オブジェクト指向基礎学習Ⅰ
～オブジェクト指向へ至る背景～
平成２２年６月２５日
森田 彦
学習内容
プログラミング言語教養編
I.
II.
III.
プログラミング言語発展の歴史（概観）
最も早く普及した言語「FORTRAN」発展の経緯
構造化プログラミングの提唱
課題予告
本日の学習内容（どういうことを学習したか）を簡
単に要約して下さい。
その上で、自分が最も印象に残った点を、その
理由とともに挙げて下さい。
Ⅰ．プログラミング言語発展の歴史（概観）
＜内容＞
言語発展の歴史を概観する。
代表的な言語をその性質により分類してみる。
＜注目点＞
どういう風に使い分けしているのか？
なぜ、一つに統一できなかったのか？
プログラミング言語発展の歴史
時間
言語以前
低水準言語
機械語
アセンブリ言語
FORTRAN
COBOL
ALGOL
高水準言語
Delphi
手続き型言語
C++Builder
JBuilder
PL/1
ビジュアル開発環境
ALGOL68
PASCAL
BASIC
C言語
Ada
Lisp
超高水準言語
参考：河村一樹、斐品正照
オブジェクト指向
言語
Object PASCAL
C++
Java
Prolog
Smalltalk
Ⅱ．最も早く普及した言語「FORTRAN」発展の
経緯
＜内容＞
FORTRANの起源および発展の概観
分岐処理の記述の発展
繰り返し処理の記述の発展
＜学習する理由＞
古い言語の発展の経緯を知ることで、オブジェクト指向プログ
ラミングが生まれた背景を理解できるようになるから。
FORTRANの起源
1954年、IBM社バッカス（Backus）らにより開発開始：ソ
フトウェア開発のコストが急増→使いやすい高水準プロ
グラミング言語の必要性
1957年 IBM社の汎用大型コンピュータIBM704のプロ
グラム処理言語として実装
当初はIBM Mathematical FORmula TRANslating
System と命名 →FORTRAN
その性能や設計内容が高く評価される。
科学技術計算に適している。
発表後、FORTRANは進化し続けている。
その進化の方向性に注目！
FORTRANの発展①
原型 ー 型宣言のない世界
＜プログラム例＞
1234567890
プログラムは7～72列の間に記述する。
----------------------------------------＜実行結果＞
A=3.5
12345678901
B=1.5
-------------------------J=(A+B)/2
3. 5 1. 5 2
WRITE(6,100) A,B,J
100 FORMAT(2F4.1,I3)
I,J,K,･･･,Nで始まる変数：整数型
STOP
それ以外
：実数型
END
きわめて簡単な文法規則！ 数式を書く様にプログラムを
書ける！
FORTRANの発展②
副プログラムの導入
1958年FORTRANⅡ発表→副プログラム（サブ
ルーチン）の導入
1234567890
----------------------------------------------
A=3.5
B=1.5
CALL HEIKIN(A,B,C)
WRITE(6,100) A,B,C
100 FORMAT(2F4.1,F5.2)
STOP
END
SUBROUTINE HEIKIN(A,B,C)
C=(A+B)/2
RETURN
END
＜実行結果＞
1234567890123
-------------------------3. 5 1. 5
2. 5
プログラムの見通しが良くなる。
FORTRANの発展③
型宣言の導入
1962年、FORTRANⅣ発表→型宣言を導入
1234567890
--------------------------------------------
REAL A,B
INTEGER J
A=3.5
B=1.5
J=(A+B)/2
WRITE(6,100) A,B,J
100 FORMAT(2F4.1,I3)
STOP
END
ALGOL60プロジェクトの影響
1234567890
------------------------------------------
A=3.5
これもOK
B=1.5
J=(A+B)/2
WRITE(6,100) A,B,J
100 FORMAT(2F4.1,I3)
STOP
END
＜暗黙の型宣言＞
I,J,K,･･･,Nで始まる変数：整数型
それ以外
：実数型
FORTRANの発展④
文字列型の導入
1978年、FORTRAN77発表→文字列型の導入
1234567890
--------------------------------------------
REAL A,B
INTEGER J
CHARACTER MOJI*7
MOJI=‘Result:’
A=3.5
B=1.5
J=(A+B)/2
WRITE(6,100) MOJI,A,B,J
100 FORMAT(A,2F4.1,I3)
STOP
END
＜実行結果＞
1234567890123456789
-------------------------------Result : 3. 5 1. 5
2
分岐処理の記述の発展①
分岐処理の表現(初期)
テストの得点を入力し、５０点以上な
ら「合格」、５０点未満なら「不合格」と
表示するプログラム
始め
Tenの入力
Ten≧50
No
Yes
‘合格’と表示
終り
‘不合格’と表示
ＩＦ と GO TO の世界
INTEGER TEN
READ(5,*) TEN
IF(TEN.GE.50) GO TO 10
WRITE(6,*) ‘不合格’
GO TO 20
10 WRITE(6,*) ‘合格’
20 STOP
END
プログラムの見通しが良くない！
分岐処理の記述の発展②
分岐処理の表現(改良)
テストの得点を入力し、５０点以上な
ら「合格」、５０点未満なら「不合格」と
表示するプログラム
始め
Tenの入力
Ten≧50
No
Yes
‘合格’と表示
終り
‘不合格’と表示
ＩＦ THEN～ ELSE～ END IF 文
の導入
INTEGER TEN
READ(5,*) TEN
IF(TEN.GE.50) THEN
WRITE(6,*) ‘合格’
ELSE
WRITE(6,*) ‘不合格’
END IF
STOP
END
無駄な文番号を排除→ GO TO文を排除
多分岐処理の記述 発展（CASE文）
select case (N)
case (0)
N＝0の場合の処理
case (1:49)
1≦N≦49の場合の処理
case (50:79)
50≦N≦79の場合の処理
case default
上記以外の場合の処理
end select
無駄な文番号がな
くなり見通しが良く
なった。
FORTRAN90で導入
繰り返し処理の記述の発展①
繰り返し処理の表現(初期)
１～Nまでの和を求める。
始め
Nの入力
SUM←０
I←1
I≦N
Yes
SUM←SUM+i
i ← i+1
No
終り
ＩＦ と GO TO の世界
INTEGER N,SUM,I
READ(5,*) N
SUM=0
I=1
10 CONTINUE
IF(I.GT.N) GO TO 20
SUM=SUM+I
I=I+1
GO TO 10
20 CONTINUE
STOP
END
プログラムの見通しが良くない
繰り返し処理の記述の発展②
繰り返し処理の表現(改良)
１～Nまでの和を求める。
DO文 の導入
INTEGER N,SUM,I
READ(5,*) N
SUM=0
DO 10 I=1,N
SUM=SUM+I
10 CONTINUE
STOP
END
始め
Nの入力
SUM←０
I←1
I≦N
Yes
SUM←SUM+i
i ← i+1
No
終り
さらに・・・
INTEGER N,SUM,I
READ(5,*) N
SUM=0
DO I=1,N
SUM=SUM+I
END DO
STOP
END
DO文の導入→GO TO文の排除
プログラムの見通しが良くなる
DO WHILE文の導入
例）SUM=1+2+・・・を、SUMが100を超えるまで繰り返す。
INTEGER SUM,I
SUM=0
I=0
DO WHILE(SUM<=100)
I=I+1
SUM=SUM+I
END DO
Java言語のwhile文と同
等！
FORTRAN90で導入
その後FORTRAN95を発表→進化し続けている。
Ⅲ．構造化プログラミングの提唱
提唱の背景－GOTO文の魔力
ダイクストラの主張
構造化のメリット
言語仕様への影響
プログラムのモジュール化へ
ソフトウェア危機
GOTO文の魔力
２．処理Bの前にCが必要に
→処理Cを挿入
１．処理A,Bの実行
処理A
処理A
処理C
処理B
GOTO文を用いると･･･
処理B
当時の編集
環境では手
間がかかる。
３．完成
処理A
処理C
処理B
処理A
処理B
作成時の順番を維持できる→（当
時としては）開発効率が上がる。
しかし、読みにくい。→ミスを誘発する。
処理C
処理の順番通りに記述した方が読みや
すい。
スパゲッティ・プログラム(BASICの例)
10: INPUT A
10: INPUT A
20: IF A>0 THEN 50
20: IF A>0 THEN 50
30: PRINT “正ではない”
25: IF A=0 THEN 45
40: GOTO 60
30: PRINT “負の数”
50: PRINT “正の数”
40: GOTO 60
60: END
45: PRINT “０である”
思いつくままに、GOTO文を
使ってプログラムを拡張。→
迷路のようなプログラムに。
46: GOTO 60
50: PRINT “正の数”
60: END
ダイクストラの主張
構造化定理:1つの入り口と1つの出口を持つよう
なアルゴリズムは、「連接」、「分岐」、「繰り返し」
の基本構造を（処理の順に）つなげることで記述
できる。→ダイクストラが証明
あらゆる処理（アルゴリズム）はGOTO文なしに
記述可能。
→ 1968年 Dijkstraが主張。→構造化プログラミ
ング（運動）の始まり。
分かりやすいプログラムを書こう！
構造化プログラミングのメリット
処理の順番に記述されるので、プログラムが読
みやすい。
フローチャートによるプログラム設計が可能
バグの少ないプログラムの開発が可能
構造化により、無駄な処理が少なくなる。
プログラム開発の効率が向上する。
言語仕様への影響
プログラミング言語は、連接、分岐、繰り返しを表現する機能
がなければならない。
C:条件 S:処理 と表すと･･･
分岐の表現
if C then S1 else S2
多分岐
case C of (C1:S1;C2:S2;･･･Cn:Sn）
繰り返しの表現
while C do S （for文はカウンタ変数を用いる特殊な用途
のために特別に用意。全ての処理はwhile文で記述可能）
これらの機能が備わって行く過程は、FORTRANの発展過
程に顕著。
プログラムのモジュール化
構造化プログラミング→プログラムを基本構造（連接・分
岐・反復）を（処理の順に）つなげて表現する。
幾つかの基本構造→ひとまとまりの処理→モジュール
モジュール→ サブルーチン（FORTRAN）、関数（C言
語）、メソッド（Java）など。
プログラムはモジュールの組み合わせで表現できる。
プログラムの基本構造は、モジュールを（処理の順に）
つなげて表現できる。個々の処理の詳細はモジュール
内部で記述。
構造化プログラミングの最終的な主張。
プログラムのモジュール化 例
問題 学生のテスト成績を読み込み成績順に表示す
る。
＜プログラムの構造＞
データの読み込み
データのソート
データの表示
＜メインルーチン＞
Integer Tokuten(200)
CALL ReadData(Tokuten)
CALL SORT(Tokuten)
CALL Display(Tokuten)
＜ポイント＞
プログラムの基本構造はメインルーチンで記述
処理の詳細はモジュール（サブルーチン）で記述
プログラムの基本構造が分かりやすくなる。
→見通しが良くなる。
モジュール化に基づく構造化プログラミングの
工程
1. 要求される処理を幾つかの処理（モジュール）に分割
2. モジュールの命名
3. モジュールを適切な順に配置
4. 各モジュールの処理内容の記述
全体
トップダウン的思考が必要！
部分
参考） モジュール化に基づく構造化プログラ
ミングの例
カレンダープログラム：日付を入力すると、それが何曜日かを表示。
メインプログラム
void jButton1ActionPerformed(ActionEvent evt) {
int Year=Integer.parseInt(jTextFieldY.getText());
int Month=Integer.parseInt(jTextFieldM.getText());
int Day=Integer.parseInt(jTextFieldD.getText());
String Youbi;
Youbi=YoubiCalc(Year,Month,Day); //曜日を求める
jLabelAns.setText(Youbi+“です。”); //結果表示
}
年月日を与えると曜日を計算してくれるモジュール(メソッ
ド）を定義
YoubiCalc(Year,Month,Day)メソッド
String YoubiCalc(int Year, int Month, int Day) {
String WDay;
int N= DayCount(Year,Month,Day) % 7;
switch (N) {
case 0:
曜日はある基準日（例え
WDay="日曜日";
ば2000年12月31日：日曜
break;
case 1:
日）からの日数で決まる。
WDay="月曜日";
break;
・・・
}
return WDay;
}
年月日を与えると基準日からの日数を計算するモジュー
ル（メソッド）を定義
DayCount(Year,Month,Day)メソッド
int DayCount(int Year,int Month,int Day) {
int DaySum=0;
for (int i=2001;i<Year;i++) {//1年前の12/31までの日数
if( Uruu(i) ) {
DaySum=DaySum+366;
閏年を判定する必要が
} else{
ある。
DaySum=DaySum+365;
}
}
for (int i=1;i<Month;i++) { //一月前の月末までの日数
・・・
}
DaySum=DaySum+Day; //当該月の日数を加える
return DaySum;
}
当該年が閏年かどうかを判定するモジュール（メソッド）を
定義
以上を振り返ると・・・
メインプログラム
YoubiCalc(Year,Month,Day)メソッドの定義
DayCount(Year,Month,Day)メソッドの定義
Uruu(Year)メソッド の定義
プログラムの完成！
読みやすさ ／ 書きやすさの視点から構造化プ
ログラミングを見ると・・・
「IF+GO TO」文の世界→思いつくままに記述できる。→書き
やすい（特別な訓練なしでも書ける）。
しかし、後から見ると読みにくい。→開発効率に限界
一方、構造化プログラミングの世界では・・・
基本構造さらにはモジュールの組み合わせで（処理順に）記
述する。→記述する際にプログラムの全体構造を把握して
おく必要がある。→慣れるまで訓練（教育）が必要。
出来上がったプログラムは読みやすい。→開発効率は上が
る。
構造化プログラミングの普及→教育の必要性増大
書きやすさから読みやすさへ
ソフトウェア危機
構造化プログラミング→ソフトウェアの生産性向上
しかし、既存のソフトウェアの再利用性については十分
な向上が得られなかった。
ソフトウェアの需要増に、ソフトウェアの生産が追いつか
ない→ソフトウェア危機
特に、GUI環境の普及に伴って、その傾向が顕著に！
「使う方は天国、作る方は地獄」
より効率の良い、プログラム開発形態は？→オブジェク
ト志向プログラミングが注目される。
プログラムの拡張の容易さ、あるいは再利用性の向上（差分プ
ログラムの徹底）がキーポイント！
オブジェクト指向言語でどのように改善されるか？
次週のポイント！
課題
本日の学習内容を簡単に要約して下さい。
その上で、自分が最も印象に残った点を、その
理由とともに挙げて下さい。
プログラムのモジュール化 例
問題 学生のテスト成績を読み込み成績順に表示する。
＜プログラムの構造＞
データの読み込み
データのソート
データの表示
＜メインルーチン＞
Integer Tokuten(200)
CALL ReadData(Tokuten)
CALL SORT(Tokuten)
CALL Display(Tokuten)
＜ポイント＞
プログラムの基本構造はメインルーチンで記述
処理の詳細はモジュール（サブルーチン）で記述
プログラムの基本構造が分かりやすくなる。
→見通しが良くなる。
モジュールの再利用（問題点）
問題 学生のテスト成績を読み込み成績順に表示する。
テストの得点だけではなく、学生の氏名も読み込むように拡
張すると・・・。
修正に手間がかかる。
Integer Tokuten(200)
既存部分はいじらず、新たに必要になっ
た部分のみを加えるような修正はできない
か→差分プログラムの徹底
Character Shimei(200)
CALL ReadData(Tokuten,Shimei)
CALL SORT(Tokuten,Shimei)
CALL Display(Tokuten,Shimei)
サブルーチンの書き直しが
必要
サブルーチン内部の理解
が必要
FORTRAN用パンチカード
1
2
穴の開いている位置で、英数字などの記号を表現。
カード1枚が1行に対応。
プログラム（アルゴリズム）の基本構造
連接
処理A
処理B
処理C
処理A,B,Cを
順に処理
分岐
条件
繰り返し
No
条件
Yes
処理A
処理B
条件が成立すれば処
理A、そうでなければ
処理Bを実行
No
Yes
処理A
条件が成立している間は、
処理Aを繰り返し実行
プログラミング言語以前
最初のコンピュータ（電子計算機）ENIAC
真空管で動作する電子計算機
１９４６年 ペンシルベニア大学のモークリーとエッカート
が開発
米国陸軍の弾道計算に利用
巨大（18000本の真空管）で消費電力も膨大（175kW）
計算の手順（プログラム）
配線の組み替えとスイッチの組み替えで実施→プログ
ラミング言語なし。
プログラミング言語の登場
ノイマン型コンピュータの登場
1949年英国のEDSAC完成
配線の組み替えとスイッチの切り替え→プログラ
ムとして作成し、記憶装置に記憶させる
プログラム→機械語で記述
機械語
コンピュータが直接理解できる言語→２進数で表
現
機械語
２進数を１バイトずつ２桁の１６進数で表現
例：188+17の答を求める
9D BC 11
9D：加算命令 BC：188 11：17
プログラミングは大変
アセンブリ言語
1950年代前半に登場
例：188+17の答を求める
ADD BC 11
ADD→９Dに翻訳する必要がある→アセンブラというソフト
が処理（現在のコンパイラと同じ）
初期のアセンブラ
メモリ内のアドレスの指定をプログラマが担当
MOVE A [+120]： Aレジスタの現在値を120バイト後方の
アドレスへコピーする（代入する）
変数名の発明
MOVE A data1 → アドレス計算からプログラマを解放 →
翻訳処理ソフトが担当
FORTRAN
1957年 IBM社の汎用大型コンピュータのプロ
グラム処理言語として実装
FORmula TRANslation Systemの略
その後大いに発展
FORTRANⅡ(’58)副プログラム→FORTRANⅣ(’62)型宣言
→FORTRAN66(’66)→FORTRAN77(’77)文字列
→FORTRAN90(’91)組み込み関数追加
科学技術計算に適している
COBOL
COmmon Business Oriented Language
1959年開発
事務処理に適している
データ処理（ファイルアクセス）に優れている英文
を書くようにプログラミングできる。
最も広汎に使われたプログラミング言語
’80年代までは→COBOLができなければSEに
なれない！
PL/1
Programming Language 1
プログラミング言語の用途が分化
科学技術計算 FORTRAN
事務処理計算 COBOL
両者を包含した言語は可能か？→IBMと
SHARE（IBMのユーザ団体）が開発→1964年
に開発
汎用的な利用が可能 言語処理系が巨大化
ALGOL
ALGOrithmic Language
1958年開発（ALGOL58）
科学技術計算向けの言語
厳密な構文規約を採用
プログラミング言語の構造として優れている
1960年 ALGOL60制定
他のプログラミング言語（CやPASCALなど）に大きな影
響を与える。
1968年 ALGOL68発表→言語規模の巨大化
BASIC
Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction
10: A=10
Code
1964年
20:米国ダートマス大学で開発
B=20
初心者のための教育用言語
30: C=A+B
言語仕様が簡単
40: print C
コンパイラではなくインタプリタを使用
当初は汎用コンピュータ→パソコンに移植→大
いに普及
PASCAL
1971年 Wirth（ヴィルト）により発表
ALGOL60の後継言語
特徴
構造化プログラミングの実現、適切なデータ構造
系統的なプログラミング教育に最適
→ 既存の言語とは異なる視点で開発
言語仕様の範囲を広げ過ぎない→言語処理系の効率
化→ALGOL68の反省
C言語などに影響
C言語
main() {
1973年 米国AT&Tのベル研究所のRitchie（リッチー）がUNIX開発
用に設計
int a,b,c;
1967年 Richards（リチャーズ）がBCPLを開発→Thompson（トンプ
a=10;
ソン）がUNIX記述用に更新・開発→B言語
その次の言語→C言語
特徴
b=20;
システム記述言語でもある（それまではアセンブリ言語が主流）→シス
テム記述から一般の処理まで広汎にカバー
→自由度の高い汎用的
c=a+b;
な言語
printf(“%d\n”,c);
９０年代→Cが分からないシステムエンジニアはいらない。
}
Ada
1980年米国の国防総省の軍規格となる
軍で使用している各種コンピュータシステムの管
理が煩雑→言語仕様が数百種類にも及ぶ→統
一的に管理できないか？
軍独自の仕様に基づいた新しいプログラミング
言語を → 公募によりフランスのIchbiah（イシ
ビア）らが開発した言語を採択
Lisp
LISt Processor
1950年代末～’60年代 米国マサチューセッツ
工科大学のMcCarthy（マッカーシー）がリスト処
理用の言語として開発
関数型言語
関数の組み合わせによってプログラミングを行う
ｆ（ｘ）、g(x1,x2,･･･）
Prolog
PRogramming in LOGic
1972年 フランス、マルセイユ大学の
Colmerauer（コルメラウァー）らによって開発
論理型言語
１階述語論理による論理記述とその推論機構が
基本
例：「人間は死ぬ」、「ソクラテスは人間である」
→ 「ソクラテスは死ぬ」
オブジェクト指向言語
1968年 米国のDahl（ダール）とNygaard（ニ
ガード）によってSimula67開発→Algol60を拡張
したシミュレーション言語
1972年 ゼロックス社のAlan Key（アラン・ケイ）
らがSmalltalk-72を開発→次世代コンピュータ
Dynabook用のプログラミング言語
1980年 Smalltalk-80を発表
クラス階層と継承を実装→最も純粋なオブジェク
ト指向言語
既存言語のオブジェクト指向化
C言語→C++言語
1980年からＡT＆Ｔ社のStroustrup（ストロース
トープ）が開発→1991年にはVersion3に
PASCAL→Object PASCAL
ビジュアル環境化
C++ → C++Builder、Viasual C++など
Object PASCAL → Delphi
Java言語
1995年 米国サンマイクロシステムズ社が発表
開発の考え
C++のオブジェクト指向機能を純化
C++の一部機能（難解な部分）を排除
特徴
Javaの実行環境があれば、どのOSや機種でも動作する。
→携帯端末や家電製品も想定 →急速に注目・普及
2000年代→ Java言語の分かるシステムエンジニアが必
要！
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