【Java】Generics(ジェネリクス・総称型)の意味や使い方を紹介！

Generics(ジェネリクス・総称型)とは

Genericsとは、クラスやメソッドなどの型を、パラメータとして定義できるようにした機能のことです。

「<>」の中に具体的な型名を付けて利用できます。

Genericsクラスを定義する方法

Genericsクラスを定義するには、「パラメータ化された型」と「型変数」の2つを使います。

パラメータ化された型とは、型パラメータリストをもったクラスのことです。

クラスの宣言時に、クラス名の後ろに「< 型変数 >」という形で、型パラメータを記述します。

記述方法は次の通りです。

class クラス名< 型変数 > { //処理 }

パラメータ化されたクラスを使う場合は、インスタンス化する時に型の指定が必要です。

例えば、String型にする場合は、以下のように記述できます。

GenericsClass gc = new GenericsClass();

Genericsメソッドを定義する方法

ジェネリクスメソッドを定義するには、Genericsクラスで定義した型変数を、引数や戻り値に利用しましょう。

先ほどの、GenericsClassで言えば次のように記述可能です。

public class GenericsClass<String> {
	private String type;
	public GenericsClass(String type) {
		this.type = type;
	}
	public String getType() {
		return type;
	}
}

Genericsの使い方

ここまで、Genericsの定義について紹介しました。

言葉で説明されても難しいと思うので、実際に使い方を見ていきましょう。

例えば、次のように記述できます。

■記述例
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        GenericsClass<String> gcStr = new GenericsClass<String>("PotepanStyle");
        String str = gcStr.getT();
        System.out.println(str);
 
        GenericsClass<Integer> gcInt = new GenericsClass<Integer>(123456);
        Integer i = gcInt.getT();
        System.out.println(i);
    }
}
 
class GenericsClass<T>{
    private T t;
 
    public GenericsClass(T t){
        this.t = t;
    }
 
    public T getT(){
        return t;
    }
}

GenericsClassクラスのクラス名の後に「<T>」と記述しました。

<T>を指定すると、データ型の指定が「Object型」から「T型(型変数)」へ変更できます。

そして、Mainクラスのmainメソッドで、GenericsClassクラスをインスタンス化するときに、データ型をString型とInteger型で指定しています。

Genericsを使うので、GenericsClassクラスのオブジェクトを呼び出す「getTメソッド」をキャストすることなく、指定した方で値の代入が可能です。

上記のプログラムを実行すると、次の結果を取得できます。

■実行結果
mbp:Desktop potepan$ java Main
PotepanStyle
123456

それぞれ、String型とInteger型で使えているのがわかります。

Genericsの「T」とは？

前章のプログラムで「<T>」という表現がありました。

この T とは、Generics型の変数名に使われるネーミングです。

T は Type の略称です。

T以外にも、次のようなネーミングがよく使われます。

慣習的に使われるものなので、覚えておくと良いでしょう。

実際の現場やプロジェクトでも、共通のネーミングを使うことで混乱を避けられるはずです！

Genericsのワイルドカード型について

ここでは、Genericsのワイルドカード型について見ていきましょう。

例として、以下のプログラムを用意しました。

■記述例
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
 
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList<>();
    list.add("Potepan");
    list.add("Style");
    printStr(list);
  }
 
  public static void printStr(Collection<String> col) {
    for (String s : col) {
      System.out.print(s);
    }
    System.out.println();
  }
}
■実行結果
mbp:Desktop potepan$ java Main
PotepanStyle

printStrメソッドで、Collection型のコレクションを受け取った上で、その要素を出力しているプログラムです。

Collectionは、Genericsを使って型の指定を行っています。

しかし、使う際にはGenericsの型であるTごとに使う必要があり、少し不便です。

仮に、Integer型で扱いたい場合は、それぞれ別個で扱わないといけません。

そこで、便利なのがワイルドカード型を使った方法です。

ワイルドカードを「?」で表現し、「Collection<?>」します。

そうすることで、任意の型のコレクションとして扱えるのです。

先ほどのプログラムを書き換えて実行してみます。

■記述例
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
 
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    List listStr = new ArrayList<>();
    listStr.add("Potepan");
    listStr.add("Style");
    printStr(listStr);
 
    List listInt = new ArrayList<>();
    listInt.add(12345);
    listInt.add(67890);
    printStr(listInt);
  }
 
  public static void printStr(Collection<?> col) {
    for (Object o : col) {
      System.out.print(o);
    }
    System.out.println();
  }
}
■実行結果
mbp:Desktop potepan$ java Main
PotepanStyle
1234567890

このように、String型でもInteger型でも使えるようになります！

Genericsでextendsを使う方法

Genericsでは、型パラメータを宣言するときに、「extends」が使えます。

extendsを使うと、データ型として指定できるものを制限可能です。

例えば、＜T extends P＞と宣言した場合、データ型として指定できる型は、クラスPを継承したデータ型となります。

extendsで指定できるクラスは1つだけです。

複数指定する際は「&」でつなげることでインタフェースを指定できます。

class クラス名<型パラメーター extends クラスorインタフェース & インタフェース & ・・・> { クラス本体 }

では、実際にプログラムを実行してみましょう！

次のように記述できます。

■記述例
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
      GenericsClass<Integer> gc = new GenericsClass<Integer>();
      gc.setValue(123456);
      Integer i = gc.getValue();
      System.out.println(i);
    }
}
class GenericsClass<T extends Number> {
  private T t;
 
  public void setValue (T t) {
    this.t = t;
  }
 
  public T getValue() {
    return t;
  }
}

上記の例では、TはNumber型を継承したデータ型だけを扱えるようになります。

そのため、Integer型は使えますが、String型は使えません。

String型を指定した場合、コンパイルエラーになります。

上記のプログラムを実行した結果は次の通りです。

■実行結果
mbp:Desktop potepan$ java Main
123456

Integer型として出力されているのがわかります。

このように、扱えるデータ型を制限したい場合に、extendsは便利な機能です！

Genericsでsuperを使う方法

Genericsでsuperを使うことで、extendsとは逆の動作を実現することも可能です。

例えば、次のように記述できます。

■記述例
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
      GenericsClass<Number> gc1 = new GenericsClass<Number>(123456);
      GenericsClass<? super Integer> gc2;
 
      gc2 = gc1;
 
      Object obj = gc2.getValue();
      System.out.println(obj);
    }
}
 
class GenericsClass<T> {
  private T t;
 
  public GenericsClass(T t) {
    this.t = t;
  }
 
  public T getValue() {
    return t;
  }
}

gs1というNumber型で指定したインスタンスと、<? super Integer>で指定したgs2インスタンスを用意します。

そして、gs1をgs2に代入する際に、Object型の変数「obj」を使いました。

上記のプログラムを実行すると、次のように表示されます。

■実行結果
mbp:Desktop potepan$ java Main
123456

Genericsでメソッドで使う方法

「Genericsメソッドを定義する方法」を紹介したように、メソッドでもGenericsは使用可能です。

使う際は、次のように記述しましょう。

■記述例
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
      String str = getT("PotepanStyle");
      System.out.println(str);
 
      Integer i = getT(123456);
      System.out.println(i);
    }
 
    private static <T> T getT(T t){
        return t;
    }
}
■実行結果
mbp:Desktop potepan$ java Main
PotepanStyle
123456

Genericsクラスと同じように、String型とInteger型で取得できているのがわかります！

まとめ

JavaのGenericsについて、クラス・メソッドの定義方法や使い方を解説しました。

Genericsは、Integer型やString型といったさまざまなデータ型で、同じ処理を実行したい場合に便利です。

プログラム実行時のエラーが発生する危険がなくなるのも、メリットと言えます。

ぜひこの記事を参考に、Genericsの使い方を覚えてください！