Java入門 #22 - ポリモーフィズム（多態性）

このシリーズについて

「Java入門」は1本1テーマで進むシリーズです。本記事は第22回として、ポリモーフィズム（多態性） を扱います。

前提条件: Java入門 #21 - 継承（extends） を読んでいること。クラス・メソッド・継承の基礎知識が必要です。

ポリモーフィズムとは

ポリモーフィズム（polymorphism = 多態性）は、同じ型で扱いながら、実際の動作は中身のクラスによって変わる 仕組みです。

例えば Animal 型の変数に Dog / Cat / Bird のインスタンスを代入でき、makeSound() を呼ぶと、実際に実行されるのは各クラスの実装になります。

// Animal.java（親クラス）
public class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("何か鳴く");
    }
}

// Dog.java（子クラス）
public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("ワン！");
    }
}

// Cat.java（子クラス）
public class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("ニャー");
    }
}

// Bird.java（子クラス）
public class Bird extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("チュン");
    }
}

// Main.java（Java 21）
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = {
            new Dog(),
            new Cat(),
            new Bird()
        };

        for (Animal a : animals) {
            a.makeSound();  // 実際の型に応じたメソッドが呼ばれる
        }
    }
}

実行結果:

ワン！
ニャー
チュン

配列の型は Animal[] ですが、中身は Dog / Cat / Bird です。makeSound() を呼ぶと、実際の型（動的型）のメソッド が実行されます。

静的型と動的型

ポリモーフィズムを理解するには、静的型（コンパイル時に決まる型）と動的型（実行時の実際の型）の違いを押さえましょう。

Animal a = new Dog();
// 静的型: Animal
// 動的型: Dog

メソッド呼び出しで実際に実行されるのは 動的型 のメソッドです。これを 動的バインディング（dynamic binding）と呼びます。

ポリモーフィズムの利点

なぜ親型でまとめて扱うのでしょうか？主に次の利点があります。

1. 配列・コレクションで一括管理できる
   Animal[] や List<Animal> に異なる種類の動物を入れて回す

2. 共通の処理を書ける
   「全員 makeSound() を呼ぶ」というループを、個別の型を気にせず書ける

3. 後から新しい子クラスを追加しやすい
   Fish クラスを追加しても、既存の Animal[] に入れるだけで動く

instanceof による型チェック

親型で受け取った変数が、実際にどのクラスのインスタンスかを調べたいときは instanceof 演算子を使います。

Animal a = new Dog();

if (a instanceof Dog) {
    System.out.println("これは Dog です");
}

Java 16+ のパターンマッチング

Java 16 以降では、instanceof で型チェックと同時に キャスト変数を自動で作る ことができます（パターンマッチング）。

// 従来の書き方（Java 15 以前）
if (a instanceof Dog) {
    Dog dog = (Dog) a;  // 手動キャスト
    dog.wagTail();      // Dog 独自のメソッド
}

// Java 16+ のパターンマッチング
if (a instanceof Dog dog) {
    dog.wagTail();  // 自動的に Dog 型の変数 dog が使える
}

実践例: List で異なる型をまとめる

配列だけでなく、List<Animal> のようなコレクションでもポリモーフィズムが使えます。

import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // Java 21 では List.of() で不変リストを作れる
        List<Animal> zoo = List.of(
            new Dog(),
            new Cat(),
            new Bird(),
            new Dog()
        );

        for (Animal animal : zoo) {
            animal.makeSound();

            // Bird だけ特別な処理
            if (animal instanceof Bird bird) {
                System.out.println("  → 飛べます");
            }
        }
    }
}

実行結果:

ワン！
ニャー
チュン
  → 飛べます
ワン！

まとめ

次のステップ

Java入門 #23 - インターフェース で、クラス階層とは別に「契約」を定義する仕組みを学びます。

参考リソース

• Pattern Matching for instanceof（Oracle） — Java 16+ のパターンマッチング公式ガイド
• Polymorphism（Oracle Java Tutorial） — ポリモーフィズムの基礎
• Java SE 21 ドキュメント