はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、Javaプログラミングを学び始めた初心者の方を対象にしています。特にオブジェクト指向の概念や継承の基本的な知識がある方に最適です。この記事を読むことで、Javaにおけるsuper()の自動呼び出しの仕組みと、そのタイミングが明確に理解できます。また、コンストラクタの動作についても深く理解できるようになります。Javaの継承機能を効果的に使いこなすための基礎知識を身につけることができます。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。 - Javaの基本的な文法と構造 - オブジェクト指向プログラミングの基本概念（特にクラスとインスタンス） - 継承の基本的な理解 - コンストラクタの基本的な使い方

Javaにおけるsuper()の自動呼び出しとは？

Javaプログラミングにおいて、継承関係にあるクラスを扱う際に「super()」という記述を見かけることがあります。これは、親クラスのコンストラクタを呼び出すためのものですが、実はJavaでは特定の条件下で自動的にsuper()が呼び出されることがあります。この記事では、初心者の方にも分かりやすいように、super()が自動的に呼び出される時の条件とその仕組みについて詳しく解説します。

Javaでは、クラスの継承関係が作成されると、サブクラス（子クラス）のインスタンスが生成される際に必ず親クラスのコンストラクタが実行されます。これにより、親クラスの初期化処理が確実に行われます。この自動的な呼び出しは、明示的にsuper()を記述しなくてもJavaコンパイラによって自動的に挿入されます。

super()が自動的に呼び出される条件と仕組み

Javaにおいて、super()が自動的に呼び出されるのは主に以下の場合です。

1. サブクラスのコンストラクタでsuper()が明示的に記述されていない場合

サブクラスのコンストラクタ内でsuper()を明示的に呼び出していない場合、Javaコンパイラは自動的にsuper()を追加します。これは、親クラスのデフォルトコンストラクタ（引数なしのコンストラクタ）を呼び出すためのものです。

Java

class Parent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        // 明示的なsuper()の呼び出しがない場合
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、Childクラスのコンストラクタ内にsuper()の明示的な呼び出しはありません。しかし、実行結果は以下のようになります。

Parentクラスのコンストラクタが実行されました
Childクラスのコンストラクタが実行されました

このように、Childクラスのインスタンス生成時にParentクラスのコンストラクタが自動的に呼び出されています。これは、JavaコンパイラがChildクラスのコンストラクタの先頭にsuper()を暗黙的に追加しているためです。

2. サブクラスのコンストラクタの最初の行でsuper()が呼び出されない場合

Javaのルールでは、コンストラクタの最初の行には必ずsuper()またはthis()の呼び出しが必要です。もし明示的なsuper()やthis()の呼び出しがない場合、Javaコンパイラは自動的にsuper()を追加します。

Java

class Parent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタの最初の行");
        // 明示的なsuper()の呼び出しがない場合
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタの2行目");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、Childクラスのコンストラクタの最初の行にsuper()の明示的な呼び出しはありません。しかし、実行結果は以下のようになります。

Parentクラスのコンストラクタが実行されました
Childクラスのコンストラクタの最初の行
Childクラスのコンストラクタの2行目

このように、Childクラスのコンストラクタの最初の行として、Parentクラスのコンストラクタが自動的に呼び出されています。

3. 親クラスに明示的なコンストラクタがない場合

親クラスに明示的なコンストラクタが定義されていない場合、Javaは自動的にデフォルトコンストラクタ（引数なしのコンストラクタ）を生成します。このデフォルトコンストラクタは、内部でsuper()を呼び出します。

Java

class Parent {
    // 明示的なコンストラクタがない場合
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、Parentクラスに明示的なコンストラクタはありません。しかし、Javaは自動的にデフォルトコンストラクタを生成し、そのコンストラクタ内でObjectクラスのコンストラクタを呼び出します（すべてのJavaクラスはObjectクラスを継承しているため）。

4. 継承階層全体での自動呼び出し

継承階層が深くなる場合、自動的なsuper()の呼び出しは階層の最上位（Objectクラス）まで続きます。

Java

class GrandParent {
    public GrandParent() {
        System.out.println("GrandParentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Parent extends GrandParent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、Childクラスのコンストラクタ内に明示的なsuper()の呼び出しはありません。しかし、実行結果は以下のようになります。

GrandParentクラスのコンストラクタが実行されました
Parentクラスのコンストラクタが実行されました
Childクラスのコンストラクタが実行されました

このように、Childクラスのインスタンス生成時に、GrandParentクラス、Parentクラスのコンストラクタが順番に自動的に呼び出されています。

5. 明示的なsuper()の呼び出しと自動呼び出しの関係

サブクラスのコンストラクタ内で明示的にsuper()を呼び出した場合、その明示的な呼び出しが優先されます。明示的なsuper()を呼び出した場合、自動的なsuper()の呼び出しは行われません。

Java

class Parent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        super(); // 明示的なsuper()の呼び出し
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、Childクラスのコンストラクタ内で明示的にsuper()を呼び出しています。実行結果は以下のようになります。

Parentクラスのコンストラクタが実行されました
Childクラスのコンストラクタが実行されました

明示的なsuper()の呼び出しと自動的なsuper()の呼び出しの結果は同じですが、明示的に記述することで、どの親クラスのコンストラクタを呼び出しているかが明確になります。

6. 引数を持つコンストラクタの場合

親クラスに引数を持つコンストラクタがある場合、サブクラスのコンストラクタ内で明示的にsuper()を呼び出して、どの親クラスのコンストラクタを呼び出すかを指定する必要があります。この場合、自動的なsuper()の呼び出しは行われません。

Java

class Parent {
    public Parent(String message) {
        System.out.println("Parentクラスのコンストラクタが実行されました: " + message);
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        super("引数付きのコンストラクタを呼び出しています"); // 明示的なsuper()の呼び出し
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、Parentクラスに引数を持つコンストラクタがあります。Childクラスのコンストラクタ内で明示的にsuper()を呼び出し、引数付きのコンストラクタを指定しています。実行結果は以下のようになります。

Parentクラスのコンストラクタが実行されました: 引数付きのコンストラクタを呼び出しています
Childクラスのコンストラクタが実行されました

7. コンストラクタチェーン

Javaでは、コンストラクタチェーン（コンストラクタから別のコンストラクタを呼び出す）を使用することができます。この場合、super()の呼び出しではなくthis()の呼び出しが行われます。

Java

class Parent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parentクラスのデフォルトコンストラクタが実行されました");
    }

    public Parent(String message) {
        this(); // 同じクラスのデフォルトコンストラクタを呼び出す
        System.out.println("Parentクラスの引数付きコンストラクタが実行されました: " + message);
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        super("引数付きのコンストラクタを呼び出しています");
        System.out.println("Childクラスのデフォルトコンストラクタが実行されました");
    }

    public Child(String message) {
        this(); // 同じクラスのデフォルトコンストラクタを呼び出す
        System.out.println("Childクラスの引数付きコンストラクタが実行されました: " + message);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Child()の呼び出し:");
        Child child1 = new Child();

        System.out.println("\nChild(\"テスト\")の呼び出し:");
        Child child2 = new Child("テスト");
    }
}

上記のコードでは、ParentクラスとChildクラスの両方でコンストラクタチェーンを使用しています。実行結果は以下のようになります。

Child()の呼び出し:
Parentクラスのデフォルトコンストラクタが実行されました
Parentクラスの引数付きコンストラクタが実行されました: 引数付きのコンストラクタを呼び出しています
Childクラスのデフォルトコンストラクタが実行されました

Child("テスト")の呼び出し:
Parentクラスのデフォルトコンストラクタが実行されました
Parentクラスの引数付きコンストラクタが実行されました: 引数付きのコンストラクタを呼び出しています
Childクラスのデフォルトコンストラクタが実行されました
Childクラスの引数付きコンストラクタが実行されました: テスト

8. コンストラクタの呼び出し順序

Javaでは、コンストラクタの呼び出し順序は以下のようになります。

  1. サブクラスのコンストラクタが呼び出される
  2. サブクラスのコンストラクタの最初の行で、親クラスのコンストラクタが呼び出される
  3. 親クラスのコンストラクタの最初の行で、さらに上の親クラスのコンストラクタが呼び出される
  4. このプロセスがObjectクラスに到達するまで続く
  5. Objectクラスのコンストラクタが実行される
  6. 親クラスのコンストラクタの残りの部分が実行される
  7. サブクラスのコンストラクタの残りの部分が実行される

この順序は、Javaの継承メカニズムの重要な部分です。親クラスの初期化が完了してから、サブクラスの初期化が行われるためです。

Java

class GrandParent {
    public GrandParent() {
        System.out.println("1. GrandParentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Parent extends GrandParent {
    public Parent() {
        System.out.println("2. Parentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        System.out.println("3. Childクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Childクラスのインスタンス生成開始");
        Child child = new Child();
        System.out.println("Childクラスのインスタンス生成完了");
    }
}

上記のコードの実行結果は以下のようになります。

Childクラスのインスタンス生成開始
1. GrandParentクラスのコンストラクタが実行されました
2. Parentクラスのコンストラクタが実行されました
3. Childクラスのコンストラクタが実行されました
Childクラスのインスタンス生成完了

9. super()の呼び出し位置の制約

Javaでは、super()の呼び出しはコンストラクタの最初の行でなければなりません。もし最初の行でない場合、コンパイルエラーが発生します。

Java

class Parent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタの最初の行");
        super(); // コンパイルエラー: コンストラクタの最初の行でなければならない
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタの2行目");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、super()の呼び出しがコンストラクタの最初の行ではないため、コンパイルエラーが発生します。エラーメッセージは以下のようになります。

エラー: コンストラクタの最初のステートメントでなければなりません
        super(); // コンパイルエラー: コンストラクタの最初の行でなければならない
        ^

10. super()とthis()の同時使用の制約

Javaでは、コンストラクタ内でsuper()とthis()を同時に使用することはできません。どちらか一方しか使用できません。

Java

class Parent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parentクラスのコンストラクタが実行されました");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        super(); // super()とthis()を同時に使用することはできない
        this("引数"); // コンパイルエラー
        System.out.println("Childクラスのコンストラクタが実行されました");
    }

    public Child(String message) {
        System.out.println("Childクラスの引数付きコンストラクタが実行されました: " + message);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上記のコードでは、Childクラスのコンストラクタ内でsuper()とthis()を同時に使用しているため、コンパイルエラーが発生します。

まとめ

本記事では、Javaにおけるsuper()の自動呼び出しの仕組みとそのタイミングについて詳しく解説しました。

  • super()はサブクラスのコンストラクタで明示的に呼び出さない場合、自動的に呼び出される
  • コンストラクタの最初の行にsuper()が呼び出されない場合、Javaコンパイラが自動的にsuper()を追加する
  • 親クラスに明示的なコンストラクタがない場合、デフォルトコンストラクタが自動的に生成され、その中でsuper()が呼び出される
  • 継承階層全体で、最上位のObjectクラスに到達するまでsuper()が連鎖的に呼び出される
  • 明示的なsuper()の呼び出しと自動呼び出しは共存せず、明示的な呼び出しが優先される
  • 親クラスに引数を持つコンストラクタがある場合、サブクラスのコンストラクタ内で明示的にsuper()を呼び出す必要がある
  • コンストラクタチェーン（this()の使用）ではsuper()の呼び出しは行われない
  • コンストラクタの呼び出し順序は、サブクラスから親クラスへと遡り、最後にObjectクラスに到達する
  • super()の呼び出しはコンストラクタの最初の行でなければならず、それ以外の場所ではコンパイルエラーが発生する
  • コンストラクタ内ではsuper()とthis()を同時に使用することはできない

この記事を通して、Javaの継承メカニズムにおけるコンストラクタの動作について深く理解し、より効果的なオブジェクト指向プログラミングができるようになることを願っています。今後は、Javaの継承に関するさらに高度なトピックについても記事にする予定です。

参考資料