コレクションとジェネリクスの要点と練習問題 - Java Gold SE 17

コレクションとジェネリクスの要点

内容の確認日: 2026-10-04

この分野では、コレクション・フレームワークの主要なインタフェースとクラスの使い分け、総称型 (ジェネリクス) の型の互換性、Comparator による並べ替えが問われます。API のメソッドが「何を返すか」「元のコレクションを変えるか」を正確に覚えているかが得点の分かれ目です。

出題項目は「オート・ボクシングの使用」「コレクション・フレームワークの概要と主要なコレクション・インタフェース (List, Map, Set および Deque) の使用」「総称型の使用」「Comparator インタフェースを使用したコレクションのソート」「コレクション用の便利なメソッドの使用」の 5 つです。

オートボクシングとアンボクシング

int から Integer への自動変換 (オートボクシング) には Integer.valueOf が使われます。valueOf は -128 〜 127 の値をキャッシュしているので、この範囲の値は同じオブジェクトになり、== で比べると true になります。範囲外の値は別のオブジェクトになるので、値の比較には equals を使います。

Main.java

1public class Main {2    public static void main(String[] args) {3        Integer a = 127, b = 127;4        Integer c = 128, d = 128;5        System.out.println(a == b);6        System.out.println(c == d);7        System.out.println(c.equals(d));8    }9}

ターミナル

$ java Main
true
false
true

オートボクシングが行うのは「プリミティブ型 → 対応するラッパー型」の変換だけです。拡大変換とボクシングを続けて行うことはできないので、int のリテラル 10 を Long 型の変数に代入するとコンパイルエラーです (10L なら可)。

Main.java

1public class Main {2    public static void main(String[] args) {3        Long n = 10;4        System.out.println(n);5    }6}

ターミナル

$ javac Main.java

コンパイルエラー (3 行目): int の 10 は Long に変換できない (int → long → Long の 2 段階の変換は行われない)

ラッパー型の値が null のときにアンボクシングが起きると、NullPointerException が発生します。Map の get は存在しないキーに対して null を返すので、そのまま計算に使うと危険です。getOrDefault を使うと安全です。

Main.java

1import java.util.HashMap;2import java.util.Map;34public class Main {5    public static void main(String[] args) {6        Map<String, Integer> stock = new HashMap<>();7        stock.put("apple", 3);8        System.out.println(stock.getOrDefault("lemon", 0) + 1);9        int total = stock.get("lemon") + 1;10        System.out.println(total);11    }12}

ターミナル

$ java Main
1

実行時に例外が発生: NullPointerException

`List`・`Set`・`Map`・`Deque` の使い分け

主なインタフェースと実装クラスの特徴は次のとおりです。

・List: 順序あり・重複可。ArrayList (添字での読み取りが速い)、LinkedList ・Set: 重複なし。HashSet (順序なし)、LinkedHashSet (追加した順)、TreeSet (並べ替えた順) ・Map: キーと値の組。キーは重複なし。HashMap、LinkedHashMap、TreeMap (キーの順) ・Deque: 先頭と末尾の両方から出し入れできるキュー。ArrayDeque、LinkedList

Deque はメソッドが多く、先頭・末尾のどちらを操作するかを取り違えやすいので注意が必要です。push・pop・offerFirst・pollFirst は先頭、offer・add・offerLast・pollLast は末尾を操作します。peek は先頭の要素を取り出さずに返します。

Main.java

1import java.util.ArrayDeque;2import java.util.Deque;34public class Main {5    public static void main(String[] args) {6        Deque<Integer> dq = new ArrayDeque<>();7        dq.offer(1);8        dq.offer(2);9        dq.push(0);10        dq.offerFirst(-1);11        System.out.println(dq);12        System.out.println(dq.pop() + " " + dq.pollLast());13        System.out.println(dq);14    }15}

ターミナル

$ java Main
[-1, 0, 1, 2]
-1 2
[0, 1]

TreeMap (と TreeSet) には、キーの大小で検索するメソッドがあります。ceilingKey(k) は k 以上で最小のキー、floorKey(k) は k 以下で最大のキーを返します。headMap(k) は k より小さい (k を含まない) 部分、tailMap(k) は k 以上 (k を含む) 部分です。

Main.java

1import java.util.Map;2import java.util.TreeMap;34public class Main {5    public static void main(String[] args) {6        TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>(Map.of(10, "a", 20, "b", 30, "c"));7        System.out.println(map.ceilingKey(15) + " " + map.floorKey(15));8        System.out.println(map.headMap(20) + " " + map.tailMap(20));9        System.out.println(map.firstEntry().getValue());10    }11}

ターミナル

$ java Main
20 10
{10=a} {20=b, 30=c}
a

変更できないリストにも 2 種類あります。Arrays.asList が返すリストは元の配列と結び付いた固定長のリストで、set による置き換えはできますが、add・remove はできません。List.of が返すリストは完全に変更できず、set も UnsupportedOperationException になります。

Main.java

1import java.util.Arrays;2import java.util.List;34public class Main {5    public static void main(String[] args) {6        List<String> fixed = Arrays.asList("a", "b");7        fixed.set(0, "x");8        System.out.println(fixed);9        List<String> immutable = List.of("a", "b");10        immutable.set(0, "x");11    }12}

ターミナル

$ java Main
[x, b]

実行時に例外が発生: UnsupportedOperationException

総称型とワイルドカード

総称型は、型引数が違えば継承関係があっても互換性がありません。Integer は Number のサブクラスですが、List<Integer> は List<Number> のサブタイプではないので、代入するとコンパイルエラーです。

Main.java

1import java.util.ArrayList;2import java.util.List;34public class Main {5    public static void main(String[] args) {6        List<Integer> ints = new ArrayList<>();7        List<Number> nums = ints;8        System.out.println(nums);9    }10}

ターミナル

$ javac Main.java

コンパイルエラー (7 行目): List<Integer> は List<Number> に代入できない

いろいろな型のリストを受け取りたいときは、ワイルドカードを使います。

・List<? extends Number>: Number かそのサブクラスのリスト。要素は Number として取り出せるが、null 以外は追加できない ・List<? super Integer>: Integer かそのスーパークラスのリスト。Integer を追加できるが、取り出した要素は Object としてしか扱えない・List<?>: 何かの型のリスト。要素は Object として取り出せるだけ

Main.java

1import java.util.ArrayList;2import java.util.List;34public class Main {5    static double sum(List<? extends Number> nums) {6        double total = 0;7        for (Number n : nums) {8            total += n.doubleValue();9        }10        return total;11    }1213    static void addInts(List<? super Integer> dst) {14        dst.add(1);15        dst.add(2);16    }1718    public static void main(String[] args) {19        List<Number> list = new ArrayList<>();20        addInts(list);21        list.add(2.5);22        System.out.println(sum(list));23        System.out.println(list);24    }25}

ターミナル

$ java Main
5.5
[1, 2, 2.5]

型パラメータには <T extends Comparable<T>> のように上限境界を付けられます。境界を付けると、メソッドの中で T の値に対して compareTo などの境界の型のメソッドを呼べます。

総称型の型引数はコンパイル後に消去されます (イレイジャ)。そのため、print(List<String>) と print(List<Integer>) のように型引数だけが違うメソッドは、実行時には同じ print(List) になってしまい、オーバーロードできません (コンパイルエラー)。

`Comparator` による並べ替え

Comparator.comparing(キーを取り出す関数) で、そのキーの昇順に並べる Comparator を作れます。reversed() で逆順にし、thenComparing でキーが同じときの次の基準を足せます。thenComparing の第 2 引数に Comparator を渡すと、2 つ目のキーだけを降順にすることもできます。

Main.java

1import java.util.ArrayList;2import java.util.Comparator;3import java.util.List;45record Item(String name, int price) {6}78public class Main {9    public static void main(String[] args) {10        List<Item> items = new ArrayList<>(List.of(11            new Item("pen", 100), new Item("cup", 300), new Item("ink", 100)));12        items.sort(Comparator.comparing(Item::price)13            .thenComparing(Item::name, Comparator.reverseOrder()));14        items.forEach(i -> System.out.println(i.name() + " " + i.price()));15    }16}

ターミナル

$ java Main
pen 100
ink 100
cup 300

null を含む要素を並べるときは、Comparator.nullsFirst(比較方法)・nullsLast(比較方法) で null の位置を決めます。

TreeSet や TreeMap に Comparator を渡すと、equals ではなく compare の結果が 0 になる要素を同じ要素とみなします。次のコードでは、長さで比べているので、cat と同じ長さの dog は追加されません。

Main.java

1import java.util.Comparator;2import java.util.List;3import java.util.Set;4import java.util.TreeSet;56public class Main {7    public static void main(String[] args) {8        Set<String> set = new TreeSet<>(Comparator.comparing(String::length));9        set.addAll(List.of("cat", "dog", "bird", "ox"));10        System.out.println(set);11    }12}

ターミナル

$ java Main
[ox, cat, bird]

コレクションの便利なメソッド

Java SE 8 以降、コレクションには処理を関数で渡すメソッドが追加されています。

・Map.merge(キー, 値, 関数): キーがなければ値を入れ、あれば既存の値と合成する。単語の出現回数を数えるのに便利・Map.computeIfAbsent(キー, 関数): キーがないときだけ、関数の結果を入れる・Collection.removeIf(条件): 条件に合う要素をすべて削除する・List.replaceAll(関数): 各要素を関数の結果に置き換える

Collections.unmodifiableList は、元のリストを変更できないように包んだビューを返します。ビュー自体は変更できませんが、元のリストを変更すると、その変更はビューからも見えます (コピーではないため)。

Main.java

1import java.util.ArrayList;2import java.util.Collections;3import java.util.List;4import java.util.Map;5import java.util.TreeMap;67public class Main {8    public static void main(String[] args) {9        Map<String, Integer> count = new TreeMap<>();10        for (String w : "a b a c b a".split(" ")) {11            count.merge(w, 1, Integer::sum);12        }13        System.out.println(count);1415        List<Integer> nums = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));16        nums.removeIf(n -> n % 2 == 0);17        nums.replaceAll(n -> n * 10);18        System.out.println(nums);1920        List<Integer> view = Collections.unmodifiableList(nums);21        nums.add(70);22        System.out.println(view);23    }24}

ターミナル

$ java Main
{a=3, b=2, c=1}
[10, 30, 50]
[10, 30, 50, 70]

試験でよくある引っかけ

Integer の == 比較
-128 〜 127 の値はキャッシュされるので == が true になりますが、範囲外は false です。値の比較は equals を使います。
null のアンボクシング
map.get(キー) + 1 は、キーがなく null が返ると NullPointerException です。
Deque の先頭と末尾
push・pop は先頭、offer・add は末尾を操作します。1 つずつ状態を書いて追いましょう。
Arrays.asList と List.of
Arrays.asList は set できるが add できない固定長、List.of は set もできません。
List<Integer> と List<Number>
総称型は型引数が違えば互換性がありません。受け取るには List<? extends Number> を使います。
TreeSet の重複判定
Comparator を渡した TreeSet は、compare が 0 の要素を重複とみなして追加しません。

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出典・参考

コード例は、試験の対象バージョンで実際にコンパイル・実行して結果を確認しています。

コレクションとジェネリクス

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