクラスのインスタンスを最初に作成する必要があります。このクラス・インスタンスは、暗黙的に宣言されたクラスのデフォルトのコンストラクタを呼び出した結果です。mainメソッドは、必要に応じて、配列の要素として渡されたコマンドラインからの引数を使用して、結果のインスタンスで呼び出されます。

このプロトコルで起動できるmainメソッドは、起動可能なmainメソッドと呼ばれます。たとえば、コンパクトなソース・ファイルHelloWorld.javaを再度考えてみます:

void main() {
    IO.println("Hello, World!");
}

1つの起動可能なmainメソッド(インスタンスのmainメソッドであるvoid main())があります。

次のコンパクトなソース・ファイルの例には、String[]パラメータを持つインスタンスのmainメソッドが含まれています:

void main(String[] args) {
    IO.println("Hello, " + args[0]);
}

プログラムの拡大

不要な概念と構文を省略することによって、コンパクトなソース・ファイルとして記述されたHelloWorldプログラムは、プログラムが実際に実行する処理により重点を置かれたものになります。それでも、コンパクトなソース・ファイル内の暗黙的に宣言されたクラスのすべてのメンバーは、通常のクラスと同じように解釈されます。

概念および構文は、プログラムの必要に応じてコンパクトなソース・ファイルに追加できます。コンパクトなソース・ファイル内の暗黙的に宣言されたクラスを通常のクラスに進化させるには、import文を除く宣言を明示的なclass宣言内にラップするだけです。