Stringの不変性のコードトレース

この単元で学ぶこと

• 各行の実行後にa・b・cの参照先と文字列の値を記録する
• 戻り値を捨てた操作と変数への再代入を区別する
• 途中の出力と最後の出力を状態表から説明する

本文解説

演習の準備 基礎教材「Stringの不変性を理解する」を読んだ後の演習です。参照先には説明用の記号S0・S1・S2を付けます。これはメモリアドレスやJVM内部の割当個数を表すものではありません。各行で「戻り値」「代入先」「他の変数への影響」を書き出してください。

演習コード：空欄を自分で埋める public class StringTrace { public static void main(String[] args) { String a = "cat"; // 1 String b = a; // 2 a.concat("s"); // 3 String c = a.substring(1); // 4 a = a.concat("s"); // 5 b = c; // 6 c += "!"; // 7 System.out.println(a + "/" + b + "/" + c); // 8 a = b; // 9 System.out.println(a + "/" + b + "/" + c); // 10 } } 問：3・5・7・9行目直後のa、b、cの値と、8・10行目の出力を求めてください。

1〜3行目：共有と戻り値の破棄 1行目：a→S0「cat」。2行目：b→S0「cat」、aとbは同じ参照先です。3行目：concatの戻り値は「cats」ですが、受け取る代入がありません。直後もa→S0、b→S0で両方の値はcatです。cはまだ宣言されていません。呼出しだけでaの参照先が書き換わると考えるのが誤りです。

4〜5行目：部分文字列と再代入 4行目：substring(1)は添字1から末尾までの「at」を返し、c→S1「at」とします。aとbはcatのままです。5行目：aだけをconcatの戻り値S2「cats」へ向けます。直後はa=cats、b=cat、c=atです。bはaという変数を参照しているのではなく、代入時のStringを参照しているので追従しません。

6〜8行目：別名参照をさらに分岐させる 6行目：b=cによりb→S1「at」、c→S1「at」となります。7行目：c += "!"は、この変数についてc = c + "!"と同じ結果です。c→S3「at!」になり、b→S1「at」は変わりません。直後はa=cats、b=at、c=at!。8行目の出力はcats/at/at!です。

9〜10行目：参照の再共有 9行目：a=bによってaとbはS1「at」を共有します。S2「cats」の内容を書き換えたのではありません。直後はa=at、b=at、c=at!。10行目の出力はat/at/at!です。最終出力だけを見ず、5行目で作ったaの状態が9行目で置き換わったことまで説明します。

解答をまとめる 3行目後：a=cat / b=cat / c=未宣言 5行目後：a=cats / b=cat / c=at 7行目後：a=cats / b=at / c=at! 9行目後：a=at / b=at / c=at! 出力（2行）： cats/at/at! at/at/at! 誤答cats/cats/at!は、aへの代入がbにも伝わると考えたものです。誤答cats/at!/at!は、cへの再代入を共有オブジェクトの変更と取り違えています。

条件を変えて確認する 元コードの3行目だけをa = a.concat("s");へ変更すると、4行目のcは「ats」、5行目のaは「catss」です。その後の出力はcatss/ats/ats!とats/ats/ats!になります。代入を一つ足すと、後続のsubstringが読む値まで変わります。Stringの不変性と、変数が指す値が変わることは両立します。

図解

重要ポイント

• 各行の代入先だけ参照を書き換え、他の変数はそのまま残す。
• 戻り値を捨てたconcatは、呼出し元の値を変えない。
• b=cの後でcに再代入しても、bは以前の参照先を保持する。
• 出力はその行の時点で評価する。最後の値で過去の出力を上書きしない。

間違えやすい点

• S0などの説明用記号を、実際のアドレスや割当回数と混同しない。
• Stringの内容が不変でも、finalでない変数への再代入はできる。
• +=をStringBuilderのような同一オブジェクトの編集だと考えない。

用語解説

不変

生成後にオブジェクトの内容を変更できない性質。

再代入

変数に別の値を保存すること。

参照共有

複数の変数が同じオブジェクトを指す状態。

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