Javaで例外になる理由について（問題集のとある問題）

Question

Javaの問題集を解いていた時のとある問題なんですが、

public interface A{
  //any code
}

public class B implements A{
  //any code
}

public class C extends B{
  //any code
}

public class Main{
  public static void main (String[] args){
    B b = new B();
    A a = b;
    C c = (C) a;
  }
}

というコードがあった時に、結果としてはMainクラスの5行目で例外がスルーされるという結果なのですが、その理由がわかりません。
Mainクラスの４行目でアップキャストが自動で行われて、５行目で明示的にダウンキャストしているのでコンパイルエラーにならないのまでは分かります。
ただ、その後の回答では
「プログラムを実行すると実際に動作しているのはB型のインスタンスであり、C型としての差分を持ちません。そのため５行目で実行時に例外が発生します。」と書いてあります。
--実際に動作しているのはB型のインスタンスであり、C型としての差分を持たない--
というのはどういう意味なのでしょうか？初歩的な問題かもしれませんが教えていただきたいです。

Comments

[dameo]

書いてあるとおりなので、何が分からないのか分からないですが、他人が実行すると結果が変わる話なので、環境については明示すべきかと思います。
paiza.ioで以下のコードを試すと、

interface A{
}
class B implements A{
}
class C extends B{
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
B b = new B();
A a = b;
C c = (C) a;
}
}
// Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: class B cannot be cast to class C (B and C are in unnamed module of loader 'app')
// at Main.main(Main.java:11)

コメントのような例外が発生します。書いてあるとおりクラスB(のインスタンス)は、クラスCにキャストできません、ということです。クラスBもクラスCもインターフェースAを実装しているので、Aにキャストすることはできますが、aの実体はクラスBのインスタンスなので、クラスCにはキャストできないというだけです。
例えば、

interface A{
}
class C implements A{
}
class B extends C{
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
B b = new B();
A a = b;
C c = (C) a;
}
}

であればBはAを実装しているBの派生クラスになるので、aをCにキャストすることができます。
言い換えると、実体としてクラスBのインスタンスであるaは、インターフェースAを実装しているだけでなく、クラスCとして振る舞えるだけのメンバを使用できる、ということです。差分と言っているのはインターフェースAとクラスCの差分という意味だと思います。

[xebme]

C型とB型の違いが差分です。差分には何が含まれますか。
メソッド、フィールド、...
差分がないとどんな不都合が生じますか。
(「差分」という言葉の解釈は私個人のものですが、想像力があれば理解できると思いました)
( 自分で考えるヒントになればと思ってのコメントです。すべてを説明するつもりはありません)

[jimbe]

要は「 B は C では無い」ということですが、継承関係からの違いを "差分" と言うのは著者の表現ですので、真意(?) は著者に聞くしか無いかもしれません。

[dameo]

@xembe さん
解釈なので読み手次第ではありますが、Bクラスのインスタンスがその「差分を持っている」ことでCクラスとして振る舞うことができる(キャストできる)と解釈できるようにしないと駄目だと思いますよ

[xebme]

dameoさん
ダウンキャストキャストCがコンパイルエラーにならず、実行例外が発生するは何故か、の説明は必要かもしれないと思いました。

[dameo]

@xembe さん
質問者さんは「５行目で明示的にダウンキャストしているのでコンパイルエラーにならないのまでは分かります」と言っているので、コンパイルエラーにならないことに説明は不要だと思いますよ。単純に「差分」という部分に違和感や疑問が残ったように見えますが、その部分の解釈が不可能になるとかえって質問者さんが混乱するかと思い、意見させて頂きました。

質問者さんからコメントはないものの解決してるみたいなので、まあこの辺で・・・

[yusuke1818]

沢山のコメントありがとうございます。
Mainクラスが単純に
「B b = new B();
C c = (C) b;」
だとしても子クラスのcに親クラスのインスタンスのbを入れても無理やり明示的にコンパイルまではできても実行はできないということであっていますでしょうか？
※問題なのであり得るが、そもそも実行出来ないこんなコンパイルなんて普通はしないという感じでしょうか？

勉強したてで理解が遅く申し訳ありません。

[jimbe]

B は C では無いのですから、実行出来無いのは java では当然です。

[yusuke1818]

では逆であれば
「C c = new C();
B b = (B) C;」
であれば
CはBなので実行は可能ということですね

[jimbe]

>逆であれば ～ 実行は可能

はい。キャストも要りません。

[dameo]

@質問者さん
最後まで疑問のポイントがよくわかりませんでしたが、例えば
interface A {}
class B implements A {}
class C extends B {}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
if (args.length == 0) throw new RuntimeException("引数がありません");
A a = null;
if ("B".equals(args[0])) a = new B();
else a = new C();
C c = (C)a;
}
}
このようにプログラム引数として渡すだけでコンパイルエラーに出来ないケースがあるのは分かるかと思います。なので問題だからというわけではありません。
ただ一度アップキャストしたら、以降(明示的であれ)原則ダウンキャストしないのが普通です。またダウンキャストする場合もinstanceofなどを挟んでExceptionの発生を抑えます。

なお今回のケースはC extends BでCにキャストするというやや意地悪なケースでのキャストなのでコンパイルエラーになっていないだけで、Javaは割とコンパイルエラーになりますよ。環境にも依りますが・・・

とりあえず突然解決後にコメントがあったようなので、補足のような話をしましたが、今度こそこの辺で・・・

Answer 1

--実際に動作しているのはB型のインスタンスであり、C型としての差分を持たない--

　C型の変数を定義したが、Cのメソッドを扱えるか否か。中身は、Bのインスタンス。それはCのメソッドを継承していないので、否である。