第1回 C#にさわってみよう

Counterクラスのフィールドとコンストラクタ

ではこの要求を少しずつ形にしていってみよう．まずは，カウンターオブジェクトは内部でカウントを持っているので，以下を実装する．

// クラスCounterの宣言
class Counter 
{
    // int型のprivateフィールド count の宣言
    private int count; 
    // Counterのコンストラクタ
    public Counter(int c0) 
    {
        // フィールド count に c0 を代入
        count = c0; 
    }
}

ここで，private int count;の部分がフィールド宣言である．これはカウンターオブジェクトがcountというint型のフィールドを持っていることを表している．また，private修飾子はこのフィールドがこのクラスの外からはアクセスできないことを表している．public Counter(int c0) {…}の部分はこのクラスの コンストラクタを定義している．コンストラクタはオブジェクトを生成する際に呼ばれ，ここではフィールドcountをc0で初期化している．コンストラクタはクラスと同じ名前である必要がある．public修飾子はこのコンストラクタが Counter クラスの外からアクセスできることを表している．

カウンターオブジェクトの作成，より正確な言い方をすればCounterクラスのインスタンス（オブジェクトのことをインスタンスと呼ぶことがある）は new式を用いることで行うことができる．

Counter c = new Counter(0); 

この文の実行後，cはnew Counter (0)によって作成されたCounterクラスのインスタンスを指すこととなる．すなわち大雑把には以下のような状況になる．

                         +-----------+
 c---------------------->|  Counter  |
                         | --------- |
                         | count = 0 |
                         +-----------+

その後

Counter d = new Counter(7);

とすれば，下記のようにカウンターオブジェクトが二つ作成される．

                         +-----------+
 c---------------------->|  Counter  |
                         | --------- |
                         | count = 0 |
                         +-----------+

                         +-----------+
 d---------------------->|  Counter  |
                         | --------- |
                         | count = 7 |
                         +-----------+         

しかしながら，現在のままではこれらのカウンターcおよびdについてできることがない．これらのオブジェクトの唯一のフィールドであるcountはprivateなので，Counterクラスの外からは見えないためである．たとえば以下のプログラムはコンパイル時エラーとなる．

using System; 

class Counter 
{
    private int count; 
    public Counter(int c0) 
    {
        count = c0; 
    }
}
class Program 
{
    static void Main(string[] args) 
    {
        Counter c = new Counter(0); 
        // c.count.ToString()はオブジェクトcのフィールドcountに対し，ToString()メソッドを呼ぶの意
        // Console.WriteLine(s)は文字列sを標準出力に改行付きで出力する
        Console.WriteLine(c.count.ToString()); // エラー
    }
}

using System; 
class Counter 
{
    private int count; 
    public Counter(int c0) 
    {
        count = c0; 
    }
    static void Main(string[] args) 
    {
        Counter c = new Counter(0); 
        Console.WriteLine(c.count.ToString()); 
    }
}

メソッドの追加

では，Counterクラスに（インスタンス）メソッドを追加してもっと面白くしてみよう．（インスタンス）メソッドMethodはオブジェクトoに対し，o.Method(arg1, arg2)のよう形で呼出すことができる関数のようなものである．具体的にはカウンタをインクリメントするメソッドInc()，リセットするメソッドReset()，取得するメソッドGetCount()を定義してみよう．

class Counter 
{
    private int count; 

    // コンストラクタ
    public Counter(int c0) 
    {
        count = c0; 
    }

    // メソッド
    public void Inc() 
    {
        count++;
    }
    public void Reset() 
    {
        count = 0; 
    }
    public int GetCount() 
    {
        return count; 
    }        
}

上の実装が示すように，Inc()はカウントを1増加させ，Reset()はカウントを0にリセットし，GetCount()は現在のカウントを返す．

public修飾子が示すように，これらはpublicメソッドとして実装されてるため，Counterクラスの外側でも用いることができる．

using System; 

class Counter 
{
    private int count; 
    public Counter(int c0) 
    {
        count = c0; 
    }
    public void Inc() 
    {
        count++;
    }
    public void Reset() 
    {
        count = 0; 
    }
    public int GetCount() 
    {
        return count; 
    }        
}
class Program 
{
    static void Main(string[] args) 
    {
        Counter c = new Counter(0); 
        Counter d = new Counter(7);
        // ここで，"c.GetCount() = " + c.GetCount().ToString() は
        // 文字列"c.GetCount() = "と文字列c.GetCount().ToString()を連接した文字列
        // を表す．
        // C#では+演算子は文字列の連接にも用いられる．
        // たとえば，"Hello" + "World"の結果は"HelloWorld"である．
        Console.WriteLine("c.GetCount() = " + c.GetCount().ToString()); 
        Console.WriteLine("d.GetCount() = " + d.GetCount().ToString()); 

        c.Inc(); // cの指すカウンタをインクリメント
        c.Inc(); // cの指すカウンタをインクリメント
        Console.WriteLine("c.GetCount() = " + c.GetCount().ToString()); 

        c.Reset(); // cの指すカウンタをリセット
        Console.WriteLine("c.GetCount() = " + c.GetCount().ToString());  

        c.Inc(); // cの指すカウンタをインクリメント
        Console.WriteLine("c.GetCount() = " + c.GetCount().ToString()); 

        // cとdは異なるカウンタオブジェクトを指しているため，
        // cの指すカウンタオブジェクトの操作は，
        // dの指すカウンタオブジェクトに影響しない．
        Console.WriteLine("d.GetCount() = " + d.GetCount().ToString()); 
    }
}

このプログラムをビルド・実行すると以下の出力が得られる．

c.GetCount() = 0
d.GetCount() = 7
c.GetCount() = 2
c.GetCount() = 0
c.GetCount() = 1
d.GetCount() = 7

メソッドInc()等が，obj.Inc()の形で呼び出されていることを確認しよう．また，（インスタンス）メソッドInc()の定義において（インスタンス）フィールドcountが参照されていることにも注意する．大雑把には，このcountは，メソッドInc()が属するインスタンスの同名のフィールドを差している．

struct counter { int count; };

void construct_counter(struct counter* p, int c) {
    p->count = c; 
}

struct counter* new_counter(int c) {
    struct counter* p = (struct counter*) malloc( sizeof(struct counter) ); 
    construct_counter(p, c); 
    return p; 
}

void increment(struct counter* p) {
    p->count++;
} 

void reset(struct counter* p) {
    p->count = 0; 
}

int get_count(struct counter* p) {
    return p->count; 
}

Counter c = new Counter(0);
Counter d = c; // dはcと同じインスタンスを指す
Console.WriteLine(d.GetCount().ToString()); // 0 
// なので，c.Inc()をすれば…
c.Inc();
// …d.GetCount()の値も変化する
Console.WriteLine(d.GetCount().ToString()); // 1

staticメソッドの追加

さらにCounterを便利なものにするために，"12"や"-34"といった文字列からカウンターを作成することを考えてみよう．

このような処理はコンストラクタとしても実装可能である．が，カウンターオブジェクトの生成という関心事からいささか複雑すぎるので，今回はそのようなアプローチは取らないことにする．一方で，このような処理をCounterクラスの（インスタンス）メソッドとして実装することはできない．これは，インタンスメソッドはインタンスに属するものであるが，行いたい処理の時点ではインスタンスはまだ生成されていないためである．実際に，構文上においても，インスタンスoに対するインスタンスメソッドMethodの呼出しはo.Method(arg1, arg2)となっていて，インスタンスが与えられなければインスタンスメソッドを呼び出すことができない．

staticメソッドを用いればこの問題を解決することができる．staticメソッドはざっくりと説明するならば， インスタンスではなくクラスに属するメソッド（この言い方は少し正確でない．C#だと構造体型がありそちらもstaticメソッドを持てるので）である．そのため，インスタンスが与えられなくても呼び出すことが可能である．具体的には以下の形のメソッドを追加する．

public static Counter Parse(string s) 
{
      ...
}

static修飾子はこのメソッドがstaticメソッドであることを表している．

さて，この関数の実装であるが， Int32.Parseメソッド（参考：.NETのAPIリファレンス）を用いることで実装できる．

public static Counter Parse(string s) 
{
    int i = Int32.Parse(s); 
    return new Counter(i); 
}

Int32.Parseもstaticメソッドの一つである．また，Console.WriteLineも実はstaticメソッドである．このようにstaticメソッドMethodはクラスCに対し，C.Method(arg1, arg2)のようにすることで呼び出すことができる．実際に以下のプログラムをビルド・実行してみよう．

using System; 

class Counter 
{
    private int count; 
    public static Counter Parse(string s) 
    {
        int i = Int32.Parse(s); 
        return new Counter(i); 
    }
    public Counter(int c0) 
    {
        count = c0; 
    }
    public void Inc() 
    {
        count++;
    }
    public void Reset() 
    {
        count = 0; 
    }
    public int GetCount() 
    {
        return count; 
    }        
}
class Program 
{
    static void Main(string[] args) 
    {
        Counter c = Counter.Parse("3"); 
        Console.WriteLine("c.GetCount() = " + c.GetCount().ToString()); 
        c.Inc(); 
        c.Inc(); 
        Console.WriteLine("c.GetCount() = " + c.GetCount().ToString()); 
    }
}

すると以下の出力が得られる．

c.GetCount() = 3
c.GetCount() = 5

ところで，読者の中には以下では何故問題なのかと疑問に思った人もいるかもしれない．

public static Counter Parse(string s) 
{
    int i = Int32.Parse(s); 
    count = i; // エラー
}

直観的にはParseはクラスに属するメソッドであるので，インスタンスに属するフィールドcountをオブジェクト経由なしにアクセスすることができないためである．

修飾子

上で出てきたstatic，public等は修飾子と呼ばれるものである．中でもprivateやpublicはアクセス修飾子と呼ばれ，メソッドやフィールドにアクセスする範囲を限定する．アクセス修飾子にはたとえば以下のようなものがある（全部ではない）．

• private: それを含むクラスの中からしかアクセスできない．メソッドやフィールドなどの修飾子を省略した場合はprivateになる．

• public: どこからでもアクセスできる．

• protected: 自身と派生クラス（次回）のみからアクセスできる．

• internal: 同一コンパイル単位内からのみアクセスできる．（ネストされていない）クラスの修飾子を省略した場合はinternalになる．

型

型にはCounter等のクラスや，int等の数値型，bool（真偽値型）やstring（文字列型）などがある．数値型にはたとえば，以下のようなものがある（全部ではない）．

• 整数型

  • sbyte: 符号付き8ビット（1バイト）整数型．-128〜127
  • byte: 符号なし8ビット（1バイト）整数型．0〜255
  • int: 符号付き32ビット整数型．-2,147,483,648〜2,147,483,647
  • uint: 符号なし32ビット整数型．0〜4,294,967,295
  • long: 符号付き64ビット整数型．-9,223,372,036,854,775,808〜9,223,372,036,854,775,807
  • ulong: 符号なし64ビット整数型．0〜18,446,744,073,709,551,615

• 浮動小数点数型

  • float: 単精度浮動小数点型
  • double: 倍精度浮動小数点型

return文

メソッドから値を返す．

return 式

public int GetCount() 
{ 
    return count; 
}