1. オブジェクト指向プログラミングとは？
ソフトウェア開発の歴史において、プログラミングは手続き型（プロシージャ型）からオブジェクト指向型へと進化を遂げてきました。オブジェクト指向プログラミング（OOP: Object-Oriented Programming）は、実世界の概念やオブジェクト（物体、概念、または役割）をソフトウェア設計の中心に据え、これを通じてプログラムを組み立てていく手法です。伝統的な手続き型プログラミングでは、プログラムは主に「関数」や「手続き」の集合体として設計されますが、オブジェクト指向プログラミングでは、プログラム全体を「オブジェクト」の集合体として捉え、それぞれが独自の役割と状態を持ち、互いに協力しながら動作することを前提とします。
オブジェクト指向の基本的な考え方は、より直感的で再利用性や拡張性に優れたコードを作成することです。プログラムを個々のオブジェクト（物体や概念）の相互作用として表現することで、複雑なシステムを理解しやすく、保守しやすい形に構築することができます。
2. オブジェクト指向の4つの基本原則
オブジェクト指向の特徴を理解するために、まずはその4つの基本原則を紹介します。
1. カプセル化（Encapsulation）
カプセル化とは、オブジェクトのデータ（属性）とそのデータに対する操作（メソッド）を1つの単位としてまとめることを指します。外部からオブジェクトの内部構造を隠すことで、不要な干渉を防ぎ、オブジェクトが自律的に振る舞うようにします。これにより、他のオブジェクトがその内部状態を直接変更することを防ぎ、システム全体の安定性を保ちます。
2. 継承（Inheritance）
継承は、既存のクラスを基に新しいクラスを定義することを指します。新しいクラスは、親クラス（基底クラス）のすべての特性と振る舞いを引き継ぎながら、独自の機能を追加したり、既存の機能をオーバーライドすることができます。これにより、コードの再利用性が向上し、新しい機能を容易に追加できる柔軟性が生まれます。
3. ポリモーフィズム（Polymorphism）
ポリモーフィズムは、同じメソッド名や操作が異なるクラスで異なる動作をすることを指します。例えば、「描画する」という操作を考えたとき、四角形、円、三角形などの異なるクラスがそれぞれ異なる方法で「描画」することができます。ポリモーフィズムを活用することで、コードの一般化が容易になり、柔軟性の高い設計を実現できます。
4. 抽象化（Abstraction）
抽象化とは、複雑なシステムの中で重要な特徴や振る舞いを抽出し、それ以外の詳細を隠すことです。これにより、特定の操作に必要な部分のみを取り出し、システム全体をシンプルに表現することができます。例えば、車の「運転する」という操作は、運転者にとってはアクセルとブレーキの操作だけに抽象化されますが、内部ではエンジン、トランスミッション、ブレーキシステムなどが複雑に連携しています。
3. オブジェクト指向設計の重要性
オブジェクト指向プログラミングが重要視される理由の1つに、「再利用性」と「保守性」の向上があります。大規模なソフトウェア開発では、コードの再利用が開発コストの削減やバグの減少につながります。また、オブジェクト指向の考え方を取り入れることで、クラスの設計がモジュール化され、変更の影響を局所化することができるため、保守が容易になります。
さらに、オブジェクト指向は「現実世界のモデル化」を基礎としており、学習者が現実世界の概念を理解している限り、プログラムの設計においても直感的に捉えやすいという利点を持っています。例えば、「人」クラスを作成し、その属性として「名前」や「年齢」を設定し、操作（メソッド）として「話す」や「歩く」といった動作を定義することは、日常生活の物事をそのままプログラムに落とし込むことと同じです。
4. オブジェクト指向プログラミングの歴史と背景
オブジェクト指向プログラミングは、1960年代後半に登場したSimulaというプログラミング言語がその始まりとされています。この言語では、物体（オブジェクト）の概念を用いてシミュレーションを行うことができ、後のオブジェクト指向言語であるSmalltalk、C++、Java、Pythonといった多くのプログラミング言語の基礎を築きました。
その後、ソフトウェアの規模が大きくなるにつれ、手続き型プログラミングの欠点（スパゲッティコード化、可読性の低下、メンテナンスの困難さ）が表面化し、オブジェクト指向プログラミングの普及が進んでいきました。今日では、オブジェクト指向はソフトウェア設計の標準的なアプローチとされ、設計段階でのツールとしてもUML（統一モデリング言語）などが開発され、設計と実装のギャップを埋める役割を果たしています。
5. UML（統一モデリング言語）の役割
オブジェクト指向設計を学ぶ上で、UML（Unified Modeling Language）は欠かせないツールです。UMLは、ソフトウェアシステムを視覚的に表現するための一連の図を提供し、設計者や開発者が複雑なシステムを理解しやすくします。UMLを使用することで、プログラムの構造、オブジェクト間の関係、システム全体の振る舞いを直感的に捉えることができます。これにより、システムの要件定義、設計、開発、テストといった工程がスムーズに行われ、設計の意図をすべての関係者に伝えることが容易になります。
本書では、UMLを通じてオブジェクト指向の設計と理解を深め、設計をもとに実際のプログラムをどのように組み立てていくかを学習します。
6. まとめ
ここでは、オブジェクト指向プログラミングの基本概念と、UMLによる視覚的なモデル化の重要性を紹介しました。次章では、具体的なUMLの使い方に焦点を当て、設計図としてのUMLがどのようにプログラミングに生かされるかを学んでいきます。これを通じて、オブジェクト指向プログラミングを理解するための基礎を築いていきましょう。