コレクション (collection)

コレクションとは、配列を補足するデータ構造です。

System.Collections名前空間

コレクションに関する型は、System.Collections名前空間で宣言されています。

コレクション インターフェイス (Collection interface)

以下のインターフェイスで、コレクションの列挙、データの格納や作成のための標準的な方法が提供されます。

IEnumerator

public interface IEnumerator
{
    object Current { get; }

    bool MoveNext();
    void Reset();
}

int[] array = { 0, 1 };
IEnumerator e = array.GetEnumerator();

//object obj = e.Current; // InvalidOperationException「列挙は開始していません。MoveNext を呼び出してください。」

bool r0 = e.MoveNext();  // true
object obj0 = e.Current; // 0

bool r1 = e.MoveNext();  // true
object obj1 = e.Current; // 1

bool r2 = e.MoveNext();  // false
object obj2 = e.Current; // InvalidOperationException「列挙は既に完了しています。」 

MoveNext()

列挙子を、コレクションの次の要素へ進められます。

public bool MoveNext ();

次の要素へ進められたときは、trueが返されます。

このIEnumeratorのインスタンスが取得された後にコレクションが変更されていると、InvalidOperationExceptionが投げられます。

List<int> list = new List<int>();
IEnumerator e = list.GetEnumerator();

bool r0 = e.MoveNext(); // false
list.Add(1);
bool r1 = e.MoveNext(); // InvalidOperationException「コレクションが変更されました。列挙操作は実行されない可能性があります。」

Queue<int> queue = new Queue<int>();
IEnumerator e = queue.GetEnumerator();

bool r0 = e.MoveNext(); // false
queue.Enqueue(1);
bool r1 = e.MoveNext(); // InvalidOperationException「列挙子がインスタンス化されてから、コレクションが変更されました。」

IEnumerable

public interface IEnumerable
{
    IEnumerator GetEnumerator();
}

GetEnumerator()

コレクションを反復 (iterate) するための、列挙子 (enumerator) を得られます。

public System.Collections.IEnumerator GetEnumerator ();

ICollection

public interface ICollection : IEnumerable
{
    int Count { get; }
    bool IsSynchronized { get; }
    object SyncRoot { get; }

    void CopyTo(Array array, int index);
}

IList

public interface IList : ICollection, IEnumerable
{
    object this[int index] { get; set; }

    bool IsFixedSize { get; }
    bool IsReadOnly { get; }

    int Add(object value);
    void Clear();
    bool Contains(object value);
    int IndexOf(object value);
    void Insert(int index, object value);
    void Remove(object value);
    void RemoveAt(int index);
}

コレクション クラス (Collection Class)

これらはジェネリックではない古いクラスであるため、型の安全性とパフォーマンスを考えるならば、新しいジェネリックなコレクション クラスを使用すべきです。

• ArrayList
• BitArray
• Hashtable
• Queue
• SortedList
• Stack
• StringCollection

基底クラス

• CollectionBase
• DictionaryBase
• ReadOnlyCollectionBase

比較

• Comparer
• CaseInsensitiveComparer
• CaseInsensitiveHashCodeProvider
• StructuralComparisons

反復子 (Iterators)

yieldキーワード

反復子を定義できます。コンテキスト キーワード yield - C# リファレンス | Microsoft Learn

yieldにより反復子として定義するメソッド、演算子、getアクセサの戻り値は、以下のいずれかでなければなりません。コンパイラ エラー CS1624 | Microsoft Learn

• IAsyncEnumerable<T>
• IEnumerable<T>
• IEnumerable
• IEnumerator<T>
• IEnumerator

yield return expression;

yield break;

たとえばメソッドが次のように定義されているとき、

public IEnumerable<int> Method()
{
    yield return 1;
    Console.Write("a");

    yield return 2;
    Console.Write("b");

    yield break;
    Console.Write("c");
}

これを呼び出すと、

IEnumerable<int> a = Method();
foreach (int b in a)
{
    Console.Write(b);
}

1、a、2、bの順に出力されます。

foreachステートメント

foreach ( local_variable_type identifier in expression )
    embedded_statement

int[] p = { 1, 2, 3 };
foreach (int x in p)
{
    Console.Write(x);
}

foreachで処理しているコレクションは、そのブロック内で項目の追加や削除はできません。foreach (Visual Basic では For Each) ブロック内のステートメントによって、反復処理中のコレクションが変更される - 例外のトラブルシューティング : System.InvalidOperationException | Microsoft Learn

List<int> list = new List<int>(new int[] { 1, 2, 3 });
foreach (int item in list) // 2回目のループで、System.InvalidOperationException
{                          // 「コレクションが変更されました。列挙操作は実行されない可能性があります。(Collection was modified; enumeration operation may not execute.)」
    list.Remove(item);
}

またコレクションの要素に対して、割り当てることもできません。

foreach (int x in new[] { 1, 2, 3 })
{
    x = 10; // error CS1656: 'x' は 'foreach 繰り返し変数' であるため、これに割り当てることはできません。
}

実装

次のようなforeachの処理は、

int[] p = { 1, 2, 3 };
foreach (int v in p)
{
    // vを用いた文
}

次のように処理するのと同等です。

int[] p = { 1, 2, 3 };
IEnumerator e = p.GetEnumerator();
try
{
    while (e.MoveNext())
    {
        int v = (int)e.Current;
        // vを用いた文
    }
}
finally
{
    IDisposable d = e as IDisposable;
    if (d != null) d.Dispose();
}

コレクションがIDisposableを実装していることが自明ならば、usingを用いることで簡潔に記述できます。

using (IEnumerator<T> en = collection.GetEnumerator())
{
    while (en.MoveNext())
    {
        // en.Current;
    }
}

スレッド セーフ (thread safe)

ConcurrentやGenericで定義されているクラスが要件を満たすならば、それを用います。

ICollectionインターフェイスを実装するならば、それのSyncRootプロパティを同期用のオブジェクトとして用います。

ICollection iCollection = collection;
lock (iCollection.SyncRoot)
{
}

ICollectionを実装するが、そのクラスのプロパティとしてSyncRootを実装していないクラスでは、ICollectionへキャストした上で取得します。c# - List<T> doesn't implements SyncRoot! - Stack Overflow

List<int> list = new List<int>();
object obj = ((ICollection)list).SyncRoot;

ただしConcurrentのクラスからは取得できません。

ConcurrentQueue<int> queue = new ConcurrentQueue<int>();
object obj = ((ICollection)queue).SyncRoot; // NotSupportedException「SyncRoot プロパティは、同時コレクションの同期には使用できません。(The SyncRoot property may not be used for the synchronization of concurrent collections.)」

なおArrayListのような非ジェネリック クラスで定義されていた、スレッド セーフなコレクションを返すSynchronized()は、ジェネリック版では廃止されています。

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