APG4b Java版 第1章: 基本文法

1.00. はじめに

Javaとは

Java はコンパイル言語であり、C++ と並んで競技プログラミングで広く使われています。

メリット:

• コンパイル言語のため実行速度が速い (Python の数十倍)
• 型安全 (コンパイル時にエラーを検出できる)
• int 型は 32bit、long 型は 64bit と明確な範囲をもつ
• 標準ライブラリが充実している

デメリット:

• 静的型付けのため、コードが冗長になりやすい
• Python のような多倍長整数が標準では使えない (BigInteger クラスを使う必要がある)
• コンパイルが必要なため、実行までの手順が多い

AtCoder での Java 環境

AtCoder では Java (OpenJDK 21) を選択して提出します。

Hello, world!

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, world!");
    }
}

実行結果:

Hello, world!

Java のプログラムは必ず public class Main と public static void main(String[] args) から始まります。この「おまじない」は毎回書く必要があります。

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1.01. 出力とコメント

キーポイント

• 文字列や数値の出力には System.out.println() を使う
• 改行なし出力は System.out.print()
• 1行コメントは //、複数行コメントは /* */

文字列の出力

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, world!");
    }
}

実行結果:

Hello, world!

System.out.println() は括弧の中身を出力し、最後に改行を挿入します。文字列は " " で囲みます。

System.out.println("Javaだいすき");

数値の出力

System.out.println(123);

実行結果:

123

複数の出力 (改行区切り)

System.out.println("Hello, world!");
System.out.println(123);

実行結果:

Hello, world!
123

改行なし出力

System.out.print("Hello, world! ");
System.out.println(123);

実行結果:

Hello, world! 123

System.out.print() は改行を挿入しません。

スペース区切りで複数値を出力

System.out.println("Hello, world! " + 123);

実行結果:

Hello, world! 123

または:

int a = 10, b = 20;
System.out.println(a + " " + b);

実行結果:

10 20

printf による書式付き出力

System.out.printf("%d %d%n", 10, 20);

実行結果:

10 20

%n は改行を意味します。

コメント

1行コメント (//):

// 123
// 456
// と出力するプログラムです
System.out.println(123);
System.out.println(456);

複数行コメント (/* */):

/*
 * System.out.println() は受け取った要素を出力する
 * 最後に改行が自動で挿入される
 */

コメントアウト

// System.out.println(123);
System.out.println(456);

実行結果:

456

注意事項

• 全角文字はコメントや文字列の中だけ使用する (変数名などには使えない)
• 文末には必ず ; (セミコロン) をつける

練習問題

EX1. コードテストと出力の練習

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1.02. プログラムの書き方とエラー

キーポイント

• Java はコンパイル言語: ソースコード → コンパイル → 実行の順で動作する
• エラーには「コンパイルエラー」と「実行時エラー」がある
• エラーメッセージをよく読んで原因を特定する

Java の基本構造

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // ここに処理を書く
    }
}

AtCoder では常にこの形式でプログラムを書きます。

エラーの種類

コンパイルエラー (Compile Error): 文法が間違っているときに発生します。実行前に検出されます。

// セミコロンを忘れた例
System.out.println("Hello")  // エラー: ';' expected

実行時エラー (Runtime Error): 実行中に発生するエラーです。

int[] a = {1, 2, 3};
System.out.println(a[5]);  // ArrayIndexOutOfBoundsException

論理エラー: 文法は正しいが、意図した動作と異なる場合です。コンパイラでは検出できません。

練習問題

EX2. プログラムの書き方の練習

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1.03. 四則演算と優先順位

キーポイント

• Java の / は整数同士なら整数除算 (小数点以下切り捨て)
• Python の // は存在しない
• % の挙動が Python と異なる (負の数の場合)
• べき乗は Math.pow() を使う

演算子一覧

演算子	意味	例
+	加算	7 + 2 = 9
-	減算	7 - 2 = 5
*	乗算	7 * 2 = 14
/	除算 (整数同士なら整数除算)	7 / 2 = 3
%	剰余	7 % 2 = 1
Math.pow(a, b)	べき乗	Math.pow(7, 2) = 49.0

加算・減算・乗算

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(7 + 2);  // 9
        System.out.println(7 - 2);  // 5
        System.out.println(7 * 2);  // 14
    }
}

除算

Java の / は 整数同士の場合、小数点以下を切り捨てます (Python の // に相当)。

System.out.println(7 / 2);    // 3  (整数除算)
System.out.println(7.0 / 2);  // 3.5 (浮動小数点除算)
System.out.println(-7 / 2);   // -3  (0方向への切り捨て ← Pythonと異なる！)

注意: Python の // は負の無限大方向への切り捨て (-7 // 2 = -4) ですが、Java の / は 0 方向への切り捨て (-7 / 2 = -3) です。

べき乗

Java にはべき乗演算子がないため、Math.pow() を使います。戻り値は double です。

System.out.println(Math.pow(7, 2));  // 49.0
System.out.println((int)Math.pow(7, 2));  // 49 (int に変換)

整数のべき乗を求める場合は自前で関数を書くこともあります:

long power = 1;
for (int i = 0; i < 2; i++) power *= 7;
System.out.println(power);  // 49

剰余

System.out.println(7 % 2);   // 1
System.out.println(-11 % 5); // -1 (Pythonでは 4 ← 符号が異なる！)

注意: Java の % は被除数の符号に依存します。Python と挙動が異なります。

負の数で Python と同じ結果を得たい場合:

int result = (((-11) % 5) + 5) % 5;  // 4

演算子の優先順位

優先度	演算子
高	*, /, %
低	+, -

System.out.println(3 + 4 * 5);    // 23
System.out.println(4 * (1 + 2));  // 12
System.out.println(3 * 5 / 2);    // 7 (左から順に計算)

ゼロ除算に注意

System.out.println(3 / 0);   // ArithmeticException (実行時エラー)
System.out.println(3 % 0);   // ArithmeticException (実行時エラー)
System.out.println(3.0 / 0); // Infinity (浮動小数点は例外が発生しない)

練習問題

EX3. 計算問題

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1.04. 変数と型

キーポイント

• Java は静的型付け言語。変数を宣言するときに型を指定する
• 主な型: int (32bit整数)、long (64bit整数)、double (浮動小数点)、String (文字列)、boolean (真偽値)
• 大きな整数には long を使う (int は約21億まで)
• 複合代入演算子 (+=, -= など) が使える

主な型

型	意味	範囲
int	32bit 整数	約 -21億 〜 +21億
long	64bit 整数	約 -922京 〜 +922京
double	64bit 浮動小数点	有効桁数 約15桁
String	文字列	制限なし
boolean	真偽値	true / false
char	1文字	Unicode 文字

変数の宣言と代入

int name = 10;
System.out.println(name);      // 10
System.out.println(name + 2);  // 12
System.out.println(name * 2);  // 20

int x = 3;
long y = -7300000000L;   // long リテラルは末尾に L をつける
double z = -7.3;
String s = "ABC";

変数の上書き

int x = 3;
System.out.println(x);  // 3
x = 10;
System.out.println(x);  // 10

式の代入

int x = 3;
int y = x;          // y は 3
int z = x * 10 + 2; // z は 32
System.out.println(y);  // 3
System.out.println(z);  // 32

重要: = は代入であり、等号ではありません。

int と long の使い分け

競技プログラミングでは int のオーバーフローに注意が必要です。

int a = 2000000000;
int b = 2000000000;
System.out.println(a + b);  // -294967296 (オーバーフロー！)

long la = 2000000000L;
long lb = 2000000000L;
System.out.println(la + lb);  // 4000000000 (正しい)

迷ったら long を使うのが安全です。

double の精度

System.out.println(100.0 / 3.0);  // 33.333333333333336
System.out.println(0.1 + 0.2);    // 0.30000000000000004

浮動小数点は誤差があります。整数問題では long を使うべきです。

型変換 (キャスト)

int a = 7;
double b = (double) a / 2;  // 3.5
int c = (int) b;            // 3 (小数点以下切り捨て)

System.out.println(b);  // 3.5
System.out.println(c);  // 3

複合代入演算子

演算子	例	等価な式
+=	x += 3	x = x + 3
-=	x -= 3	x = x - 3
*=	x *= 3	x = x * 3
/=	x /= 3	x = x / 3
%=	x %= 3	x = x % 3

int x = 2;
x += 5;   // 7
x *= 3;   // 21
x /= 2;   // 10
x %= 3;   // 1
x -= 1;   // 0
System.out.println(x);  // 0

インクリメント・デクリメント

int x = 5;
x++;  // x = x + 1 と同じ → 6
x--;  // x = x - 1 と同じ → 5

String と数値の変換

// String → int
String s = "123";
int n = Integer.parseInt(s);

// int → String
int m = 456;
String t = String.valueOf(m);  // または Integer.toString(m)

練習問題

EX4. ◯年は何秒？

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1.05. 入力

キーポイント

• Scanner クラスを使って入力を受け取る
• sc.nextInt() で整数、sc.nextDouble() で浮動小数点、sc.next() で文字列 (スペース区切り)
• sc.nextLine() で1行全体を読み込む

基本的な入力

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String s = sc.nextLine();
        System.out.println(s);
        System.out.println(s);
        System.out.println(s);
    }
}

入力: Javaだいすき出力:

Javaだいすき
Javaだいすき
Javaだいすき

整数の入力

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int a = sc.nextInt();
        System.out.println(a * 10);
    }
}

入力: 5出力: 50

浮動小数点の入力

double a = sc.nextDouble();
System.out.println(a * 10);

入力: 3.14出力: 31.400000000000002

複数行の入力

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String s = sc.next();
        int a = sc.nextInt();
        System.out.println(s + " " + a * 10);
    }
}

入力:

Hello
5

出力: Hello 50

スペース区切りの入力

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int a = sc.nextInt();
        int b = sc.nextInt();
        int c = sc.nextInt();
        System.out.println(a * 10);
        System.out.println(b * 100);
        System.out.println(c * 1000);
    }
}

入力: 10 20 30出力:

100
2000
30000

nextInt() はスペースや改行をスキップして次の整数を読みます。

高速入力 (BufferedReader)

大量の入力を処理する場合は BufferedReader が高速です:

import java.io.*;
import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        StringTokenizer st = new StringTokenizer(br.readLine());
        int a = Integer.parseInt(st.nextToken());
        int b = Integer.parseInt(st.nextToken());
        System.out.println(a + b);
    }
}

練習問題

EX5. A足すB問題

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1.06. if文・比較演算子・論理演算子

キーポイント

• if / else if / else で条件分岐
• 比較演算子: ==, !=, >, <, >=, <=
• 論理演算子: ! (否定), && (AND), || (OR)
• Python の and/or/not はそれぞれ &&/||/! に対応
• 連鎖比較 0 <= x <= 100 はできない → 0 <= x && x <= 100 と書く

比較演算子

演算子	意味
x == y	等しい
x != y	等しくない
x > y	より大きい
x < y	より小さい
x >= y	以上
x <= y	以下

論理演算子

演算子	意味	Pythonの対応
!条件式	否定	not
条件式1 && 条件式2	両方が真	and
条件式1 || 条件式2	少なくとも一方が真	or

基本的な if 文

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();

        if (x < 10) {
            System.out.println("x は 10 より小さい");
        }

        System.out.println("終了");
    }
}

複数の if 文

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();

        if (x < 10) {
            System.out.println("x は 10 より小さい");
        }
        if (x >= 20) {
            System.out.println("x は 20 以上");
        }
        if (x == 5) {
            System.out.println("x は 5");
        }
        if (x != 100) {
            System.out.println("x は 100 ではない");
        }

        System.out.println("終了");
    }
}

論理演算子の使用例

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();
        int y = sc.nextInt();

        if (!(x == y)) {
            System.out.println("x と y は等しくない");
        }
        if (x == 10 && y == 10) {
            System.out.println("x と y は 10");
        }
        if (x == 0 || y == 0) {
            System.out.println("x か y は 0");
        }

        System.out.println("終了");
    }
}

else 節

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();

        if (x < 10) {
            System.out.println("x は 10 より小さい");
        } else {
            System.out.println("x は 10 より小さくない");
        }
    }
}

else if チェーン

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();

        if (x < 10) {
            System.out.println("x は 10 より小さい");
        } else if (x > 20) {
            System.out.println("x は 10 より小さくなくて、20 より大きい");
        } else if (x == 15) {
            System.out.println("x は 10 より小さくなくて、20 より大きくなくて、15 である");
        } else {
            System.out.println("x は 10 より小さくなくて、20 より大きくなくて、15 でもない");
        }
    }
}

ネストした if 文

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();

        if (x % 2 == 0) {
            if (x % 3 == 0) {
                System.out.println("x は 2 の倍数でも 3 の倍数でもある");
            } else {
                System.out.println("x は 2 の倍数ではあるが 3 の倍数ではない");
            }
        } else {
            if (x % 3 == 0) {
                System.out.println("x は 2 の倍数ではないが 3 の倍数ではある");
            } else {
                System.out.println("x は 2 の倍数でも 3 の倍数でもない");
            }
        }
    }
}

範囲チェック (連鎖比較の代替)

Python の 0 <= x <= 100 は Java では書けません。&& を使います:

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();

        if (0 <= x && x <= 100) {
            System.out.println("x は 0 以上 100 以下です");
        } else {
            System.out.println("x は 0 以上 100 以下ではありません");
        }
    }
}

練習問題

EX6. 電卓をつくろう

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1.07. 論理式の値と boolean 型

キーポイント

• 条件式の評価結果は boolean 型 (true / false)
• Python の True/False に対応するが、truthy/falsy の概念はない
• 数値の 0 は false に変換できない (コンパイルエラーになる)
• boolean 変数は &&、||、! で操作できる

条件式の評価結果

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 0;
        System.out.println(x == 0);  // true
        System.out.println(x >= 1);  // false
    }
}

条件式の結果を変数に格納できます:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 5;
        boolean a = (0 <= x);       // true
        boolean b = (x <= 10);      // true
        boolean c = a && b;         // true
        System.out.println(a + " " + b + " " + c);  // true true true
    }
}

boolean 型

boolean 型は true と false の2値だけをとります。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        if (true) {
            System.out.println("条件を満たした");
        }
        if (false) {
            System.out.println("表示されない");
        } else {
            System.out.println("条件を満たさなかった");
        }
    }
}

実行結果:

条件を満たした
条件を満たさなかった

Python との違い: truthy/falsy がない

Python では if 10: や if "hello": が使えますが、Java では boolean 値のみ使えます:

// コンパイルエラー
if (10) { ... }          // エラー: int を boolean として使えない
if ("hello") { ... }     // エラー

// 正しい書き方
if (10 != 0) { ... }
if (!str.isEmpty()) { ... }

boolean 変数の活用

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int x = sc.nextInt();
        int y = sc.nextInt();

        boolean isEqual = (x == y);
        boolean isBothPositive = (x > 0) && (y > 0);
        boolean isEitherZero = (x == 0) || (y == 0);

        System.out.println(isEqual);
        System.out.println(isBothPositive);
        System.out.println(isEitherZero);
    }
}

練習問題

EX7. boolean値パズル

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1.08. while 文

キーポイント

• while (条件式) { 処理 } で繰り返し処理
• カウンタ変数を使った while (i < N) パターンが基本
• Python と構文がほぼ同じ (インデントの代わりに {} を使う)

基本構文

while (条件式) {
    処理
}

推奨のカウンタパターン:

int i = 0;
while (i < N) {
    処理
    i++;
}

無限ループ

while (true) {
    System.out.println("Hello");
    System.out.println("AtCoder");
}

実行するとプログラムが終了しないまま動き続けます。

カウントアップ

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (i < 5) {
            System.out.println("Hello");
            i++;
        }
    }
}

実行結果:

Hello
Hello
Hello
Hello
Hello

実践例: N個の整数の合計

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int N = sc.nextInt();
        int s = 0;
        int i = 0;
        while (i < N) {
            int x = sc.nextInt();
            s += x;
            i++;
        }
        System.out.println(s);
    }
}

入力:

3
1
10
100

出力: 111

2ずつ増やすループ

int i = 0;
while (i < 10) {
    System.out.println(i);
    i += 2;
}

実行結果:

0
2
4
6
8

逆順ループ

int i = 5;
while (i >= 0) {
    System.out.println(i);
    i--;
}

実行結果:

5
4
3
2
1
0

練習問題

EX8. たくさんのA足すB問題

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1.09. for 文・break・continue

キーポイント

• for (初期化; 条件式; 更新) { 処理 } が基本構文
• N回繰り返すなら for (int i = 0; i < N; i++)
• break でループを抜ける
• continue で残りの処理をスキップして次のループへ
• Python の for x in range(N) は for (int i = 0; i < N; i++) に対応

for 文の基本

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

実行結果:

0
1
2
3
4

range(0, 5) の代わりに i = 0; i < 5; i++ を使います。

while との比較

// while 版
int j = 0;
while (j < 3) {
    System.out.println("Hello while: " + j);
    j++;
}

// for 版 (同じ意味)
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    System.out.println("Hello for: " + i);
}

range(a, b) の代わり

// Python: for i in range(2, 5):
for (int i = 2; i < 5; i++) {
    System.out.println(i);
}

実行結果:

2
3
4

break

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (i == 3) {
                System.out.println("ぬける");
                break;
            }
            System.out.println(i);
        }
        System.out.println("終了");
    }
}

実行結果:

0
1
2
ぬける
終了

continue

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            if (i == 3) {
                System.out.println("とばす");
                continue;
            }
            System.out.println(i);
        }
        System.out.println("終了");
    }
}

実行結果:

0
1
2
とばす
4
終了

2ずつ増やすループ

// Python: for i in range(0, 10, 2):
for (int i = 0; i < 10; i += 2) {
    System.out.println(i);
}

実行結果:

0
2
4
6
8

逆順ループ

// Python: for i in range(5, -1, -1):
for (int i = 5; i >= 0; i--) {
    System.out.println(i);
}

実行結果:

5
4
3
2
1
0

練習問題

EX9. 電卓をつくろう2

---

1.10. 配列 (リスト)

キーポイント

• Java の配列は宣言時にサイズが固定される: int[] a = new int[N]
• 可変長のリストには ArrayList<Integer> を使う
• インデックスは 0 から始まる
• a.length で配列の長さを取得 (listの場合は list.size())
• 配列の入力: for ループで sc.nextInt() を繰り返す

配列の基本

// 固定長配列の宣言
int[] a = {3, 1, 4, 1, 5};

System.out.println(a.length);  // 5
System.out.println(a[0]);      // 3
System.out.println(a[2]);      // 4

// 要素の変更
a[2] = 7;
System.out.println(a[2]);  // 7

サイズ指定で配列を作成 (0で初期化)

int N = 5;
int[] a = new int[N];  // {0, 0, 0, 0, 0}

for ループで配列を処理

int[] a = {3, 1, 4, 1, 5};
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
    System.out.println(i + " : " + a[i]);
}

実行結果:

0 : 3
1 : 1
2 : 4
3 : 1
4 : 5

拡張 for 文 (foreach)

int[] a = {3, 1, 4, 1, 5};
for (int x : a) {
    System.out.println(x);
}

実行結果:

3
1
4
1
5

入力から配列を作成

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int N = sc.nextInt();
        int[] a = new int[N];
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            a[i] = sc.nextInt();
        }
        // 出力 (スペース区切り)
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            if (i > 0) System.out.print(" ");
            System.out.print(a[i]);
        }
        System.out.println();
    }
}

例題: 数学と英語のテストの合計点

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int N = sc.nextInt();
        int[] M = new int[N];
        int[] E = new int[N];

        for (int i = 0; i < N; i++) M[i] = sc.nextInt();
        for (int i = 0; i < N; i++) E[i] = sc.nextInt();

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            System.out.println(M[i] + E[i]);
        }
    }
}

入力:

3
20 100 30
100 5 40

出力:

120
105
70

ArrayList (可変長リスト)

配列はサイズが固定ですが、ArrayList は要素を動的に追加できます。

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

        list.add(1);      // [1]
        list.add(2);      // [1, 2]
        list.add(3);      // [1, 2, 3]

        System.out.println(list.size());  // 3
        System.out.println(list.get(0));  // 1

        list.set(1, 20);  // インデックス1を20に変更
        System.out.println(list.get(1));  // 20

        list.remove(list.size() - 1);  // 末尾を削除
        System.out.println(list);       // [1, 20]
    }
}

ArrayList の主な操作

操作	メソッド	計算量
末尾に追加	list.add(x)	O(1)
インデックスで取得	list.get(i)	O(1)
インデックスで変更	list.set(i, x)	O(1)
末尾を削除	list.remove(list.size()-1)	O(1)
途中に挿入	list.add(i, x)	O(N)
途中を削除	list.remove(i)	O(N)
サイズ取得	list.size()	O(1)
要素を検索	list.contains(x)	O(N)

配列を逆順に出力

int[] a = {3, 1, 4, 1, 5};
for (int i = a.length - 1; i >= 0; i--) {
    System.out.println(a[i]);
}

練習問題

EX10. 平均との差

---

1.11. 文字列

キーポイント

• Java の String は不変 (immutable): 作成後に変更できない
• 文字へのアクセスは s.charAt(i) (Python の s[i])
• 文字列の長さは s.length() (配列の a.length と違い括弧が必要)
• 文字列の連結は + 演算子または StringBuilder
• 文字列の比較は == ではなく .equals() を使う

文字列の作成

String a = "ABCDEFG";
String b = "AtCoder";

エスケープシーケンス

記法	意味
\n	改行
\"	ダブルクォート
\'	シングルクォート
\\	バックスラッシュ
\t	タブ

主な操作

String s = "Hello, AtCoder!";

System.out.println(s.length());      // 15
System.out.println(s.charAt(0));     // H
System.out.println(s.charAt(7));     // A
System.out.println(s.indexOf("At")); // 7
System.out.println(s.contains("At")); // true
System.out.println(s.substring(7));   // AtCoder!
System.out.println(s.substring(7, 14)); // AtCoder
System.out.println(s.replace("At", "My")); // Hello, MyCoder!
System.out.println(s.toUpperCase()); // HELLO, ATCODER!
System.out.println(s.toLowerCase()); // hello, atcoder!

文字の処理

String s = "AtCoder";
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
    System.out.println(s.charAt(i));
}

または拡張 for 文:

for (char c : s.toCharArray()) {
    System.out.println(c);
}

文字列の連結

String s = "Hello";
String t = "World";
System.out.println(s + ", " + t + "!");  // Hello, World!

// 数値との連結
int n = 42;
System.out.println("Answer: " + n);  // Answer: 42

文字列の比較

注意: == は参照の比較になるため、文字列の内容比較には .equals() を使います。

String a = "Hello";
String b = "Hello";
System.out.println(a.equals(b));   // true (正しい比較)
System.out.println(a == b);        // true (偶然一致することもあるが信頼できない)

// Scanner で読んだ場合
Scanner sc = new Scanner(System.in);
String s = sc.next();
if (s.equals("Yes")) {
    System.out.println("一致!");
}

文字列の分割

String s = "10 20 30";
String[] parts = s.split(" ");
for (String p : parts) {
    System.out.println(p);
}
// 出力: 10, 20, 30 (各行)

// 整数として処理
for (String p : parts) {
    int val = Integer.parseInt(p);
    System.out.println(val * 2);
}

StringBuilder (効率的な文字列変更)

文字列を繰り返し変更する場合、String の + では遅くなります。StringBuilder を使います:

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Hello");
sb.append(", ");
sb.append("AtCoder");
sb.append("!");
System.out.println(sb.toString());  // Hello, AtCoder!

// 文字の変更
sb.setCharAt(0, 'h');
System.out.println(sb.toString());  // hello, AtCoder!

char 型と int の変換

char c = 'A';
int code = (int) c;          // 65 (ASCII コード)
char d = (char)(code + 1);   // 'B'
System.out.println(d);

// 'a'〜'z' のオフセット
char ch = 'c';
int offset = ch - 'a';  // 2

文字列と数値の変換

// String → int
int n = Integer.parseInt("123");   // 123
// String → long
long m = Long.parseLong("123456789012");
// String → double
double d = Double.parseDouble("3.14");

// int → String
String s = String.valueOf(123);    // "123"
String t = Integer.toString(123);  // "123"

練習問題

EX11. 文字列の処理

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1.12. 組み込み関数 (Math クラス・Arrays クラス)

キーポイント

• Java では多くの関数が Math クラスのメソッドとして提供される
• 配列の操作には Arrays クラス、コレクションの操作には Collections クラス
• import java.util.* で多くのユーティリティが使える

Math クラス

System.out.println(Math.abs(-3));      // 3 (絶対値)
System.out.println(Math.abs(5));       // 5

System.out.println(Math.min(3, 7));    // 3 (最小値)
System.out.println(Math.max(3, 7));    // 7 (最大値)

System.out.println(Math.pow(3, 4));    // 81.0 (3^4)
System.out.println((long)Math.pow(3, 4)); // 81

// 剰余を使ったべき乗 (ModPow)
// 大きな数のべき乗余は自前で実装が必要

複数値の最小・最大

// 3つ以上の最小値
int a = 1, b = -5, c = 3;
int minVal = Math.min(a, Math.min(b, c));  // -5
int maxVal = Math.max(a, Math.max(b, c));  // 3

配列の合計・最大値・最小値

Java 標準には sum() が配列向けにないため、手動で計算します:

import java.util.Arrays;

int[] a = {1, 3, -5, 2};

// 合計
int sum = 0;
for (int x : a) sum += x;
System.out.println(sum);  // 1

// 最大値・最小値
int maxVal = Arrays.stream(a).max().getAsInt();  // 3
int minVal = Arrays.stream(a).min().getAsInt();  // -5
// または手動
int mx = a[0];
for (int x : a) mx = Math.max(mx, x);

Arrays クラス

import java.util.Arrays;

int[] a = {3, 1, 4, 1, 5};

// ソート
Arrays.sort(a);
System.out.println(Arrays.toString(a));  // [1, 1, 3, 4, 5]

// 二分探索 (ソート済み配列に対して)
int idx = Arrays.binarySearch(a, 3);  // 2

Collections クラス (ArrayList 向け)

import java.util.*;

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5));

System.out.println(Collections.min(list));  // 1
System.out.println(Collections.max(list));  // 5
Collections.sort(list);
System.out.println(list);  // [1, 1, 3, 4, 5]
Collections.reverse(list);
System.out.println(list);  // [5, 4, 3, 1, 1]

インデックスと値を一緒に処理

Python の enumerate() の代わりにインデックス付きループを使います:

int[] a = {10, 30, 20, 50, 40};
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
    System.out.println(i + " " + a[i]);
}

練習問題

EX12. Find the Fastest Runner

---

1.13. 関数 (メソッド)

キーポイント

• Java では関数を「メソッド」と呼ぶ
• AtCoder では static メソッドとして定義する
• 戻り値の型を明示的に宣言する (void は戻り値なし)
• Java にはグローバル変数の概念があるが、static フィールドとして定義する
• スコープ (変数の有効範囲) は {} のブロック単位

基本的なメソッド定義

public class Main {
    // 戻り値なしのメソッド
    static void printNumbers() {
        System.out.println(1);
        System.out.println(2);
        System.out.println(3);
    }

    public static void main(String[] args) {
        printNumbers();  // 1, 2, 3 が出力される
    }
}

注意: メソッドは main メソッドと同じクラス内に定義します。定義の順序は問いません (main の後でも前でも OK)。

引数をとるメソッド

public class Main {
    static void addAndPrint(int a, int b) {
        System.out.println(a + b);
    }

    public static void main(String[] args) {
        addAndPrint(1, 2);  // 3
        addAndPrint(10, 20); // 30
    }
}

戻り値があるメソッド

public class Main {
    static int addOne(int a) {
        return a + 1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int two = addOne(1);
        System.out.println(two);          // 2
        System.out.println(addOne(1) + 1); // 3
    }
}

return の特性

return はメソッドをその場で終了させます:

static int myMin(int a, int b) {
    if (a < b) {
        return a;
    } else {
        return b;
    }
}

早期リターン:

static void printIfSeven(int a) {
    if (a == 7) {
        System.out.println("a is 7");
        return;  // ここでメソッド終了
    }
    System.out.println("a is not 7");
}

スコープ (変数の有効範囲)

メソッド内で宣言した変数はそのメソッド内でのみ有効です:

public class Main {
    static int addOne(int a) {
        int result = a + 1;
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(addOne(1));  // 2
        // System.out.println(result);  // コンパイルエラー: result が見えない
    }
}

static フィールド (グローバル変数に相当)

Python の global に相当するものは、Java では static フィールドとして定義します:

public class Main {
    static int a = 0;  // static フィールド (グローバル変数に相当)

    static void updateA(int val) {
        a = val;  // 直接変更できる (global 宣言不要)
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);  // 0
        updateA(1);
        System.out.println(a);  // 1
    }
}

配列を引数に渡す

Java では配列はメソッドに参照渡しされます (Python のリストと同じ挙動):

public class Main {
    static void addToArray(int[] arr, int val) {
        arr[0] += val;  // 元の配列が変更される
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1, 2, 3};
        addToArray(a, 10);
        System.out.println(a[0]);  // 11
    }
}

メソッドのオーバーロード

同名で引数の型・数が異なるメソッドを複数定義できます (Python のデフォルト引数の代替):

public class Main {
    static void func(int a) {
        System.out.println(a * 3);
    }

    static void func(int a, int start) {
        System.out.println((a + start) * 3);
    }

    public static void main(String[] args) {
        func(1);     // 3
        func(1, 10); // 33
    }
}

再帰メソッド

メソッドが自分自身を呼び出すことができます (詳細は第2章で):

public class Main {
    static int factorial(int n) {
        if (n == 0) return 1;
        return n * factorial(n - 1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(factorial(5));  // 120
    }
}

練習問題

EX13. 三人兄弟へのプレゼント