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java:ミュータブルな参照型変数の初期化の注意点

ミュータブルな参照型変数を初期化する場合、初期化の方法を間違えると他の変数も一緒に初期化してしまいます。
この記事では、ミュータブルな参照型変数の初期化方法を解説します。
 
【基本データ型変数と参照型変数】
変数は大きく分けて、基本データ型変数(プリミティブ型変数、値型変数)と参照型変数(オブジェクト型変数、クラス型変数)の2つに分けることができます。
 
基本データ型変数とは、以下の8つの内の何れかの型で定義された変数であり、オブジェクトを持ちません。
・byte
・short
・int
・long
・float
・double
・boolean
・char
 
参照型変数は以上の8つの型以外の型で定義された変数であり、オブジェクトを持ちます。
実際には、メモリ領域の番地を指し示すポインタのようなものが格納され、ポインタを辿って値を参照します。
C言語のポインタの概念を理解しているとこの概念も理解できます。C言語のポインタについては以下のページをご参照ください。
 
C言語:ポインタの概念の図解

https://cyzennt.co.jp/blog/2019/05/04/c%e8%a8%80%e8%aa%9e%ef%bc%9a%e3%83%9d%e3%82%a4%e3%83%b3%e3%82%bf%e3%81%ae%e6%a6%82%e5%bf%b5%e3%81%ae%e5%9b%b3%e8%a7%a3/

 
【イミュータブルとミュータブル】
参照型変数は、更にイミュータブルとミュータブルの2つに大別することができます。
 
イミュータブルは、日本語で言うと「不変」という意味であり、オブジェクトの中の値を変更することができない変数を指します。
setter等でオブジェクトの中の値を変更できないようにする、メンバ変数をprivateで定義してオブジェクトの中の値を変更できないようにする、等の条件を満たすと、イミュータブルな型となります。
イミュータブルな型となる条件はかなり例外的であり、自分でクラスを作成する場合は意識的に条件を満たそうとしなければイミュータブルな型にはならないはずです。
標準で用意されている型の中では、String型がイミュータブルな型として有名です。
イミュータブルな参照型変数はオブジェクトの中の値を変更できないため、中の値を変更する場合は新たにメモリ領域を確保してオブジェクトを作り直すような動きになります。今回取り上げる記事上は、基本データ型変数と同じような動きになります。
 
ミュータブルはその逆で、オブジェクトの中の値を変更することができる変数のことであり、多くの参照型変数はこちらに該当します。
String型も、配列にした場合はミュータブルな型になります(配列がミュータブルなので)。
そして、注意が必要なのはこのミュータブルな参照型変数です。
 
【ミュータブルな参照型変数の初期化の注意】
参照型変数の中には、ポインタが格納されています。
 
例えば、
String[ ] hoge = {"あ","い","う"};
String[ ] fuga = hoge;
とした場合、fugaには「{"あ","い","う"}」が入るわけではなく、fugaのアドレスが格納されます。
つまり、hogeとfugaは同じ位置を指し示すことになります。
 
ここで、fugaのみ初期化(値を変更)しようとしたとします。
String型のようにイミュータブルな型であれば、fugaの値を変更された時点でメモリ領域が新たに確保されるので、hogeとfugaは別々の値となり、何の問題もありません。
しかし、String[]型のようにミュータブルな型の場合は、hogeとfugaが同じ位置を示しており、新たにメモリ領域が確保されることもないので、hogeが示す値も一緒に書き変わってしまいます。
 
例えば、
String[ ] hoge = {"あ","い","う"};
String[ ] fuga = hoge;
for (int i=0;i<3,i++){
    fuga = " ";
}
のようにfugaを全角スペースで初期化しようとすると、fugaだけでなくhogeも初期化されてしまいます。
 
これを防ぐためには、以下の2つの手順を踏む必要があります。
(初期化用のメソッドが用意されているクラスであればそれを使っても良いですが、ない場合も多いです)
 1.初期化したい変数にnullを代入してメモリ領域への参照を切る
 2.newで初期化したい変数用のメモリ領域を新たに確保する
 
以下、サンプルコードで動きをまとめたいと思います。
 
【サンプルコード】
public class InitTestMain {

    public static void main(String[ ] args) {

        System.out.println("■プリミティブ型");
        int a = 1;
        int b = a;
        b = 2;
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);

        System.out.println("■参照型(イミュータブル)");
        String c = "あ";
        String d = c;
        d = "い";
        System.out.println(c);
        System.out.println(d);

        System.out.println("■参照型(ミュータブル)");
        String[ ] e = {"か"};
        String[ ] f = e;
        f[0] = "き";
        System.out.println(e[0]);
        System.out.println(f[0]);

        System.out.println("■参照型(ミュータブル)…初期化実施");
        String[ ] g = {"さ"};
        String[ ] h = g;
        h = null;
        h = new String[1];
        h[0] = "し";
        System.out.println(g[0]);
        System.out.println(h[0]);
    }

}
 
【実行結果】
■プリミティブ型
1
2
■参照型(イミュータブル)


■参照型(ミュータブル)


■参照型(ミュータブル)…初期化実施