8-1 【変数の一生】

　今回のテーマ：『正常に動作するには，変数(フィールド)を外部から守らなくてはならない。』

●「正しく動作するプログラムにおける変数のライフタイム」再掲。
(画像をクリックすると今回の学習と関係するところが表示される)

※今回は特に，上図(3)の「適切な操作による値の変更」について解説する。

【モジュール】
　
●今回の講義の手始めとして，『モジュール(module)』という考え方を紹介する。

　　・通常，『製品』は部品から構成されている。それは，ソフトウェアという製品についても同じである。
　　・ボルトやビス，鉄板，ワイヤといった単純な部品もあるが，こういった部品は単純すぎて意味のあるほどの機能は持っていない。
　　・そして，これらの細かい部品を組み合わせて，特定の機能を持ったより上位レベルの部品を作ることができる。自動車で言えば，エンジンや変速機，ブレーキ装置などである。
　　　このように， それなりの意味と機能を持った部品のことをモジュール(module)と呼ぶ。例としては，
　　　　　　 自動車のエンジンモジュール，ブレーキモジュール，
　　　　　　 コンピュータのメモリモジュール，電源モジュール
　　　などが挙げられる。
　　・Java では，最少のモジュールはクラスと言える。また，関連した機能を持つクラスを集めて，パッケージ(package)というより上位レベルのモジュールを作ることができる(下図)。



　　・世の中に存在するほとんどの工業製品がモジュールから構成されているのは，様々な利点があるからである。
　　　 ソフトウェアという工業製品も同様に，モジュールという考え方が重要になってくるのでおぼえておこう。
　　・なぜ，今回のテーマが『正常に動作するには，変数(フィールド)を外部から守らなくてはならない。』であるのに，モジュールの話題が出たのか？
　　　実は， このテーマはモジュールの考え方と表裏一体なのである。

　　では，本題に入っていこう。

【名簿クラス】

【クラス外からのアクセス禁止】
　この名簿クラスのメンバが外部から勝手にいじられると，名簿クラスは正常に動作しなくなってしまう。その例が AttackMeibo.java (下図)である。
AttackMeibo.java

※この実行結果から，2個目のPerson型オブジェクトが登録できないというバグ(不良動作)が生じている。
※このバグは，1個目の Person型オブジェクトを登録した後， Meibo型オブジェクトmのフィールド num を勝手に 10 に書き換えてしまった(上図の黄色部分)ために起こっている。
※このように，このままではクラスやオブジェクトのメンバが勝手にいじられて，クラスとそのオブジェクトの機能が簡単に阻害される可能性があることがわかる。
※もちろん，上図のように重要な変数の値を勝手に変えないように注意してプログラムを作成すれば良いのだが，ソフトウェア開発は複数人で行うこともあり，プログラム作成担当者が変われば，
　この手の注意点は忘れられてしまうかもしれない。
※そこで，Javaには，クラスのメンバを他のクラスのメンバから利用することを禁止する手段が用意されている。次にその具体的な方法を紹介する。

●クラスの外部からメンバへのアクセスを禁じるには，メンバを private 指定する

　クラスのメンバを，他のクラスのイタズラから守るには，メンバを private 指定してやれば良い(下図)。



●実際に， Person クラスや Meibo クラスのメンバを private 指定してみよう(下図)。

改良版Meibo.java

このように，フィールドをprivate指定した場合，AttackMeibo.javaの5行目
　　m.num = 10;
という部分は，コンパイル時に以下のようなメッセージを出してエラーになる。
これは，Meiboクラスの num フィールドが private 指定されているので， AttackMeiboクラスのメンバからはアクセスできないからである(上図右下)。

AttackMeibo.java:5: num は Meibo で private アクセスされます。
 m.num = 10; // 登録数をむりやり上限値に設定してしまう
  ^
この下にもエラーメッセージが続くが，それは次節で説明する

●一難去ってまた一難？
　Miboクラスの全フィールドを　private 　に指定したので， Miboクラスの全フィールドは勝手にアクセスされることはなくなった。
同様に，Personクラスの全フィールドも private 指定されているので， Personクラスの外から勝手にアクセスされることは無い。

　しかし，まだ問題が残っている。Person の age， gender， name フィールドを private にしたため， Meibo クラスの printAll( ) メソッ
ドで，これらの private なフィールド
　pa[i].age，pa[i].gender，pa[i].name
にアクセスしようとしているところ(Meibo.javaの36行目)も以下のようなメッセージを出してコンパイルエラーになってしまう
のである(!)。

./Meibo.java:36: age は Person で private アクセスされます。
if( pa[i] != null ) System.out.println( pa[i].age + ", " + pa[i].gender + ", " + pa[i].name );
                                              ^
./Meibo.java:36: gender は Person で private アクセスされます。
if( pa[i] != null ) System.out.println( pa[i].age + ", " + pa[i].gender + ", " + pa[i].name );
                                                                 ^
./Meibo.java:36: name は Person で private アクセスされます。
if( pa[i] != null ) System.out.println( pa[i].age + ", " + pa[i].gender + ", " + pa[i].name );
                                                                                       ^

つまり，次のような矛盾が起こっているのである。
　・Personクラスとしては，全フィールドを外部からの意図しないアクセスから守るにはprivateにしなければならない
　・一方，Meiboクラスは，Person型の各フィールド値を表示するためにそれらのフィールドのアクセスしなければならない
このように，クラスの外部から privateなフィールドにアクセスする必要があるときは，どうすればよいのだろうか？

　実は，後述する「アクセッサ」というフィールドにアクセスするための専用のメソッドを用意することで解決できる。

アクセッサについて解説する前に，クラスのメンバが公開部分と非公開部分に分かれる意味を確認しておこう。

【公開と非公開の意味】

●下図のように，モジュールの公開部分は外部とのインタフェイス(interface)の役目を果たす(インタフェイス部)。
●また，モジュールの非公開部分は外部からは隠され，実装部と呼ばれる。

※つまり，モジュールには，実装部分とインタフェイス部分が自然と生まれるのである。
※逆に言うと，モジュールを作ったつもりでも，どの部分が実装部分か，どの部分がインタフェイス部分かを意識して作らないと，モジュールを作成したことにはならない。
※インターフェイス部分は他者がこのモジュールを利用する際に直接アクセスする部分なので，その仕様を頻繁に変更してはならない 。
※逆に，実装部分は外部から隠されているので，比較的自由に変更が可能である。

【問い】
・車や携帯電話など，身近の工業製品のインタフェイス部分と実装部分を具体例を挙げて示せ。それらのインタフェイス部分が変更されたらどう困るかを
　議論せよ(例：車のアクセルペダルとブレーキペダルが左右逆になったら？等)。
・自然界の動物にも，インタフェイス部分と実装部分がある。たとえば，脳や内臓は外部から勝手にいじられないように外部からは隠されている。
　では，自然界の動物のインタフェイス部分に相当する物は何か。具体例をあげよ。

【アクセッサ】

AttackMeibo.java:5: num は Meibo で private アクセスされます。
 m.num = 10; // 登録数をむりやり上限値に設定してしまう
  ^

以下に，オブジェクト指向の鉄則・常識を示す。
※フィールドは必ず private に指定する
※クラス外部からフィールドを参照したり操作する場合は，必要に応じて専用のメソッド(アクセッサ, accessor)を用意すること