【Java入門】配列の基本構文｜宣言や初期化から要素の追加と削除方法まで解説

Javaの配列（Array）とは

Javaの配列は、同じデータ型の複数の要素を一つの変数としてまとめて管理するためのデータ構造です。配列を使用することで、データの整理や操作が効率的に行えるようになります。

本章では、配列の定義や特徴、使い方まで解説します。

配列の定義と基本的な特徴

配列（Array）とは、同じ型のデータを一つの変数にまとめて管理するためのデータ構造です。Javaでは、配列を使用することで複数の値を効率的に扱うことができます。配列は以下のような特徴を持っています。

配列を使用するメリット

配列を使用することには多くのメリットがあります。以下にその主要なメリットをいくつか挙げます。

以上のように、Javaの配列はデータの管理や処理を効率化するための強力なツールです。次章では、実際に配列をどのように宣言し、使用するのかについて詳しく見ていきます。

配列の宣言

配列を使用するためには、まずその配列を宣言する必要があります。配列の宣言とは、配列の名前とその型を指定し、その配列がどのようなデータを格納するのかをコンパイラに伝える作業です。

Javaでは、基本データ型（int、double、charなど）やオブジェクト型（String、Integerなど）の配列を宣言することができます。

適切な配列の宣言を行うことで、効率的にデータを管理し、操作することが可能になります。続いて、配列の型と基本構造、およびさまざまな宣言方法について詳しく解説します。

配列の型と基本構造

Javaでは、配列を宣言する際にその配列が保持する要素の型を指定する必要があります。配列の型は、基本データ型（int、float、char、など）でもオブジェクト型（String、Integer、など）でも構いません。配列の基本構造は以下の通りです。

// 配列の宣言
データ型[] 配列名;

例えば、整数型の配列を宣言する場合は次のようになります。

int[] numbers;

また、文字列型の配列を宣言する場合は次のようになります。

String[] names;

ここで重要なのは、配列の型を決めると、その配列には同じ型の要素しか格納できないということです。例えば、int[]型の配列には整数値のみを格納できます。

様々な宣言方法とコード例

配列の宣言にはいくつかの方法があります。以下に、代表的な宣言方法とそのコード例を紹介します。

1. 配列の宣言と同時に初期化する方法

配列を宣言すると同時に初期化することができます。これは配列を使いやすくするための一般的な方法です。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};

2. 配列のサイズを指定して宣言する方法

配列のサイズを指定して宣言し、その後で要素を設定する方法もあります。この方法では、配列のサイズを固定し、そのサイズの範囲内で要素を追加します。

int[] numbers = new int[5]; // 5つの要素を持つ整数配列を作成
numbers[0] = 1;
numbers[1] = 2;
numbers[2] = 3;
numbers[3] = 4;
numbers[4] = 5;

String[] names = new String[3]; // 3つの要素を持つ文字列配列を作成
names[0] = "Alice";
names[1] = "Bob";
names[2] = "Charlie";

3. 配列の宣言と初期化を分ける方法

配列の宣言と初期化を分けて行うこともできます。まず配列を宣言し、その後で初期化します。

int[] numbers;
numbers = new int[] {1, 2, 3, 4, 5};

String[] names;
names = new String[] {"Alice", "Bob", "Charlie"};

この方法では、配列の宣言を行った後に、適切なタイミングで初期化することが可能です。

配列の宣言方法には様々なバリエーションがあり、状況に応じて最適な方法を選ぶことが重要です。次章では、配列の初期化と要素の設定方法について詳しく見ていきます。

配列の初期化と要素の設定

初期化

配列を宣言した後、使用する前に必ず初期化する必要があります。配列の初期化にはいくつかの方法があり、用途に応じて適切な方法を選ぶことが重要です。

1. 宣言と同時に初期化

配列を宣言すると同時に初期化する方法です。この方法はシンプルで、配列の要素を一括で設定できるため便利です。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};

2. サイズ指定による初期化

配列のサイズを指定して初期化する方法です。この方法では、指定したサイズ分のデフォルト値（数値型なら0、参照型ならnull）が格納されます。

int[] numbers = new int[5]; // 5つの要素を持つ配列を作成（すべて0で初期化）
String[] names = new String[3]; // 3つの要素を持つ配列を作成（すべてnullで初期化）

値の設定

初期化後に配列の各要素に値を設定する方法です。インデックスを使用して個々の要素にアクセスし、値を設定します。

int[] numbers = new int[5];
numbers[0] = 1;
numbers[1] = 2;
numbers[2] = 3;
numbers[3] = 4;
numbers[4] = 5;

String[] names = new String[3];
names[0] = "Alice";
names[1] = "Bob";
names[2] = "Charlie";

配列の初期化における注意点

配列の初期化にはいくつかの注意点があります。これらを理解しておくことで、エラーを避けることができます。

1. 配列サイズの変更不可

配列は一度初期化するとサイズを変更することができません。そのため、初期化時に必要なサイズを慎重に決定する必要があります。サイズを変更する場合は、新しい配列を作成し、既存の配列の要素をコピーする必要があります。

int[] original = {1, 2, 3};
int[] larger = new int[5];
System.arraycopy(original, 0, larger, 0, original.length);
// larger配列には {1, 2, 3, 0, 0} が格納される

2. デフォルト値の理解

配列を初期化する際、各要素にはデフォルト値が設定されます。数値型配列なら0、ブール型配列ならfalse、参照型配列ならnullがデフォルト値です。このデフォルト値を理解していないと、意図しない動作を引き起こす可能性があります。

int[] numbers = new int[3];
System.out.println(numbers[0]); // 出力は0

boolean[] flags = new boolean[2];
System.out.println(flags[0]); // 出力はfalse

String[] strings = new String[2];
System.out.println(strings[0]); // 出力はnull

3. 配列のインデックス範囲

配列のインデックスは0から始まり、配列のサイズ-1までです。インデックスが範囲外の場合、ArrayIndexOutOfBoundsExceptionがスローされます。このエラーを避けるため、配列の操作時には常にインデックス範囲を確認する必要があります。

int[] numbers = {1, 2, 3};
System.out.println(numbers[3]); // これはエラーを引き起こす

以上が配列の初期化と要素の設定に関する基本的な知識です。次章では、配列要素の操作について詳しく見ていきます。

配列要素の操作

インデックスの使用

配列要素にアクセスするためには、インデックスを使用します。インデックスは0から始まり、配列のサイズ-1までの整数値です。インデックスを使って要素を取得したり、設定したりすることができます。

配列の特定の要素を取得するには、配列名とインデックスを使用します。例えば、次のようにします。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int firstNumber = numbers[0]; // インデックス0の要素を取得
int thirdNumber = numbers[2]; // インデックス2の要素を取得

配列の特定の要素に値を設定する場合も、インデックスを使用します。

int[] numbers = new int[5];
numbers[0] = 10; // インデックス0に値を設定
numbers[1] = 20; // インデックス1に値を設定
numbers[4] = 50; // インデックス4に値を設定

インデックスを使うことで、配列内の任意の位置にある要素に簡単にアクセスできます。しかし、インデックスが範囲外の場合はArrayIndexOutOfBoundsExceptionがスローされるため、必ず配列のサイズを確認することが重要です。

ループ処理

配列の全要素に対して何らかの操作を行いたい場合、ループ処理を利用すると便利です。Javaでは、forループやenhanced forループを使って配列の要素を簡単に操作できます。

forループ

forループを使って配列の全要素を順番に処理する方法です。インデックスを使って各要素にアクセスします。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println(numbers[i]);
}

この例では、配列numbersの全ての要素を順番に出力しています。

enhanced forループ

enhanced forループ（拡張forループ）は、配列の全要素を簡単に処理するための構文です。インデックスを使わずに、各要素に直接アクセスできます。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int number : numbers) {
    System.out.println(number);
}

この例では、enhanced forループを使ってnumbers配列の全ての要素を順番に出力しています。コードがシンプルで読みやすくなるのが特徴です。

whileループ

whileループを使って配列の全要素を処理することもできます。whileループは、特定の条件が満たされる間、繰り返し処理を行います。

この例では、whileループを使ってnumbers配列の全ての要素を順番に出力しています。

ループ処理を利用することで、配列の全要素に対して効率的に操作を行うことができます。次章では、配列の要素を追加・削除する方法について詳しく見ていきます。

配列の要素を追加・削除する方法

要素の追加方法と注意点

Javaの配列は固定長のため、一度宣言された配列のサイズは変更できません。つまり、配列に要素を追加するためには、新しい配列を作成し、既存の要素をコピーした上で新しい要素を追加する必要があります。これにはSystem.arraycopyメソッドや手動でのコピーを使用します。

以下は、新しい要素を追加するためのコード例です。

int[] original = {1, 2, 3};
int newElement = 4;

// 新しい配列を作成し、サイズを1つ増やす
int[] newArray = new int[original.length + 1];

// 既存の配列の要素を新しい配列にコピー
System.arraycopy(original, 0, newArray, 0, original.length);

// 新しい要素を追加
newArray[newArray.length - 1] = newElement;

for (int number : newArray) {
    System.out.println(number);
}

上記の例では、元の配列originalに新しい要素newElementを追加するために、新しい配列newArrayを作成し、System.arraycopyメソッドを使って既存の要素をコピーしています。

[注意点]

要素の削除と配列のサイズ変更

要素を削除する場合も、新しい配列を作成し、削除したい要素を除いてコピーする必要があります。以下は、特定のインデックスの要素を削除するためのコード例です。

int[] original = {1, 2, 3, 4};
int removeIndex = 2;

// 新しい配列を作成し、サイズを1つ減らす
int[] newArray = new int[original.length - 1];

// 削除対象の前の要素をコピー
System.arraycopy(original, 0, newArray, 0, removeIndex);

// 削除対象の後の要素をコピー
System.arraycopy(original, removeIndex + 1, newArray, removeIndex, original.length - removeIndex - 1);

for (int number : newArray) {
    System.out.println(number);
}

上記の例では、元の配列originalからインデックスremoveIndexの要素を削除し、新しい配列newArrayにコピーしています。

[注意点]

配列の要素を追加・削除する操作は、Javaの標準配列では多少手間がかかるため、用途に応じて最適なデータ構造を選択することが重要です。次章では、配列の応用操作について詳しく見ていきます。

配列の応用操作

配列のコピー

配列のコピーは、既存の配列を新しい配列に複製する操作です。Javaには、配列をコピーするためのいくつかの方法があります。本章では、3つの具体的な方法を紹介します。

System.arraycopyメソッドを使用する方法

System.arraycopyメソッドは、ソース配列からデスティネーション配列へ要素をコピーするための方法です。以下にその使用例を示します。

int[] original = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] copy = new int[original.length];

// 配列のコピー
System.arraycopy(original, 0, copy, 0, original.length);

for (int number : copy) {
    System.out.println(number);
}

上記の例では、original配列の全ての要素がcopy配列にコピーされます。

Arrays.copyOfメソッドを使用する方法

ArraysクラスのcopyOfメソッドを使うと、より簡単に配列をコピーできます。

import java.util.Arrays;

int[] original = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] copy = Arrays.copyOf(original, original.length);

for (int number : copy) {
    System.out.println(number);
}

上記の例では、original配列がcopy配列に全てコピーされます。

cloneメソッドを使用する方法

配列自体が持つcloneメソッドを使用することで、浅いコピーを作成することもできます。

cloneメソッドは、要素がオブジェクトの場合、そのオブジェクトの参照のみがコピーされます。つまり、元の配列と新しい配列は同じオブジェクトを指すことになります。

以下に、cloneメソッドを使って配列をコピーする基本的な例を示します。

int[] original = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] copy = original.clone();

for (int number : copy) {
    System.out.println(number);
}

上記の例では、original配列をcloneメソッドでコピーし、新しい配列copyに格納しています。コピーされた配列copyは、original配列と同じ要素を持ちます。

配列のソートと検索

配列のソートと検索は、データを整理し、必要なデータを効率的に見つけるために重要な操作です。それぞれどのように記述するのか見ていきましょう。

配列のソート

Javaでは、Arrays.sortメソッドを使用して配列を簡単にソートできます。このメソッドは、配列を昇順に並べ替えます。

import java.util.Arrays;

int[] numbers = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
Arrays.sort(numbers);

for (int number : numbers) {
    System.out.println(number);
}

[出力イメージ]

上記の例では、numbers配列が昇順にソートされ、出力されます。

配列の検索

ソートされた配列から特定の要素を検索するために、Arrays.binarySearchメソッドを使用できます。このメソッドは二分探索アルゴリズムを使用しているため、効率的に検索を行います。

import java.util.Arrays;

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
int index = Arrays.binarySearch(numbers, 4);

System.out.println("Index of 4: " + index);

[出力イメージ]

上記の例では、要素4のインデックスが表示されます。

多次元配列とその操作

多次元配列は、配列の配列を使って複雑なデータ構造を表現します。Javaでは、二次元配列が最も一般的に使用されます。本章では、二次元配列から多次元配列の応用まで紹介します。

二次元配列の宣言と初期化

二次元配列を宣言するには、次のようにします。

int[][] matrix = new int[3][3];

また、初期化と同時に値を設定することも可能です。

int[][] matrix = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};

二次元配列の要素の取得

二次元配列の各要素には、行と列のインデックスを使用して値を取得します。

int value = matrix[1][2]; // インデックス1の行とインデックス2の列にある要素（値は6）を取得
System.out.println(value);

二次元配列のループ処理

二次元配列をループ処理する際には、二重のforループを使用します。

for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
    for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
        System.out.print(matrix[i][j] + " ");
    }
    System.out.println();
}

上記の例では、二次元配列の全ての要素が行ごとに出力されます。

多次元配列の応用

多次元配列を使うことで、複雑なデータ構造を効率的に管理できます。例えば、三次元配列を使って3D座標系のデータを管理することもできます。

int[][][] threeDArray = new int[3][3][3];

// 要素の設定
threeDArray[0][0][0] = 1;
threeDArray[1][1][1] = 5;
threeDArray[2][2][2] = 9;

// 要素の取得
int value = threeDArray[1][1][1];
System.out.println(value);

多次元配列の理解と活用により、データの管理や操作がより柔軟かつ効率的になります。これにより、より複雑なプログラムの設計・実装が可能になります。

合わせて読みたい

Javaで配列に要素を追加する方法 | デジタルトレンドナビ

Javaの配列は固定長であるため、要素を追加するには新しい配列を作成し、既存の要素をコピーする必要があります。しかし、この方法は非効率的です。そこで、動的配列であるArrayListの使用が推奨されます。ArrayListは、サイズを自動的に調整でき、要素の追加・削除が簡単に行えます。

【知っておきたい】Java配列の一般的なエラーと対処法

Javaの配列操作では、いくつかの一般的なエラーが発生することがあります。これらのエラーを理解し、適切に対処することで、プログラムの信頼性を向上させることができます。

ArrayIndexOutOfBoundsExceptionの理解と対処

ArrayIndexOutOfBoundsExceptionは、配列の有効なインデックス範囲外にアクセスしようとした場合にスローされる例外です。例えば、配列のサイズが5の場合、有効なインデックスは0から4までです。インデックスが負の値や5以上の値を使用すると、この例外が発生します。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
System.out.println(numbers[5]); // ArrayIndexOutOfBoundsExceptionがスローされる

上記の例では、配列numbersのインデックス5にアクセスしようとしているため、ArrayIndexOutOfBoundsExceptionがスローされます。対処法としては、以下の2点が挙げられます。

1．インデックスの範囲チェック

配列にアクセスする前に、インデックスが有効な範囲内にあることを確認します。

int index = 5;
if (index >= 0 && index < numbers.length) {
    System.out.println(numbers[index]);
} else {
    System.out.println("インデックスが範囲外です");
}

2．ループ処理の見直し

ループを使用して配列にアクセスする際、インデックスが範囲外にならないように注意します。

上記の例では、forループを使用して配列の全要素にアクセスし、インデックスが範囲外にならないようにしています。

その他の一般的な配列操作エラー

配列操作では他にも一般的なエラーが発生することがあります。それぞれのエラーについて理解し、対処法を知ることで、品質を向上させることができます。ここでは3つの一般的な配列操作エラーについて紹介します。

NullPointerException

NullPointerExceptionは、null参照の配列にアクセスしようとした場合にスローされる例外です。

int[] numbers = null;
System.out.println(numbers.length); // NullPointerExceptionがスローされる

上記の例では、配列numbersがnullであるため、lengthプロパティにアクセスしようとするとNullPointerExceptionがスローされます。

1．この問題の対処策としては、事前のnullチェックが重要です。

if (numbers != null) {
    System.out.println(numbers.length);
} else {
    System.out.println("配列がnullです");
}

上記の例では、配列numbersがnullでないことを確認してからlengthプロパティにアクセスしています。

合わせて読みたい

Javaで発生する「java.lang.NullPointerException」エラー：原因と解決策 | デジタルトレンドナビ

この記事では、Javaで頻繁に遭遇するjava.lang.NullPointerExceptionエラーについて初心者向けに解説します。エラーの原因となる典型的なコードの問題点を理解し、効果的な解決策を学ぶことで、より効率的にデバッグを行う方法を提供します。

NegativeArraySizeException

NegativeArraySizeExceptionは、負の値で配列を初期化しようとした場合にスローされる例外です。

int size = -5;
int[] numbers = new int[size]; // NegativeArraySizeExceptionがスローされる

上記の例では、配列のサイズとして負の値を指定しているため、NegativeArraySizeExceptionがスローされます。この場合、配列を作成する前に、サイズが負でないことを確認するとよいです。

int size = -5;
if (size >= 0) {
    int[] numbers = new int[size];
} else {
    System.out.println("配列のサイズは負であってはいけません");
}

上記の例では、配列のサイズが負でないことを確認してから配列を作成しています。

ClassCastException

ClassCastExceptionは、配列の要素の型が不適切な場合にスローされる例外です。

Object[] objects = new String[5];
objects[0] = 123; // ClassCastExceptionがスローされる

上記の例では、String型の配列にint型の値を設定しようとしているため、ClassCastExceptionがスローされます。この場合は、配列に要素を追加する前に、適切な型であることを確認するとよいでしょう。

Object[] objects = new String[5];
if (objects instanceof String[]) {
    objects[0] = "Hello";
} else {
    System.out.println("不適切な型です");
}

上記の例では、配列がString型であることを確認してから要素を追加しています。

これらの一般的なエラーを理解し、適切に対処することで、Javaプログラムの信頼性と安定性を向上させることができます。配列操作においては、インデックス範囲のチェックやnullチェックなどの基本的な対策を怠らないことが重要です。

Javaの配列を正しく理解して開発へ活かそう

Javaの配列の基本構文として、宣言や初期化の基礎的な内容から、応用操作である配列のコピー、ソート、検索、多次元配列の操作方法について解説しました。

Java言語で開発を行うにあたって、配列を如何に使いこなせるかは非常に重要です。配列を適切に使用することで、プログラムの効率性とパフォーマンスが向上します。Javaの配列を正しく理解し、実践で活かしましょう。