Java：共変戻り値 (Covariant Return Type)を1分で

共変戻り値 (Covariant Return Type) は、Java 5 から導入された機能で、「子クラスでメソッドをオーバーライドするとき、戻り値の型を親クラスの戻り値のサブクラスに変更できる」というものです。

• 例えば、親クラスのメソッド戻り値が Animal という型だった場合、オーバーライドする子クラスでは、その戻り値を Animal のサブクラスである Cat や Dog 等に変更して定義することができます。

【復習】オーバーライドとは

オーバーライド (Override)は、親クラスで宣言・定義したメソッドと同名・同シグニチャ（引数リスト）を持つメソッドを、子クラス側で再定義することです。これにより、親クラスの振る舞いを「子クラスならではの振る舞い」に差し替えることができます。

• ポイント　オーバーライドの条件
  1. メソッド名が親クラスと同一であること
  2. メソッドの引数リスト（パラメータの型や数など）が親クラスと同一であること
  3. アクセス修飾子は、親クラスのメソッドよりも厳しくしてはいけない
     • 例：親クラスで public だったメソッドを private にするのは不可
  4. 戻り値の型が親クラスと同じか、またはそのサブクラスであること
     • ここが共変戻り値のキーポイント

つまり、もともとは「戻り値の型が親と全く同じであること」が基本だったのですが、Java 5 以降は「戻り値の型が親よりもサブクラス（より限定的な型）ならOK」と認められています。

共変戻り値の実例：サンプルコード

以下のように、「動物」を表すクラス Animal を親クラス、その「猫」を表すクラス Cat を子クラスとします。

class Animal {
    private String name;

    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    // 返り値は "Animal"
    public Animal getAnimal() {
        System.out.println("Animal: getAnimal()");
        return this;
    }
}

class Cat extends Animal {

    public Cat(String name) {
        super(name);
    }

    // オーバーライドで、戻り値を "Cat" (親である Animal のサブクラス) に変更
    @Override
    public Cat getAnimal() {
        System.out.println("Cat: getAnimal()");
        return this;
    }
}

コード解説

1. Animal クラスは、getAnimal() メソッドで Animal 型を返している。
2. Cat クラスは Animal クラスを継承し、同名・同シグニチャの getAnimal() を定義している。ただし、戻り値の型を Cat に変更。
3. Java 5 以降の共変戻り値のおかげで、これがコンパイルエラーにならず、正しくオーバーライドとして認識される。

呼び出しの様子

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a1 = new Animal("Generic Animal");
        Animal a2 = new Cat("Tama");

        // 親クラスのインスタンスの場合
        Animal result1 = a1.getAnimal();  // Animal: getAnimal()

        // 実体は Cat だが、型が Animal として扱われる
        Animal result2 = a2.getAnimal();  // Cat: getAnimal() が呼ばれるが, 変数型は Animal

        // Cat で変数を受け取ればキャスト不要で Cat のメソッドが呼べる
        Cat c = new Cat("Mike");
        Cat result3 = c.getAnimal();      // Cat: getAnimal()
        // ここで return this; は Cat 型として返るので、result3 は明確に Cat 型
    }
}

// 出力
// Animal: getAnimal()
// Cat: getAnimal()
// Cat: getAnimal()

a2.getAnimal() のように、変数型は Animal であっても、実行時には Cat の getAnimal() が呼ばれます（動的ディスパッチ）。ただし、返ってくる型を実際に Cat として使いたい場合は、型を Cat にしておけばキャストが不要です。

共変戻り値がないとどうなる？

Java 5 以前では、オーバーライドの戻り値を親クラスと同じ型に限定していました。そのため、「実装としては Cat を返していても、定義上は Animal を返す」としか書けなかったのです。すると、以下のようなキャストが必須になってしまうことが多々ありました。

public Animal getAnimal() {
    // 実は Cat インスタンスを返している
    return new Cat("Tama");
}

public void someMethod() {
    Animal a = getAnimal();
    // Cat のメソッドを呼びたいときはキャストが必要
    if (a instanceof Cat) {
        ((Cat) a).meow();
    }
}

共変戻り値が使えるようになると、戻り値の宣言時点で Cat を返すことが明示できるので、呼び出し側が無駄なキャストをしなくてよくなり、より型安全・読みやすいコードになります。